【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钎焊材料，特别涉及一种改善铜铝焊接性能的填充材料及其制备方法。
技术介绍
1、铜是人类最早使用的金属之一，铜的导热性和导电性高，因此在广泛应用于电缆和电气、电子元件的原材料中，同时也可用作建筑材料，可以组成众多种合金。我国的铜消耗量逐年递增，每年都需要从国外进口大量的铜来维持需求，且铜价较为昂贵，制约了我国的经济发展，因此找到一种铜的替换材料尤为重要。
2、铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。由于其良好的导电、导热、耐腐蚀性能，且价格较低，在航空、建筑、汽车等领域应用广泛，是替代铜的优选金属之一。虽然铝能够代替铜，但其性能较差于铜，因此在某些对材料品质要求较为严格的领域，铜不能够被铝完全取代，导致如何将铜铝异种金属连接的问题出现。
3、常见的铜铝异种金属连接的方式有，熔焊、扩散焊、摩擦焊和钎焊等。但两种金属之间的属性差异较大，熔焊时铝由于熔点较低，优先于铜融化，再进行升温熔铜的过程中，铝易出现烧损的现象；扩散焊是通过铜、铝金属原子在高温加压下互相扩散焊接在一起，然而铜、铝的固溶程度较差，短期表面看是连接在一起，但实则强度很低，易再次断裂分离；摩擦焊是将铜、铝任一方固定，另一方使其高速旋转，使面和面接触摩擦产生热和形变热，再施加一定的压力，通过分子扩散和再结晶实现两者焊接，但研究者们发现，铜、铝摩擦焊时会形成多种强度低且脆性大的中间物，严重影响接头的质量；钎焊是最早使用的异种金属连接方式之一，钎焊的过程中，钎料的熔点低于母材，母材形变较小，且钎料融化后在母
4、例如cn102935558a“用于焊接铝铜构件的自钎钎料”采用氟化物、铪、锗、镍、铜、硅和铝制备成一种自钎钎料，降低了钎料熔化温，提高了钎料的强度和塑性，有助于改善钎焊接头的力学性能，但此方法中的铪和锗价格昂贵，甚至超越了铜的价格，成本较高，不适用于量产，且镍的熔点较高，其合金熔点随之提升，在使用时易出现钎料和母材同时熔化的现象。
5、又如cn112338389a“一种铝铜钎焊用层叠带状自钎钎料及其制备方法”其公开的自钎钎料包括三层环状结构，内层为纯锌，芯层为锌铝合金，外层包括钎剂，此自钎钎料克服了铝元素含量对钎料塑性的影响，钎料环内径小，克服了常规药芯钎料所具有的钎剂不连续、易断芯等技术问题，但此方法生产的钎料其熔点易燃较高，易出现母材熔化现象，且在其使用过程中虽然钎剂在最外层能够优先破坏氧化铝薄膜层，但铝裸露后依然存在被氧化的风险。
6、因此，开发一种，低成本和熔点低，抗氧化性能好的用于铜铝焊接的自钎钎料迫在眉睫。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种改善铜铝焊接性能的填充材料及其制备方法，该填充材料能够不熔化母材的基础上使异种金属母材接合，且结合过程中能够防止母材二次氧化。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、本专利技术一方面提供了一种改善铜铝焊接性能的填充材料，包括三层结构：由外向内依次为外层、内层和钎剂层；所述钎剂层为底端为高1.5～2mm的圆锥的圆柱；所述外层完全包裹内层，所述外层缠绕钎剂层外围的高度小于钎剂层，且以顶部对齐为准，下部缠绕至钎剂层锥形部分的至少一半；所述外层为银-锌合金；所述内层为锡-铋合金；所述钎剂层包含环氧树脂层和固态钎剂丝；所述环氧树脂层包裹固态钎剂丝。
4、在一些实施方式中，所述环氧树脂层为双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂和双酚s型环氧树脂中的一种或多种。
5、本申请添加环氧树脂层，一方面在钎焊过程中，环氧树脂层能够高温软化再分解直至完全分解，其释放的co2能够稀释周围的氧气，防止裸露出来的铝板母材二次氧化；再一方面，环氧树脂在低温下能够固化，在加热过程中能够慢慢软化，使钎剂丝能够定量供给，除氧化铝膜效果更好。
6、在一些实施方式中，所述固态钎剂丝包括如下质量份原料：20～40份氟化铯、10～30份氟化铝、15～25份硅粉和4～10份环氧树脂。
7、在一些实施方式中，所述氟化铯与氟化铝的质量比为1:(0.6～0.7)。
8、优选的，所述氟化铯与氟化铝的质量比为1:0.65。
9、氟化铯作为钎剂的主要成分能够很好的去除氧化铝薄膜，且熔点较低，能够防止铝板母材熔化，但其成本较高，本申请通过添加氟化铝，能够替代一部分氟化铯，同时能够提供铝元素，但氟化铝的熔点较高，易造成母材熔化变形，因此需要控制氟化铯和氟化铝的比例，使钎剂的熔点仍然保持在母材液相线温度以内。此外，本申请通过添加硅粉能够提升钎剂的分散性，提高钎剂在母材表面的润湿性，环氧树脂能够使钎剂拉成长丝，与环氧树脂层结合，达到定量供给钎剂的作用。
10、在一些实施方式中，所述银-锌合金，银和锌的质量比为1:(10～40)。
11、优选的，所述银-锌合金，银和锌的质量比为1:25。
12、本申请一方面，通过调控银和锌的质量比来控制银-锌合金的熔点低于母材的液相线温度，防止母材钎焊中出现融化变形现象；第二方面，将银-锌合金作为最外层能够很好包裹锡-铋合金，锡-铋合金的熔点较低，在融化时能够充分与银-锌合金共晶，形成多元共晶，增强接头强度和耐磨性能；第三方面，银-锌合金作为最外层能够使钎料锥形底端的钎剂层先熔融去除氧化膜，若锡-铋合金作为最外层，锡-铋合金最先熔化填充母材之间，随着温度升高后钎剂无法作用于母材，导致母材上的氧化膜无法有效去除，降低母材冶金结合强度；第四方面，银元素能够提高锌元素在钎料中的流动性，增强其与铝板母材的结合力。
13、在一些实施方中，所述锡-铋合金中锡和铋的质量比为1:(1.5～2)。
14、优选的，所述锡-铋合金中锡和铋的质量比为1:1.8。
15、锡-铋合金具有较低的共熔点，将其作为内层能够防止钎焊初期优先于钎剂层熔化附着于母材表面，此外，铋元素能够增强钎料的润湿性，使钎料在母材表面润湿性刚好。
16、在一些实施方式中，所述外层的厚度为0.2～0.4mm；所述内层的厚度为0.1～0.2mm。
17、优选的，所述外层的厚度为0.3mm；所述内层的厚度为0.15mm。
18、申请人发现，通过调控内外层厚度控制合金含量能够提高接头的强度，其归结为，锡-铋合金在使用过程中易导致组织粗化现象，使接头脆性增大，银-锌合金能够和锡-铋合金形成ag3sn和ag5zn8对树枝晶起到弥散强化的作用，减少锡-铋钎料带来的组织粗化的问题，减少树枝晶含量与细化钎料组织，同时还能提高接头的抗拉强度和冲击韧性。
19、在一些实施方式中，所述固态钎剂丝是直径为0.4～0.6mm的圆柱。
20、优选的，所述固态钎剂丝是直径为0.5mm的圆柱。
21、在一些实施方式中，所述环氧树脂层的直径大于4.7倍小于5.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述改善铜铝焊接性能的填充材料包括三层结构：由外向内依次为外层、内层和钎剂层；
2.根据权利要求1所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述固态钎剂丝包括如下质量份原料：20~40份氟化铯、10~30份氟化铝、15~25份硅粉和4~10份环氧树脂。
3.根据权利要求2所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述氟化铯与氟化铝的质量比为1:(0.6~0.7)。
4.根据权利要求1所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述银-锌合金中银和锌的质量比为1:(10~40)。
5.根据权利要求1所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述锡-铋合金中锡和铋的质量比为1:(1.5~2)。
6.根据权利要求1所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述外层的厚度为0.2~0.4mm；所述内层的厚度为0.1~0.2mm。
7.根据权利要求1所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述固态钎剂丝是直径为0.4~0.6
8.根据权利要求1所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述环氧树脂层的直径大于4.7倍小于5.3倍固态钎剂丝的直径。
9.一种根据权利要求2~8任一项所述的改善铜铝焊接性能的填充材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述低温为20~35℃。
...【技术特征摘要】
1.一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述改善铜铝焊接性能的填充材料包括三层结构：由外向内依次为外层、内层和钎剂层；
2.根据权利要求1所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述固态钎剂丝包括如下质量份原料：20~40份氟化铯、10~30份氟化铝、15~25份硅粉和4~10份环氧树脂。
3.根据权利要求2所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述氟化铯与氟化铝的质量比为1:(0.6~0.7)。
4.根据权利要求1所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述银-锌合金中银和锌的质量比为1:(10~40)。
5.根据权利要求1所述的一种改善铜铝焊接性能的填充材料，其特征在于，所述锡-铋合金中锡和铋的质量比...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖泳琪，马玉军，张雄，张言才，李聪，邓昊，王平，王佳诚，陆晨，
申请(专利权)人：蜂鸟智超新能源技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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