PDF《Al/Cu 异种有色金属的真空钎焊工艺》

焊接技术 第36 卷第

1 期2007 年2月・工艺与新技术・

1 引言 铝铜异种有色金属接头广泛应用于电力、化工、制冷和航 空航天工业中, 具有广泛的实际应用价值.

铝和铜都是导电性 能优良的材料, 但铜的密度大、价格高, 因而在很多应用场合 用铝代替铜可以降低生产成本.焊接是实现铝铜连接并满足铝 铜接头导电性能的可靠方法. 铝铜焊接的方法很多, 从工艺和材料等不同方面入手, 可 以采用压焊、熔焊、钎焊和真空扩散焊等方法[1~3] .铝铜焊接 的主要问题是接头的腐蚀, 腐蚀由铝和铜之间的电极电位差引 起.此外, 铝铜焊接过程中焊缝易出现铝铜脆性化合物, 当接 头长期工作于高温环境时, 还会导致铝铜原子扩散形成金属间 化合物层并不断加厚, 使接头的冲击韧性下降, 电阻增大. 铝铜钎焊主要存在2个问题: 一是需使用腐蚀性强的钎剂 去除铝表面的氧化膜, 但钎剂残渣吸潮后形成电解液, 构成强 烈的腐蚀剂腐蚀接头;

二是铝、铜原子扩散较快, 容易在接头 区形成易熔的脆性Al- CuAl2共晶, 导致接头强度降低[4, 5] .真空钎 焊不需要使用钎剂, 不存在残余钎剂腐蚀铝铜接头的问题, 再 采用合理的钎焊工艺减少铝铜接头中的脆性相, 就能获得性能 稳定的铝铜接头.但Al/Cu真空钎焊仍存在铝表面氧化膜的去除 及工艺不当造成的接头溶蚀问题.为此, 笔者从钎料选择和界 面结合特点等方面对Al/Cu真空钎焊工艺进行了研究, 分析了Mg 作为活化剂去除铝表面氧化膜的机理及造成接头溶蚀的原因.

2 试验方法及分析 2.1 试验材料 铝采用工业纯铝1035, 1200及防锈铝合金3A21, 铜采用 纯铜C11000, 钎料为铝硅镁 ( Al- Si- Mg) 钎料, 制成厚0.6 mm 的片状.试验采用的铝板和铜板的规格分别为100 mm*

50 mm*

6 mm和100 mm*

50 mm*

1 mm, 母材的力学性能见表1. 工业纯铝具有高的可塑性、耐蚀性、导电性和导热性, 但 强度低、热处理不能强化, 易承受压力加工和拉伸、弯曲, 适 用于各种焊接方法, 钎焊性优良.防锈铝3A21属铝锰系防锈 铝合金, 是应用最广的一种防锈铝合金, 其强度稍高于工业纯 铝, 不能热处理强化, 故采用冷加工方法来提高其力学性能, 在退火状态下有高的塑性, 耐蚀性好, 可切削性不良, 钎焊性 良好.纯铜C11000是w( Cu) ≥99.5%的工业纯铜.在纯铜表面 可能形成2种氧化物: Cu2O和CuO.这2种氧化物容易被还原性 气体还原, 因此钎焊性良好. 2.2 真空钎焊工艺 2.2.1 焊前清理及装配 铝及铝合金暴露在空气中会很快形成一种黏着力强且耐热 的Al2O3氧化膜.该氧化物薄膜很容易吸收水分, 不仅妨碍钎 缝的良好结合, 而且还是生成气孔和夹渣的根源.为了保证钎 焊质量, 焊前应采取严格的清理措施, 彻底清除母材和钎料表 面的氧化膜和油污.化学清洗工艺为: 首先, 用w( NaOH) 10% 的溶液浸蚀铝材15 min、钎料10 min, 溶液温度应为40~60 ℃;

其次, 在硝酸+氢氟酸溶液中浸蚀铝材10 min、钎料5 min;

溶液配比为w( HNO3) 58%~62%的溶液15 L, w( HF) 48%的溶液0.6 L.在进行化学清洗过程中, 加热温度与溶液浓度不能过 名称牌号 熔化温度 /℃ 抗拉强度 /MPa 屈服强度 /MPa 伸长率 ( %) 耐蚀性 纯铝

1035 646~657 80~110 50~80 32~40 优良

1200 646~657 80~110 50~80 32~40 优良 防锈铝 3A21 643~654 98~147 40~70 30~36 优良 纯铜 C11000