一种铝散热器用低熔点Zn‑Al合金钎焊层的制备方法技术

一种铝散热器用低熔点Zn‑Al合金钎焊层的制备方法；该钎焊层制备包括以下步骤：将Zn粉与Al粉均匀混合形成Zn‑Al合金钎料，按照质量分数为Zn 85，Al10‑18；将混合好的Zn‑Al合金粉末装入等离子喷涂焊机中，等离子喷涂设备设定电压为40‑60V，电流为600A，等离子喷涂时通入氩气进行保护；启动等离子喷涂焊机，Zn‑Al合金钎料经过等离子喷涂机，熔化形成细小颗粒液滴，在工件表面凝固形成钎焊层对工件焊接。

Preparation method of low melting point Zn soldering of Al alloy layer with an aluminum radiator

A method for preparing low melting point Zn soldering of Al alloy layer by the aluminum radiator; the brazing layer preparation comprises the following steps: Zn powder and Al powder evenly mixed to form Zn Al solder alloy, in accordance with the mass fraction of Zn 85, Al10 18; the mixed Zn Al alloy powder into plasma spray welding, set the voltage of 40 60V plasma spraying equipment, the current is 600A, plasma spraying by argon gas protection; start plasma spray welding machine, Zn Al solder alloy after plasma spraying machine, melting to form small droplets, the brazing layer formed in the surface of the workpiece on the workpiece welding solidification.

【技术实现步骤摘要】
一种铝散热器用低熔点Zn-Al合金钎焊层的制备方法
本专利技术属于材料成型
，具体涉等离子喷涂技术的涂层组成及其制备方法。尤其是电动车、空调和暖风PTC铝散热器用低熔点Zn-Al合金钎焊层的制备方法。
技术介绍
Zn-Al钎料属于中低温钎料，其熔化温度范围为382℃-500℃，目前已经有很多的研究者对其进行研制。与Al-Si合金钎料相比较，由于Zn-Al合金钎料的熔点低，在钎焊过程中不易对母材造成影响，且钎料具有一定的塑性，具备一定的加工性能。采用Zn-Al合金钎料对3003板材进行钎焊，选用CsF-AlF3钎剂辅助，钎料在基体表面具有良好的流动性，随着Zn-Al钎料中Al的比例增加，流动性逐渐增加。但是Zn-Al共晶合金钎料以及亚共晶Zn-Al合金钎料相比Al-Si钎料的流动性还是相差很多，而且钎焊接头的抗腐蚀性低。
技术实现思路
本专利技术目的是，针对上述不足，对于低熔点Zn-15Al钎料，采用喷涂技术在3003铝合金基体表面制备钎焊层，钎焊层厚度可以达到微米甚至纳米级别，低于传统箔带钎料的厚度，符合轻量化要求。采用DSC测试钎料熔化温度，SEM对钎料及钎焊接头进行微观组织的观察，研究出良好可用的钎焊工艺，保证对钎焊接头的钎焊质量。本专利技术技术方案：Zn-Al合金钎料采用等离子电弧喷涂制备钎焊层方法，尤其是电动车、空调和暖风PTC散热器用低熔点Zn-Al合金钎焊层的制备方法；该钎焊层制备包括以下步骤：将Zn粉与Al粉均匀混合形成Zn-Al合金钎料，按照质量分数为Zn85，Al10-18；将混合好的Zn-Al合金粉末装入等离子喷涂焊机中，等离子喷涂设备设定电压为40-60V，电流为600A，等离子喷涂时通入氩气进行保护；启动等离子喷涂焊机，Zn-Al合金钎料经过等离子喷涂机，熔化形成细小颗粒液滴，在工件表面凝固形成钎焊层对工件焊接。钎焊工艺为410±5℃钎焊，保温30±10min，试样结合情况良好。采用等离子喷涂制备的钎焊层，其厚度为5～50μm之间，且钎焊层厚度可控。所待焊件为任意形状。Zn-15Al合金粉的等离子喷涂工艺参数为：等离子喷涂设备设定工作电压40V，电流为600A，氩气50L/min中通入氢气10L/min，送粉气体40L/min，送粉速度0.95r/min；Zn-15Al合金钎料制备成的钎焊层涂层不需要表面处理，光洁度高，颗粒度小。有益效果：散热器通常采用3003铝合金作为散热齿条，故选取的钎料熔点应低于3003铝合金，否则在钎焊时钎焊温度过高，容易对基体产生熔蚀等不良影响。Zn-Al合金钎料为低熔点钎料，其熔点远低于3003基体合金，温度可以控制在450℃左右，远低于铝合金钎料的熔焊温度，钎焊时不会对基体产生熔蚀现象。采用Zn-Al合金粉末进行等离子喷涂制备的涂层表面颗粒度小，厚度均匀；Zn-15Al钎料在3003铝合金基体表面的钎焊铺展润湿角为10.5°，具有良好的润湿性，最佳钎焊工艺为410℃钎焊30min，试样结合情况良好。附图说明图1Zn-15Al钎料XRD图谱；图2Zn-15Al钎料涂层表面；图3Zn-15Al钎料涂层微观形貌；图4410℃钎焊不同保温时间Zn-15Al钎焊接头微观形貌，a未钎焊；b保温10min，c保温20min；d保温30min；e保温40min。图5410℃钎焊保温40min试件基体与Zn-15Al钎焊层元素能谱分析及区域面扫描图，a涂层扫描区域；b能谱分析图；c元素面扫描；dZn元素分布图；eAl元素分布图。图6不同钎焊温度保温10minZn-15Al钎焊接头微观形貌,a410℃钎焊,b430℃钎焊；图7不同钎焊温度保温20minZn-15Al钎焊接头微观形貌,a410℃钎焊,430℃钎焊；图8不同钎焊保温下保温30minZn-15Al钎焊接头微观形貌,a410℃钎焊；b430℃钎焊；图9不同钎焊温度下保温40minZn-15Al钎焊接头微观形；a410℃钎焊,b430℃钎焊。具体实施方式在相同的保温时间下，钎焊温度由410℃提高到430℃，原子扩散系数增大，单位时间内扩散的数量增加。但在430℃下钎焊，原子扩散过于剧烈，涂层中Zn原子向基体中扩散过多，在焊缝中过多的Zn存在对钎料的流动性有不良的影响；在相同的钎焊温度下，随着钎焊时间的增加，原子获得能量逐渐增加，原子互相扩散量增加，熔合区增大。Zn-15Al合金粉(质量分数为Zn85，Al15)的等离子喷涂最佳工艺参数为：工作电压40V，电流为600A，氩气50L/min，氢气10L/min，送粉气体40L/min，送粉速度0.95r/min。Zn-15Al合金制备的涂层不需要表面处理，光洁度高，颗粒度小，涂层厚度可达25μm；Zn-15Al钎料XRD分析图谱，由图可知，85Zn-15Al钎料主要由铝基固溶体与锌基固溶体构成，Al衍射峰比较低，Zn的衍射峰比较明显。如图1。Zn-15Al钎料涂层制备方法：采用300目Zn-15Al合金粉末进行等离子喷涂，在3003铝合金基体表面喷涂3-4次，制备Zn-15Al合金钎料钎焊层。如图2。等离子喷涂实验工艺参数。经等离子喷涂后的Zn-15Al合金钎料钎焊层样板，观察表面可以看出，表面颗粒细小，分布均匀，采用氩气保护，无明显的氧化现象，不需要对表面进行处理。图3中，Zn-15Al钎料经等离子喷涂在3003铝合金基体上形成的钎焊层微观形貌，采用扫描电子显微镜进行观察，由其微观形貌图可以看出存在两层结构，上部Zn-15Al钎料喷涂层，而下部为基体。由基体与钎焊层的微观形貌可以看出，基体与钎焊层组织形态完全不同，由图下端标尺可以测出，涂层厚度在50μm左右。保温时间对接头组织的影响由DSC测试结果可知，Zn-15Al合金钎料的熔点大约在385℃，为研究涂层在同一钎焊温度下保温不同时间的变化，将该试样在410℃下保温10、20、30、40min，观察其变化。图4为410℃钎焊不同保温时间Zn-15Al钎焊接头微观形貌。通过对比可发现随着钎焊保温时间增加，钎焊层与基体间的界限开始模糊，熔合区变大。图4a为未钎焊涂层与基体界面微观组织，图4b为保温10min钎焊接头形貌，由图可知，钎焊保温10min，钎焊层与基体开始结合，但结合不明显。图4c为保温20min钎焊接头形貌，熔化结合效果比10min好，熔合深度扩大，钎焊层与基体间的结合更加紧密。图4d为保温30min钎焊接头形貌，图4e为保温40min钎焊接头形貌，熔合深度最大，说明随着保温时间增加，钎焊层与基体结合深度增大。由Zn-Al二元相图可知，钎焊时Zn与Al的互溶度很大，保温10min接头熔合实际是Zn原子与Al原子扩散的结果。因为Zn与Al之间固溶度很大，不会形成金属间化合物。因此，Zn-Al钎料合金是由两种固溶体形式在合金中存在。由于Zn的晶格结构为密排六方晶格，c轴的晶格常数比a轴的要大很多，容易在c轴发生断裂，因此Zn密排六方结构决定了其铸态性能低下。铝基固溶体的晶格结构为面心立方结构，具有良好的韧性，适量的铝基固溶体在Zn-Al钎料合金中分布能够起到提高钎料综合性能的作用。为410℃钎焊保温20min后基体与钎焊层能谱分析及区域面扫描，分析可知，两种元素相互渗透程度增加，Zn原子不仅在钎料涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Zn‑Al合金钎料采用等离子电弧喷涂制备钎焊层方法，其特征在于该钎焊层制备包括以下步骤：(1)将Zn粉与Al粉均匀混合形成Zn‑Al合金钎料，按照质量分数为Zn 85，Al 10‑18；(2)将混合好的Zn‑Al合金粉末装入等离子喷涂焊机中，等离子喷涂设备设定电压为40‑60V，电流为600A，等离子喷涂时通入氩气进行保护；(3)启动等离子喷涂焊机，Zn‑Al合金钎料经过等离子喷涂机，熔化形成细小颗粒液滴，在工件表面凝固形成钎焊层对工件焊接。

【技术特征摘要】
1.一种Zn-Al合金钎料采用等离子电弧喷涂制备钎焊层方法，其特征在于该钎焊层制备包括以下步骤：(1)将Zn粉与Al粉均匀混合形成Zn-Al合金钎料，按照质量分数为Zn85，Al10-18；(2)将混合好的Zn-Al合金粉末装入等离子喷涂焊机中，等离子喷涂设备设定电压为40-60V，电流为600A，等离子喷涂时通入氩气进行保护；(3)启动等离子喷涂焊机，Zn-Al合金钎料经过等离子喷涂机，熔化形成细小颗粒液滴，在工件表面凝固形成钎焊层对工件焊接。2.根据权利要求1所述的Zn-Al合金钎料钎焊层制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宏军，关政，孙家麟，
申请(专利权)人：镇江市天通新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32