无焊剂钎焊方法和对铝或不同金属钎焊的多层材料物系的组合物技术

用于无焊剂钎焊的一种钎焊产品，以纯铝或铝合金为基材，在基材上有一层铝低共熔物形成层，在低共熔物形成层上是一层钎焊促进层，该钎焊促进层由镍、钴和铁中的一种或多种金属组成。低共熔物形成层最好是物理气相沉淀法获得的Ｓｉ层。本钎焊产品可钎焊到另一个铝制品或不同金属的制品上。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的目的是为了得到一种无包套钎焊材料物系，同时维持一种无焊剂钎焊物系。
技术介绍
钎焊一般使用铝硅包覆的铝钎焊卷材复合物。由于生产这种传统复合物时需复杂的轧制工艺，这就增加了扁平轧制片材和带子的附加成本。此外，可用的合金组合物受到轧制产品标准化、铸件缺陷或影响整个铸造或轧制操作成本的废料回收问题的限制。这些传统钎焊合金可通过无焊剂钎焊系统来进行钎焊，一般使用一层电镀的钎焊促进层。然而，使用现有技术的电镀工艺沉积无焊剂钎焊改进剂时，会造成一定的环境问题。而且，对可进行大批量电镀的材料或组分的尺寸范围有限制，例如，固定尺寸的电镀槽就限制了可电镀带的最大宽度。专利技术简述本专利技术的一方面是，提供了一种制造用于无焊剂钎焊工艺的制品的方法，该方法的步骤是；(a)提供一金属基材；(b)在基材上施加一层低共熔物形成层，该层包含能与金属基材形成低共熔物的材料；(c)在低共熔物形成层上施加一层钎焊促进层，该钎焊促进层含有选自镍、钴和铁中的一种或多种的金属。本专利技术的另一方面是，提供了一种钎焊未包覆的两个铝合金型材的方法，其中，至少一个铝合金型材包含金属基材、施加在基材上的低共熔物形成材料和施加在低共熔物形成材料上的钎焊促进层，该方法的步骤如下(a)将这两个型材放置在一起，使其互相接触成为组合体；(b)不使用钎焊剂，在真空或惰性气氛中加热此组合体到高温，维持足够时间，形成一种含有由上述金属基材和低共熔物形成材料的低共熔物的熔融焊料金属，并使熔融焊料铺展从而将此两个型材钎焊起来；(c)冷却焊接好的组合体。本专利技术的另一方面是，提供了一种用于无焊剂钎焊的钎焊产品，该产品包含(a)金属基材；(b)施加在金属基材上的一层低共熔物形成层，该层包含可与金属基材形成低共熔物的材料；(c)钎焊促进层，它包含选自镍、钴和铁中的一种或多种金属。附图简述附图说明图1到3是本专利技术中一个优选实施方式的钎焊组合体的照片。专利技术详述本专利技术提供了一种金属原位形成焊料的材料系统，不需另行包覆的焊料金属(或另行提供，例如作为预制件等形式提供)，同时保持无焊剂钎焊的方法。本专利技术也提供了一种可调节的材料钎焊系统，这样，例如，可根据产品的要求，或同一产品的不同部位，例如同一钎焊片材的两面，来调节钎焊缝的尺寸和流动性。本专利技术人也认识到这个物系可用来制造一系列的焊料金属组合物，这样就能以无焊剂形式在低和高即常规的Al-Si钎焊温度进行钎焊。由于能对材料物系(焊料金属金属、钎焊促进剂……以及钎焊改进剂、结合层和温度改进剂)进行变化，在应用于现在不可钎焊的，或无合适钎焊形式的铝合金物系时，就极大地增加了其灵活性。这些铝合金包括，例如，高合金含量的7xxx、2xxx、6xxx或8xxx系列铝合金，或铝的铸件和压铸件。应用了Si低共熔物形成层的具体合金包括3003、5052(2.8％Mg)和1100合金。可调节的钎焊响应特性可用于高要求产品的用途，例如热交换器的内接头，或用来钎焊金属板燃料电池发动机中的复杂流场通道。本专利技术人开发了物理气相沉淀法和层状相继组合物，其中包括一些辅助的方法，使得能进行较好的在线沉积工艺的干式材料清除方法得以实现。已经证实为成功的干式清除技术，例如等离子体或离子清除是将钎焊工艺对环境的影响降低到最小的重要步骤，还已经证实是可以实际应用的。本专利技术的无焊剂钎焊物系中的金属基材最好是铝片材，该铝片材可以是纯铝，也可以是许多铝合金中的任何一种，或涂覆铝的制的金属，例如涂覆铝的钛或钢。可用的铝基材的具体例子有，AA1100、3003、5xxx和6xxx系列铝合金。对于含有1％或2％乃至3％Mg的6xxx或5xxx系列铝合金而言，倘若使用的是以Ni为表层钎焊促进剂的包覆物系，Mg从中心向包层的扩散就可被用来促进钎焊反应，只要采用的是使用Ni作为顶涂层钎焊促进剂的涂覆物系。钎焊过程中，少量Mg可扩散到Si或液相低共熔物膜中，从而协助Ni的钎焊促进反应，由于Mg本身也是一种钎焊促进剂，本专利技术人发现在对含有少量Mg的材料应用Ni钎焊促进剂时，Ni和Mg具有协同效应。还可以认为，基材中如含有大量的合金元素，这些元素在钎焊过程中固然会扩散到表面，造成有害的影响，但本专利技术可利用这一点，在基材上沉积或提供合适的阻挡层涂层，包括铝或钛等。在这些高合金铝基材，例如高Zn合金7xxx或Al-Li合金2xxx或8xxx合金中，可能需使用合适的低温焊料金属物系，以适应这些合金材料较低的熔化温度范围。在本专利技术的最简单的实施方式中，在基材上施加一层熔体形成层，优选为低共熔物形成层，优选为Si涂层。也可选用其他熔体或低共熔物形成层，例如Zn、Zn-Sb、Zn-Ni、Zn-Si、Zn-Mg、Al-Si或Al-Zn。基材可以是纯铝或上述铝合金中的一种。也可以根据低共熔物形成层的组合物，基材可由本专利技术人于2002年11月21日提交的，名为“Improvements inFluxless Brazing”的待批申请中提到的不同金属中的一种组成，该申请的内容结合参考于此。Si低共熔物形成层通过物理气相沉淀法(PVD)经一步或多步沉积而得。这里的pvd既包括溅射法(包括磁控管溅射法)，还有电子束(EB)蒸发法。从实际效果，例如沉积速度考虑，优选EB涂覆法。阴极弧是另一个商业PVD系统，适用于某些金属。根据所沉积的具体金属，较好使用各种源类型的组合。例如，EB蒸发法对于Si可能是最好的，但对于Pb或Bi可能是或不是最好的。然而，只需较少的Pb，这样溅射速度就可接受，并可能具有较高的Pb使用效率。Ni或其他金属例如Pd，同样不要求很厚，也可使用其他的源类虽然EB蒸发法仍然较佳。顶层的溅射有助于使片材保持较低的温度，减少施加在腔壁上的材料，使更多材料施加在基材上。施加的Si涂层用作低共熔物形成层。本专利技术物系中的Si涂层与下述的钎焊促进剂结合使用时，其厚度优选为3到20微米左右，更优选为5到10微米左右。当不使用这些钎焊促进剂时，要相应地增厚Si涂层，才能得到相同的钎焊质量，否则达不到相同的钎焊质量或者要用钎焊剂起补偿作用。类似地，与其他低共熔物形成剂组合时，可以使用较薄的Si涂层；然而，到目前为止，约1微米厚的Si层应与Ni钎焊促进剂接触。在这个特定的物系中，很难不使用这个层来进行(无焊剂)钎焊；在一个可供选择的物系中，例如Al-Zn或Zn-Mg等液相形成物系中，Si可能就没有那么重要。一层极薄的钎焊改进剂层(20-50nm)较好沉积在Si和钎焊促进层的界面上。较佳的钎焊改进剂有Bi、Pb、Li、Sb、Mg、Sr和Cu。当低共熔物形成层是Si，钎焊改进剂层为Ni基时，Bi和Pb为较佳的钎焊改进剂。钎焊改进剂层的厚度如果太厚，将会影响Ni和Si的接触。较佳的是钎焊改进剂层也可位于铝基材和低共熔物形成层之间，虽然这会影响低共熔物形成层与基材的粘结，也可能导致涂层的脱落，有些情况下这是由于在Si沉积时，热被传递到铝基材上，或由于在电子束中的暴露时间，以及来自蒸气中的辐射和Si蒸气在基材上冷凝时放出的热的缘故。为防止这些，最好是施加Si作为多数层，同时在各层间有个冷却相。此外，在涂覆时可对基材进行冷却，例如，将进行涂覆的片材的背面与冷却表面接触，这受材料的传递、接触时间和几何形状的限制。Si涂层形成完毕本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造无焊剂钎焊工艺用制品的方法，该方法包括：（ａ）提供一金属基材；（ｂ）在基材上施加熔体形成层或低共熔物形成层，该层包含能与金属基材形成熔体或低共熔物的材料；（ｃ）在低共熔物形成层上施加钎焊促进层，该钎焊促进层包 含镍、钴和铁中的一种或多种金属。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RA霍夫曼，ME格拉罕姆，BE切多，RH克鲁格，KF多克斯，
申请(专利权)人：达纳加拿大公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]