鋁銅異質焊接用新型復合鋅基的制備及性能研究

成龍 王洪禮（新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830004）

鋁銅異質焊接用新型復合鋅基的制備及性能研究

成龍 王洪禮（新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830004）

在鋁銅直接釬焊時，由于鋁銅直接接觸且Al和Cu擴散較快，易在接頭處形成易熔的脆性CuAl2-Al共晶相，影響接頭的綜合性能[1]。由于Ni能有效阻止Al原子的擴散，從而避免CuAl2-Al共晶相的生成[2]。本文在鋅基釬料薄片上鍍Ni，利用差熱分析（DTA）、潤濕性實驗、力學性能試驗等手段，分析新型鋅基復合釬料的性能，發現與未鍍鎳鋅基釬料相比，其具有良好的潤濕性，接頭強度有明顯提高，由此可見釬焊時Ni能有效阻止Al原子的擴散，達到降低CuAl2-Al相生成的目的。

鋁銅釬焊;鋅基釬料;性能

銅∕鋁復合結構在工業生產中應用廣泛，銅與鋁異種金屬通常采用釬焊方法連接[1,2]。但銅鋁直接釬焊時由于鋁、銅原子擴散較快，容易在接頭中形成易熔的脆性Al-CuAl2共晶相，導致接頭強度降低[3,4]。鋅基釬料由于熔點低，工藝性好，且具有良好的潤濕性、流動性、抗腐蝕性和填充間隙能力。本研究鋅基釬料上電鍍一層鎳制備成新型復合釬料及復合鋅基釬料的性能，通過焊接方法實現了銅-鋁的連接，通過在釬料表面電鍍Ni層阻止了脆性Al-CuAl2共晶相的生成，并測試接頭的力學性能。

1 新型鋅基釬料的制備

1.1 溶液配方及工藝參數

根據電鍍試驗的具體特點，本實驗電鍍液的配方及工藝條件為：

硫酸鎳95 g∕L②硼酸25 g∕L

氯化鈉12 g∕L④檸檬酸鈉120 g∕L

溫度：20～30℃ PH值：7.0～7.2

電流密度：1.0～1.5 A∕dm2

經多次試驗，確定進行鋅基釬料鍍鎳的溶液溫度（T）：25℃；攪拌速度（v）：120rad∕s；電鍍電壓(U)：2V；電鍍電流(I)：1.0～1.5A；通電時間(t)：8min。

1.2 工藝流程

（1）電鍍之前，將鋅基釬料表面進行打磨，清理，吹干。

（2）配好的鍍液攪拌，使溶液底部無硫酸鎳顆粒沉淀，用恒溫儀對溶液進行加熱保溫。

（3）陰、陽極放入電鍍液。確保兩極表面正對并固定，目的是使電流變化幅度小。

（4）開啟電源。

（5）通電結束，關閉電源，取出陰極沖洗，干凈后，立即在酒精中浸一下，用電吹風吹干，并密閉保存。

2 釬焊實驗

2.1 實驗材料

實驗材料:母材為紫銅T1與純鋁L2；釬料采用HL505型鋅基釬料和鍍鎳的釬料；釬劑為QJ201型鋁釬劑。

2.2 爐中釬焊工藝參數

釬焊最佳實驗參數如下：

電壓：375V；電流：35A；加溫速度：10℃∕min釬焊溫度：550～575℃；冷卻方式：空冷

2.3 爐中釬焊過程

2.3.1 焊前清理過程

用400#、800#、1200#砂紙打磨銅片、鋅基釬料和鋁母材表面氧化膜。然后用丙酮除去表面油污，清洗干凈，最后用酒精清洗吹干。

2.3.2 釬焊過程

（1）設定釬焊溫度，加熱至預設溫度，保溫8～10min，確保爐內溫度分布均勻。

（2）在母材與釬料間涂上一層釬劑，將母材與釬料固定好放置在鋼板上。

（3）爐溫升至設定溫度時，將工件及鋼板放入爐中進行釬焊，從爐溫恢復到設定溫度565℃時開始計時，保溫10 min。

（4）加熱保溫結束，取出工件及鋼板，空冷至室溫。

2.3.3 焊后清洗

將空冷后的工件放入60℃～80℃的熱水中清洗10min，再用15%的稀硝酸浸泡30min，用冷水清洗，吹干。

3 試驗結果及分析

3.1 釬料的潤濕性

釬料的潤濕性是衡量釬料工藝性的重要指標之一。本試驗對釬料的潤濕性進行了測定：

釬料的潤濕性隨著實驗溫度的升高而增強，說明溫度對釬料的鋪展面積影響較大；在565℃時，釬料的鋪展面積最大，說明在此溫度下，釬料的潤濕性最好；另新型釬料比普通釬料的鋪展面積大即新型釬料的潤濕性比普通釬料的潤濕性要好，這是由于Ni能阻止母材Al向Zn基釬料中固溶，有利于釬料水平方向的潤濕鋪展。

3.2 釬料的差熱分析

新型薄帶釬料的固相線溫度為429.5℃，液相線溫度為490℃，結晶溫度區間為60.5℃；普通釬料的固相線溫度為429℃，液相線溫度為491℃，結晶溫度區間為62℃。因此新型釬料與普通釬料結晶溫度相差不大，當Ni約等于1%時釬料的熔化曲線的液相線和固相線影響不大，另外在282℃時出現固熔轉變由α+β→α，固熔轉變吸收熱量從而出現圖中的第一個峰值。

3.3 釬焊接頭強度

試件制備：試件和接頭形式：搭接接頭。

圖4.1 不同接頭的剪切強度

從圖4.1看出，隨著釬焊溫度的升高，釬焊接頭的剪切強度也隨之升高。這是由于隨著溫度的升高，釬料的潤濕性增強，填隙能力增大，釬料與母材之間的擴散更充分，因此形成的釬焊接頭的剪切強度更高。另外，雙面鍍鎳釬料的接頭強度要比單面鍍鎳和沒鍍鎳釬料的接頭強度高，證明Ni能有效阻止脆性Al-CuAl2共晶相的生成，細化晶粒，提高接頭的剪切強度。

4 結語

（1）通過選擇合適的工藝參數，在鋅基釬料上鍍覆一層鎳制備出新型鋅基釬料，釬料的潤濕性隨溫度的升高而增大，在565℃時，釬料的潤濕性最好。

（2）釬焊接頭強度隨溫度升高而增大，并且新型釬料比普通釬料釬焊接頭強度高。

[1]里亞博夫B P.鋁及鋁合金與其他金屬的焊接[M].北京：宇航出版社，1990.

[2]孫德超.胡偉.Al-Cu接頭釬焊研究[J].焊接技術，2002，31 (2)：18～19.

成龍（1987-），男，四川省岳池縣人，本科，主要從事金屬材料制備及檢驗研究工作.