[发明专利]一种钎焊不锈钢用Ag-Cu/W纳米多层膜钎料的制备方法

说明书

本发明涉及一种钎焊不锈钢用Ag‑Cu/W纳米多层膜钎料的制备方法。所述的多层膜钎料中银占16.7‑37.5％，铜占12.5‑33.3％，钨占50％。采用磁控溅射法交替溅射银铜层和钨层。银铜层由银靶和铜靶两个靶材同时溅射，钨靶用一个靶材单独溅射。每层银铜层厚度为8nm‑14nm，每层W层厚度小于10nm。银铜层中Ag与Cu的原子比例是0.5:1到3:1之间。交替沉积200‑400周期，最终总薄膜厚度4μm‑8μm。本发明不会造成钎料不匀，此外，钎料厚度可通过溅射周期轻松控制。利用纳米粒子的降低熔点效应，使得纳米微粒的熔点急剧下降。钎焊时，反应层能与基体形成低熔点的共晶或亚共晶组织，有效降低钎焊温度。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种钎焊不锈钢用Ag-Cu/W纳米多层膜钎料。

背景技术

不锈钢因其表面形成一层薄而致密的氧化铬保护膜，具有较强的耐腐蚀性，广泛应用于电站、化工和造纸过程，以及很多商业产品如建筑行业和汽车。不锈钢的低温焊接的常用方法是钎焊，钎焊的焊接温度低，对不锈钢性能的影响极小，而且焊点美观，因此对不锈钢钎焊的研究具有较高的实用价值。不锈钢钎焊常用的钎料有铜基钎料、银基钎料等。铜基钎料真空钎焊时，大量蒸发会污染炉壁，导致炉内绝缘失效，热偶控温失灵，增加了清理工作的难度。银基钎料的焊接流动性好，强度也很高，但是熔点也相对较高。因此，研究出一种不锈钢钎焊的新型钎料，同时分析钎料对不锈钢的润湿性、界面组织和接头抗剪强度的影响，以期对工程应用中的不锈钢钎焊有一定的借鉴意义，这项工作已迫在眉睫。

纳米多层膜作为薄膜领域的研究热点之一，近年来一直受到研究者的广泛关注。纳米材料的熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表(界)面效应。纳米多层膜作为钎料具有焊接温度低的优点，可以提高效率，减少成本。有助于保证母材不锈钢的性能。

本发明旨在研究一种熔化温度低、润湿性能优良的Ag-Cu/W纳米多层膜钎料，相比Au基钎料以及Ni基钎料具有更低的成本，相比纯铜钎料的污染小，相比Ag基钎料的熔点低。钎焊接头产生的脆性化合物少，且可应用于多种场合的钎焊。本发明钎料适于各类不锈钢材料自身及其与陶瓷或钛合金等异种材料的钎焊连接。

发明内容

本发明的目的正是针对钎焊温度低、钎焊接头高性能的需求，以及上述Au基钎料、Ni基钎料、纯铜钎料和Ag基钎料具体应用中存在的不足而设计提供一种钎焊不锈钢用Ag-Cu/W纳米多层膜钎料。该钎料的制备方法，是按照以下步骤进行的：

制备纳米多层膜选用磁控溅射的方法。磁控溅射前的准备：不锈钢母材的表面依次用600#，800#，1000#砂纸打磨后，放在超声波清洗仪中，用乙醇-乙醇-丙酮-乙醇的顺序清洗4次，每次5分钟，清洗后用氮气枪将表面吹干，放置在磁控溅射腔室中，通过控制溅射周期来制备出所需的厚度，将钎料直接溅射在母材表面。

一种钎焊不锈钢用Ag-Cu/W纳米多层膜钎料的制备方法，其特征在于：所述的纳米多层膜钎料由银、铜和钨三种元素组成，其中银占16.7-37.5％，铜占12.5-33.3％，钨占50％；采用磁控溅射法交替溅射银铜层和钨层；银铜层由银靶和铜靶两个靶材同时溅射，钨靶用一个靶材单独溅射；每层银铜层厚度为8nm-14nm，每层W层厚度小于10nm；银铜层中Ag与Cu的原子比例是0.5:1到3:1之间；交替沉积200-400周期，最终总薄膜厚度4μm-8μm。优化方案为银占16.7％，铜占33.3％，钨占50％。或者银占25％，铜占25％，钨占50％。或者银占37.5％，铜占12.5％，钨占50％。

将制备好的纳米多层膜钎料做DTA测试，从DTA图中易得知该钎料的熔点(通常是820℃-890℃之间)。采用高于熔点50℃的温度，在真空扩散炉中钎焊不锈钢。

钎焊步骤如下，打开循环水，将不锈钢母材放置在夹具中固定，设置真空炉的钎焊工艺曲线，钎焊过程结束后，随炉冷却。