高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的火焰软钎焊方法 【技术领域】
本发明涉及一种复合材料的火焰软钎焊方法。
背景技术
高体积分数SiCp/Al复合材料因具有结构/热控/防共振一体化多功能特色,近几年在我国航空航天光电探测系统(精密零部件)及微电子系统(电子封装件)中得到认可和青睐。
材料界通常把增强相体积分数超过30%即视为高体积分数复合材料。由于增强相与基体在物理、化学性能的巨大差异,母材熔化后会产生气孔、未熔合及界面反应等缺陷,难以形成外观成形良好的焊缝,焊缝内部也会产生界面反应,生成脆性组织,使其熔化焊焊接性能很差,难以焊成工程结构,成为该种材料推广应用的重要障碍,有时甚至是瓶颈难题。因此解决其焊接性难题具有重要意义。
【发明内容】
本发明目的是为了解决采用熔化焊高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料难以焊成工程结构的问题。本发明的优点是钎焊时不需要昂贵的专用设备,操作简便、灵活,焊接成本低。
高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的火焰软钎焊方法是先按a.除油、b.水洗、c.酸洗粗化、d.水洗、e.活化、f.水洗、g.酸性镀Ni-P、h.水洗和g.吹干地步骤在高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料表面进行化学镀Ni-P;然后进行火焰软钎焊:先将待焊表面用丙酮去油,然后涂刷覆一层液体钎剂,再将纯Sn作钎料,用电烙铁均匀涂覆在两待焊表面上,然后将待焊表面搭接,再用氢-氧源火焰烘烤,待钎料熔化后立即加压使钎料与高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料贴合,形成自然间隙下厚度为50~100微米的钎缝,钎缝在250~280℃温度下保温5~8秒,冷却后用水清洗接头;即完成了高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的焊接。
本发明方法可使钎料与母材互扩散,形成了致密的冶金结合,得到外观成形良好的焊缝。采用本发明方对法碳化硅颗粒体积分数为55%的SiCp/ZL101进行同种材料的连接,得到接头强度为255MPa;达到了母材拉伸强度(300MPa)的85%。
【具体实施方式】
具体实施方式一:本实施方式中体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的火焰软钎焊方法是先按a.除油、b.水洗、c.酸洗粗化、d.水洗、e.活化、f.水洗、g.酸性镀Ni-P、h.水洗和g.吹干的步骤在高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料表面进行化学镀Ni-P;然后进行火焰软钎焊:先将待焊表面用丙酮去油,然后涂覆一层液体钎剂,再将纯Sn作钎料,用电烙铁均匀涂覆在两待焊表面上,然后将待焊表面搭接,再用氢-氧源火焰烘烤,待钎料熔化后立即加压使钎料与高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料贴合(多余液态钎料被挤出),形成自然间隙下厚度为50~100微米的钎缝,钎缝在250~280℃温度下保温5~8秒,冷却后用水清洗接头;即完成了高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的焊接。
本实施方式所述Sn的纯度大于95%(质量)。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述“a.除油”是室温下,在丙酮中超声处理10min。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:所述“c.酸洗粗化”是室温下在HF和HNO3混合溶液中腐蚀粗化10min,所述HF和HNO3混合溶液中HF、HNO3与水的质量为1∶3∶1。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是:所述“e.活化”是室温下在PdCl2和HCl混合液中活化10min,所述PdCl2和HCl混合液中PdCl2和HCl的质量比为1∶1。其它步骤和参数与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四不同的是:所述“g.酸性镀Ni-P”在90℃条件下,酸性镀液中化学镀20分钟,其它步骤和参数与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式五不同的是:所述酸性镀液由NiSO4·7H2O、NaH2PO2·H2O、质量浓度为80%的C3H6O3、H3BO3、NaF、KIO3和水配制成的,酸性镀液的pH值为4.6,其中NiSO4·7H2O的浓度为30g/L,NaH2PO2·H2O浓度为20g/L,C3H6O3的浓度为27mL/L,H3BO3的浓度为18g/L,NaF的浓度为1g/L,KIO3的浓度为0.02g/L。其它步骤和参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式六所述酸性镀液的pH值用NH3·H2O调节。其它步骤和参数与具体实施方式六相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七不同的是:所述钎剂为ZnCl2饱和溶液。其它步骤和参数与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九:本实施方式对碳化硅颗粒体积分数为55%的SiCp/ZL101进行同种材料的连接,连接方法是按下述步骤进行的:在室温下,将SiCp/ZL101放入丙酮中超声处理10min;然后去离子水洗三至五次;再在室温下,将SiCp/ZL101放入HF和HNO3混合溶液中腐蚀粗化10min,所述HF和HNO3混合溶液中HF、HNO3与水的质量为1∶3∶1;然后去离子水洗三至五次;再在室温下,将SiCp/ZL101放入PdCl2和HCl混合液中活化10min,所述PdCl2和HCl混合液中PdCl2和HCl的质量比为1∶1;然后去离子水洗三至五次;再放入酸性镀液中,在90℃条件下,酸性镀液中化学镀20分钟,所述酸性镀液与具体实施方式六中的相同;然后去离子水洗三至五次后吹干;然后进行火焰软钎焊:先将待焊表面用丙酮去油,然后涂钎剂,再将纯度大于95%的Sn作钎料,用电烙铁均匀涂刷在待焊表面上,然后将待焊表面搭接,在用氢-氧源火焰烘烤,待钎料熔化后立即依焊件大小立即施加一定压力,使钎料在钎缝中充分与母材贴合,并将多余液态钎料挤出,形成自然间隙下厚度为50~100微米的钎缝,钎缝在250~280℃温度下保温5~8秒,冷却后用水清洗接头;即完成了高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的焊接。
本实施方式接头强度为255MPa;达到了母材拉伸强度(300MPa)的85%。