[发明专利]一种球形自熔性合金钎料的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金行业用合金钎料粉末加工技术领域，具体涉及一种球形自熔性合金钎料的制造方法。

背景技术

球形焊料制造技术已相当成熟，广泛应用于球栅阵列表面贴装(BGA)、激光熔覆、热喷涂、堆焊焊接等领域。主要技术有：液滴喷射凝固成球的有气体雾化法和离心雾化法，如专利CN100484669C公布了一种微小钎料合金焊球的制作装置，采用气体压力喷射，液态金属在惰性气体中球化，该专利主要在装置上进行了改进；机械剪切成球的切丝或打孔重熔法，主要适用于塑性较好的低熔点钎料金属；均匀液滴喷射法和脉冲小孔喷射法，如专利CN1220571C公布了一种微球焊料的制备方法及所用微喷装置，采用精密喷射技术制造出适用于BGA的焊料，对设备的要求较高，球形颗粒尺寸大于100um,专利CN1253279C公布了单分散球形金属粒子及其生产方法，该方法采用孔膜使液态金属分散在液相中制得球形金属粒子，受限于制备的熔点为250℃或更低的金属，而且主要为锡钎焊。然而，针对熔点相对较高的自熔性合金球形粉末的制造，目前，主要还是采用雾化技术，如专利CN1109123C公布了一种镍基自熔性合金粉末，采用气喷水冷雾化工艺制造喷涂粉末。球形自熔性合金钎料，根据主要成分分为铁基合金、镍基合金、铜基合金和钴基合金，其中，均含有C、Si、B、Cr等元素，因而具有脱氧、还原、造渣、除气以及良好的金属表面抗氧化、耐腐蚀和润湿性，由于焊接构件的特殊性，要求自熔性合金钎焊球形度高，流动性好，充分覆盖间隙，控制焊接厚度，然而不同元素固溶、偏析等性质不同，雾化制造出的球形合金粉末易收缩破缺、颗粒较大、粒径分布不均，含氧量较高，严重影响了热喷涂和堆焊填料的使用效果。

专利申请号CN201410462791.X公布了一种微米和纳米金属球形粉末的制造方法，提出通过金属液滴/碳材料或陶瓷材料界面(即：液/固界面)的方法制备微米、纳米金属球。该方法简单易行，无需特殊的精密设备，能够廉价的制造分布均的球形粒子。但针对高熔点元素以及多元素添加的复杂自熔性合金，元素固溶偏析性质差异较大，尤其是C、Si、B、Cr等元素，该方法难以控制球形钎料的成分分布，从而影响钎料热力学性能。

发明内容

本发明目的在于，提供一种适用含有Fe、Co、Ni、Cu等高熔点元素以及复杂元素添加的自熔性合金球形钎料粉末的制造方法，尤其是铁基自熔性合金、镍基自熔性合金、铜基自熔性合金或钴基自熔性合金。

为了实现以上目的，热处理熔融球化以及冷却速度过程控制成为关键。采用的技术方案是：一种球形自熔性合金钎料的制造方法，包括如下步骤：

(1)准备自熔性合金粉末；

(2)准备自熔性合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末的均匀混合粉末；

(3)高温热处理使自熔性合金熔融并凝固成金属球；高温热处理的温度是达到所述合金熔融的温度，优选是自熔性合金熔点温度以上40到100℃的范围内；

(4)分离碳材料粉末或陶瓷材料粉末获得微米、纳米自熔性合金球形粉末。

所述自熔性合金含有但不限于C、Si、B、Cr等元素，包含至少一种铁基自熔性合金、镍基自熔性合金、铜基自熔性合金或钴基自熔性合金。

铁基自熔性合金成分质量百分比包含但不限于：C：0.1-4、Si：2-4.5、B：2-4、Cr：15-20、Ni：10-20、余量：Fe。

镍基自熔性合金成分质量百分比包含但不限于：C：0.7-1、Si：2-5、B：1-4、Cr：10-16、Fe：10-15、余量：Ni。

铜基自熔性合金成分质量百分比包含但不限于：C：0.01-0.1、Si：0.2-2、B：1-2、Cr：0.1-2、Mn：3-15、Ni：3-7、余量：Cu。

钴基自熔性合金成分质量百分比包含但不限于：C：0.1-3、Si：1-2、B：Cr：15-30、Fe：2-6、Ni：3-5、余量：Co。

准备所述自熔性合金原料粉末包括但不限于：通过真空熔炼自熔性合金，机械破碎或快淬成条带后破碎成金属粉末。所述自熔性合金粉末尺寸范围为10nm-100um。

碳材料粉末为石墨、石墨烯、金刚石、碳粉或煤粉以及它们二种或二种以上的混合物；陶瓷材料粉末为碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷以及它们二种或二种以上的混合物。