[发明专利]一种铝散热器用低熔点Zn‑Al合金钎焊层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料成型技术领域，具体涉等离子喷涂技术的涂层组成及其制备方法。尤其是电动车、空调和暖风PTC铝散热器用低熔点Zn-Al合金钎焊层的制备方法。

背景技术

Zn-Al钎料属于中低温钎料，其熔化温度范围为382℃-500℃，目前已经有很多的研究者对其进行研制。与Al-Si合金钎料相比较，由于Zn-Al合金钎料的熔点低，在钎焊过程中不易对母材造成影响，且钎料具有一定的塑性，具备一定的加工性能。采用Zn-Al合金钎料对3003板材进行钎焊，选用CsF-AlF₃钎剂辅助，钎料在基体表面具有良好的流动性，随着Zn-Al钎料中Al的比例增加，流动性逐渐增加。但是Zn-Al共晶合金钎料以及亚共晶Zn-Al合金钎料相比Al-Si钎料的流动性还是相差很多，而且钎焊接头的抗腐蚀性低。

发明内容

本发明目的是，针对上述不足，对于低熔点Zn-15Al钎料，采用喷涂技术在3003铝合金基体表面制备钎焊层，钎焊层厚度可以达到微米甚至纳米级别，低于传统箔带钎料的厚度，符合轻量化要求。采用DSC测试钎料熔化温度，SEM对钎料及钎焊接头进行微观组织的观察，研究出良好可用的钎焊工艺，保证对钎焊接头的钎焊质量。

本发明技术方案：Zn-Al合金钎料采用等离子电弧喷涂制备钎焊层方法，尤其是电动车、空调和暖风PTC散热器用低熔点Zn-Al合金钎焊层的制备方法；该钎焊层制备包括以下步骤：将Zn粉与Al粉均匀混合形成Zn-Al合金钎料，按照质量分数为Zn 85，Al10-18；将混合好的Zn-Al合金粉末装入等离子喷涂焊机中，等离子喷涂设备设定电压为40-60V，电流为600A，等离子喷涂时通入氩气进行保护；启动等离子喷涂焊机，Zn-Al合金钎料经过等离子喷涂机，熔化形成细小颗粒液滴，在工件表面凝固形成钎焊层对工件焊接。钎焊工艺为410±5℃钎焊，保温30±10min，试样结合情况良好。

采用等离子喷涂制备的钎焊层，其厚度为5～50μm之间，且钎焊层厚度可控。所待焊件为任意形状。

Zn-15Al合金粉的等离子喷涂工艺参数为：等离子喷涂设备设定工作电压40V，电流为600A，氩气50L/min中通入氢气10L/min，送粉气体40L/min，送粉速度0.95r/min；Zn-15Al合金钎料制备成的钎焊层涂层不需要表面处理，光洁度高，颗粒度小。

有益效果：散热器通常采用3003铝合金作为散热齿条，故选取的钎料熔点应低于3003铝合金，否则在钎焊时钎焊温度过高，容易对基体产生熔蚀等不良影响。Zn-Al合金钎料为低熔点钎料，其熔点远低于3003基体合金，温度可以控制在450℃左右，远低于铝合金钎料的熔焊温度，钎焊时不会对基体产生熔蚀现象。采用Zn-Al合金粉末进行等离子喷涂制备的涂层表面颗粒度小，厚度均匀；Zn-15Al钎料在3003铝合金基体表面的钎焊铺展润湿角为10.5°，具有良好的润湿性，最佳钎焊工艺为410℃钎焊30min，试样结合情况良好。

附图说明

图1Zn-15Al钎料XRD图谱；

图2Zn-15Al钎料涂层表面；

图3Zn-15Al钎料涂层微观形貌；

图4 410℃钎焊不同保温时间Zn-15Al钎焊接头微观形貌，a未钎焊；b保温10min，c保温20min；d保温30min；e保温40min。

图5 410℃钎焊保温40min试件基体与Zn-15Al钎焊层元素能谱分析及区域面扫描图，a涂层扫描区域；b能谱分析图；c元素面扫描；d Zn元素分布图；e Al元素分布图。

图6不同钎焊温度保温10min Zn-15Al钎焊接头微观形貌,a 410℃钎焊,b 430℃钎焊；

图7不同钎焊温度保温20min Zn-15Al钎焊接头微观形貌,a 410℃钎焊,430℃钎焊；

图8不同钎焊保温下保温30min Zn-15Al钎焊接头微观形貌,a 410℃钎焊；b430℃钎焊；

图9不同钎焊温度下保温40min Zn-15Al钎焊接头微观形；a 410℃钎焊,b 430℃钎焊。

具体实施方式

在相同的保温时间下，钎焊温度由410℃提高到430℃，原子扩散系数增大，单位时间内扩散的数量增加。但在430℃下钎焊，原子扩散过于剧烈，涂层中Zn原子向基体中扩散过多，在焊缝中过多的Zn存在对钎料的流动性有不良的影响；