无钎剂钎焊低熔点铝用钎料及其制备方法技术

为了解决全膜电容器生产制造中铝箔的低温无钎剂软钎焊问题，以及其它需要铝材低温无钎剂钎焊的生产问题，研制开发了适用于铝材低温钎焊的低熔点刮擦钎料以及钎料冶炼工艺技术。在无钎剂钎焊的条件下，钎料与铝材的钎焊接合良好，钎料的熔点为：１３５－１８９℃，强度为１２７ＭＰａ。该钎料具有与电容器常用浸渍剂相容及无腐蚀的特性，还具有抗热冲击疲劳的性能，可满足全膜电容器的钎焊生产要求，以及其它需要铝材低温无钎剂钎焊的场合。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钎焊材料，特别涉及一种无钎剂钎焊低熔点铝用钎料及其冶炼工艺。由于全膜电容器具有介质损耗低、工作场强高和电容器的比特性好，以及电容器温升低、寿命长、生产周期短、爆破几率小和运行安全等优点，国内外电力电容器的生产均朝全膜化方向发展。全膜电容器内芯由铝箔和聚丙烯膜(简称PP膜)层状相间组成，外突的铝箔与铝箔之间以及铝箔与引线之间采用钎焊连接是理想的联接方式。由于采用全膜结构，对电容器中铝箔钎焊所用的钎料要求很严。首先是温度不能高，以控制钎焊温度;一般PP膜耐热不超过165°，考虑到铝箔具有较好的导热性，所用的铝用软钎料上限熔化温度应低于200℃。其次是铝材料的软钎料钎焊具有较大困难，主要是因为铝材表面致密的氧化膜难以去除，若全膜电容器铝箔钎焊时施加钎剂助焊，则钎剂溶入电容器中的浸渍剂将会导致电容器的损耗增大，而且还可能腐蚀或损坏PP膜，使电容器失效，所以只能采用无钎剂软钎料钎焊。此外，还要求钎料与铝箔之间要有较高的焊合率，钎缝具有虽够的强度，并且要求钎料与电容器常用浸渍剂间相容性优良，不会对浸渍剂造成污染和催化老化，同时浸渍剂应对钎缝无腐蚀性，以免破坏钎缝从而导致电容器失效和报废(文献1、WeldingJournal，Jan.1985，NO1;2、邹僖主编，《钎焊》，第二章，P28-29，机械工业出版社，1989)。本专利技术的目的在于在对现有全膜电容器生产调研和工艺分析的基础上，针对全膜电容器铝箔钎焊问题，设计了符合全膜电容器钎焊要求和使用要求的新钎料，探索出了冶炼出该钎料的工艺方法。用本专利技术提供的钎料设计和冶炼工艺技术，可熔炼出适用于高压全膜并联电容器生产用的无钎剂钎焊低熔点刮擦钎料，可保证全膜电容器的生产质量，满足其服役要求，提高其使用寿命。同时该钎料还可用于具有突箔式电极结构的电热电容器、脉冲电容器、均压、耦合电容器制造中的钎焊连接。此外还可用于电冰箱中铝管的补漏和缺陷修复，以及其它有关铝材低温钎焊的场合。该材料具有低熔点特征，钎焊时不使用钎剂，只需用加热工具(如电烙铁等)在铝材上刮擦熔融钎料即可施焊。钎料设计时，首先应保证其与铝材能够钎焊结合，即保证其可钎焊性;钎料组元与铝材若能形成塑性和韧性俱佳的固溶体组织，则对提高钎缝的结合强度有利，从相图分析可知，AL-Zn、AL-Si及AL-Ag均能形成有限固溶体，钎料中必须含有这些元素，以保证结合强度。其次，还应保证钎料具有低熔点特性及具有良好的熔化铺展和润湿能力;考虑到大部分铝用软钎料(熔点均在250℃以上)匀含有Zn这一特点，钎料成分设计时加入了Zn，钎料设计时还加入了低熔点Sn组元，以及使含Zn、Sn钎料熔点进一步降低的Cd组元;由Sn、Zn、Cd三元素的相图分析可知，Sn-Zn和Sn-Cd均能形成低熔点的共晶组织，Sn-Zn共晶组织熔点为198℃，Sn-Cd共晶组织熔点为177℃。因此，确定钎料基本组成为Sn-Zn-Cd合金系。此外，钎焊时钎料表面张力愈小，则钎料的铺展、润湿能力愈好，还有助于提高钎料的钎焊性;因此，凡是具有较小表面张力而聚集在钎料表面呈正吸附从而降低整个液态钎料表面张力的元素都能改善钎料的润湿性，这些元素如Bi(铋)、In(铟)，Ce(铈)等均在钎料设计时加入;Ce的加入还可以改善钎料合金的组织形态，起到细化晶粒的作用;In的加入能进一步降低钎料的熔点，提高钎料在冶炼和钎焊时的抗氧化能力。最后，还考虑到钎料应具有无钎剂钎焊的特点。钎料加入Si后，其以固态微料存在，作为刮擦钎料中的脆硬质点相起到破坏铝的氧化膜的作用，从AL-Si相图还可知，两者可相互固溶使钎料结合性能改善;钎料中的Ce也能与其它元素形成硬质点相，起到刮擦破坏铝的氧化膜作用，提高钎料的结合能力。在钎料多元合金系中，每个组分元素的作用是彼此互相影响的，不象二元合金状态图所描述的那样简单、直观;各组分元素对钎料整体各方面性能的影响是复杂的，必须通过大量试验的优化筛选，确定出综合性能最佳的钎料配方及最优冶炼工艺。本专利技术所设计的钎料，经过上百次的成分配方变化和冶炼工艺探索，最终找出了较合理的钎料成分设计及冶炼工艺。铝用无钎剂钎焊、低熔点、刮擦软钎料的配方及相应的冶炼工艺为本专利技术的技术关键。钎料的配方及冶炼工艺钎料的配方(%) 按配方中各元素设计成分的重量百分比备料。冶炼设备控温坩埚电炉，功率按一次冶炼的重量确定，测温热电偶置于熔炼坩埚内，控温误差在±5℃以内。冶炼工艺(1)将Sn粒(或条、块)置入坩埚内加热熔化，过热至400-500℃;(2)将Zn粒(或条、块)加入坩埚，搅拌至熔化均匀，控温在400-500℃以下;(3)将Ag粒(或丝、屑)加入，搅拌至熔化均匀，保温5-8分钟，然后降温至300-400℃;(4)将Cd加入熔融坩埚，搅拌至熔化均匀，完毕，继续加入Bi和In，搅拌均匀;(5)降温至200-300℃，加入Ce后立即搅拌均匀，保温约3-5分钟;(6)重新加热至200-300℃，加入Si粉搅拌均匀后，盖上坩埚盖，重新加热至400-500℃，保温4-10分钟;(7)捞除熔融钎料表面的敷渣，冷模浇铸成型。操作时应注意Bi和In加入时温度不宜高，以免过烧损失;Si和Ce加入时要充分搅拌均匀;浇铸温度不宜太低，应在400-500℃左右;根据全膜电容器铝箔的钎焊要求(以及其它铝材低温钎焊的相应场合)，本专利技术具有以下优点(1)本专利技术所研制的钎料属于无钎剂钎料，钎焊时不需要施加任何钎剂，焊接时只需用加热工具(如烙铁)和铝箔上(或铝材上)刮擦熔融钎料即可实现焊接。(2)钎料的熔化特性钎料熔化温度135-189℃，熔化温度范围为54℃;钎料的熔化温度符合全膜电容器钎焊时的温度控制要求。(3)钎料及钎缝的机械性能钎料及钎缝的机械性能分别列于表1和表2。试验用冷轧纯铝板的厚度为1.5mm，强度为108MPa，延伸率为28%。表1钎料本身的机械性能钎料拉伸强度(MPa)断面收缩率(%)所研制钎料127.026SnZn35钎料90.230注1、试样采用Φ6的5倍标距标准拉伸试样;2、SnZn35钎料是原用电容器钎料，成分为Sn65%，Zn35%。表2钎缝的机械性能钎料所焊钎缝的搭接强度:大于40.0MPa(5个试样均断于母材)钎料所焊钎缝的撕裂强度:大于40.0MPa(5个试样均断于母材)SnZn35钎缝的搭接强度:32.4MPa(5个试样平均)SnZn35钎缝的撕裂强度:32.4MPa(5个试样平均)(4)钎料与铝材的钎合率钎料与铝材钎合率的评定方法是用刮擦方法将钎料在铝材表面涂敷直径为1.5平方厘米的钎接区域，待冷却到室温后，将铝材三次对折180°;然后除去未结合的钎料，分别测出涂敷面积与实际钎合面积，用下式求钎料的钎合率钎合率＝〖(实际钎合面积)/(涂敷面积)〗×100%表3列出了本专利技术所研制的钎料的钎合率及与其它钎料的比较。表3本专利技术所研制钎料与原钎料的钎合率比较钎料熔化温度(℃)与铝材的钎合率(%)所研制钎料135-189>93(不用钎剂)SnZn35钎料199-33190(需加钎剂方可)(5)钎料与电容器浸渍剂的相容性(5.1)所研制的钎料对浸渍剂的污染及老化性能的影响参照“IEC588-6，1979”及现有的试验方法，将该钎料搭接试本文档来自技高网...

【技术保护点】
无钎剂钎焊低熔点铝用钎料及其冶炼工艺，其特征在于，所说的钎料由下列各元素的重百分比备制而成：＊＊＊。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张新平，陈孝存，华自圭，王友功，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]