無釬劑釬焊低熔點鋁用釬料及其制備方法技術

為了解決全膜電容器生產制造中鋁箔的低溫無釬劑軟釬焊問題，以及其它需要鋁材低溫無釬劑釬焊的生產問題，研制開發了適用于鋁材低溫釬焊的低熔點刮擦釬料以及釬料冶煉工藝技術。在無釬劑釬焊的條件下，釬料與鋁材的釬焊接合良好，釬料的熔點為：１３５－１８９℃，強度為１２７ＭＰａ。該釬料具有與電容器常用浸漬劑相容及無腐蝕的特性，還具有抗熱沖擊疲勞的性能，可滿足全膜電容器的釬焊生產要求，以及其它需要鋁材低溫無釬劑釬焊的場合。（*該技術在2012年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種釬焊材料，特別涉及一種無釬劑釬焊低熔點鋁用釬料及其冶煉工藝。由于全膜電容器具有介質損耗低、工作場強高和電容器的比特性好，以及電容器溫升低、壽命長、生產周期短、爆破幾率小和運行安全等優點，國內外電力電容器的生產均朝全膜化方向發展。全膜電容器內芯由鋁箔和聚丙烯膜(簡稱PP膜)層狀相間組成，外突的鋁箔與鋁箔之間以及鋁箔與引線之間采用釬焊連接是理想的聯接方式。由于采用全膜結構，對電容器中鋁箔釬焊所用的釬料要求很嚴。首先是溫度不能高，以控制釬焊溫度;一般PP膜耐熱不超過165°，考慮到鋁箔具有較好的導熱性，所用的鋁用軟釬料上限熔化溫度應低于200℃。其次是鋁材料的軟釬料釬焊具有較大困難，主要是因為鋁材表面致密的氧化膜難以去除，若全膜電容器鋁箔釬焊時施加釬劑助焊，則釬劑溶入電容器中的浸漬劑將會導致電容器的損耗增大，而且還可能腐蝕或損壞PP膜，使電容器失效，所以只能采用無釬劑軟釬料釬焊。此外，還要求釬料與鋁箔之間要有較高的焊合率，釬縫具有雖夠的強度，并且要求釬料與電容器常用浸漬劑間相容性優良，不會對浸漬劑造成污染和催化老化，同時浸漬劑應對釬縫無腐蝕性，以免破壞釬縫從而導致電容器失效和報廢(文獻1、WeldingJournal，Jan.1985，NO1;2、鄒僖主編，《釬焊》，第二章，P28-29，機械工業出版社，1989)。本專利技術的目的在于在對現有全膜電容器生產調研和工藝分析的基礎上，針對全膜電容器鋁箔釬焊問題，設計了符合全膜電容器釬焊要求和使用要求的新釬料，探索出了冶煉出該釬料的工藝方法。用本專利技術提供的釬料設計和冶煉工藝技術，可熔煉出適用于高壓全膜并聯電容器生產用的無釬劑釬焊低熔點刮擦釬料，可保證全膜電容器的生產質量，滿足其服役要求，提高其使用壽命。同時該釬料還可用于具有突箔式電極結構的電熱電容器、脈沖電容器、均壓、耦合電容器制造中的釬焊連接。此外還可用于電冰箱中鋁管的補漏和缺陷修復，以及其它有關鋁材低溫釬焊的場合。該材料具有低熔點特征，釬焊時不使用釬劑，只需用加熱工具(如電烙鐵等)在鋁材上刮擦熔融釬料即可施焊。釬料設計時，首先應保證其與鋁材能夠釬焊結合，即保證其可釬焊性;釬料組元與鋁材若能形成塑性和韌性俱佳的固溶體組織，則對提高釬縫的結合強度有利，從相圖分析可知，AL-Zn、AL-Si及AL-Ag均能形成有限固溶體，釬料中必須含有這些元素，以保證結合強度。其次，還應保證釬料具有低熔點特性及具有良好的熔化鋪展和潤濕能力;考慮到大部分鋁用軟釬料(熔點均在250℃以上)勻含有Zn這一特點，釬料成分設計時加入了Zn，釬料設計時還加入了低熔點Sn組元，以及使含Zn、Sn釬料熔點進一步降低的Cd組元;由Sn、Zn、Cd三元素的相圖分析可知，Sn-Zn和Sn-Cd均能形成低熔點的共晶組織，Sn-Zn共晶組織熔點為198℃，Sn-Cd共晶組織熔點為177℃。因此，確定釬料基本組成為Sn-Zn-Cd合金系。此外，釬焊時釬料表面張力愈小，則釬料的鋪展、潤濕能力愈好，還有助于提高釬料的釬焊性;因此，凡是具有較小表面張力而聚集在釬料表面呈正吸附從而降低整個液態釬料表面張力的元素都能改善釬料的潤濕性，這些元素如Bi(鉍)、In(銦)，Ce(鈰)等均在釬料設計時加入;Ce的加入還可以改善釬料合金的組織形態，起到細化晶粒的作用;In的加入能進一步降低釬料的熔點，提高釬料在冶煉和釬焊時的抗氧化能力。最后，還考慮到釬料應具有無釬劑釬焊的特點。釬料加入Si后，其以固態微料存在，作為刮擦釬料中的脆硬質點相起到破壞鋁的氧化膜的作用，從AL-Si相圖還可知，兩者可相互固溶使釬料結合性能改善;釬料中的Ce也能與其它元素形成硬質點相，起到刮擦破壞鋁的氧化膜作用，提高釬料的結合能力。在釬料多元合金系中，每個組分元素的作用是彼此互相影響的，不象二元合金狀態圖所描述的那樣簡單、直觀;各組分元素對釬料整體各方面性能的影響是復雜的，必須通過大量試驗的優化篩選，確定出綜合性能最佳的釬料配方及最優冶煉工藝。本專利技術所設計的釬料，經過上百次的成分配方變化和冶煉工藝探索，最終找出了較合理的釬料成分設計及冶煉工藝。鋁用無釬劑釬焊、低熔點、刮擦軟釬料的配方及相應的冶煉工藝為本專利技術的技術關鍵。釬料的配方及冶煉工藝釬料的配方(%) 按配方中各元素設計成分的重量百分比備料。冶煉設備控溫坩堝電爐，功率按一次冶煉的重量確定，測溫熱電偶置于熔煉坩堝內，控溫誤差在±5℃以內。冶煉工藝(1)將Sn粒(或條、塊)置入坩堝內加熱熔化，過熱至400-500℃;(2)將Zn粒(或條、塊)加入坩堝，攪拌至熔化均勻，控溫在400-500℃以下;(3)將Ag粒(或絲、屑)加入，攪拌至熔化均勻，保溫5-8分鐘，然后降溫至300-400℃;(4)將Cd加入熔融坩堝，攪拌至熔化均勻，完畢，繼續加入Bi和In，攪拌均勻;(5)降溫至200-300℃，加入Ce后立即攪拌均勻，保溫約3-5分鐘;(6)重新加熱至200-300℃，加入Si粉攪拌均勻后，蓋上坩堝蓋，重新加熱至400-500℃，保溫4-10分鐘;(7)撈除熔融釬料表面的敷渣，冷模澆鑄成型。操作時應注意Bi和In加入時溫度不宜高，以免過燒損失;Si和Ce加入時要充分攪拌均勻;澆鑄溫度不宜太低，應在400-500℃左右;根據全膜電容器鋁箔的釬焊要求(以及其它鋁材低溫釬焊的相應場合)，本專利技術具有以下優點(1)本專利技術所研制的釬料屬于無釬劑釬料，釬焊時不需要施加任何釬劑，焊接時只需用加熱工具(如烙鐵)和鋁箔上(或鋁材上)刮擦熔融釬料即可實現焊接。(2)釬料的熔化特性釬料熔化溫度135-189℃，熔化溫度范圍為54℃;釬料的熔化溫度符合全膜電容器釬焊時的溫度控制要求。(3)釬料及釬縫的機械性能釬料及釬縫的機械性能分別列于表1和表2。試驗用冷軋純鋁板的厚度為1.5mm，強度為108MPa，延伸率為28%。表1釬料本身的機械性能釬料拉伸強度(MPa)斷面收縮率(%)所研制釬料127.026SnZn35釬料90.230注1、試樣采用Φ6的5倍標距標準拉伸試樣;2、SnZn35釬料是原用電容器釬料，成分為Sn65%，Zn35%。表2釬縫的機械性能釬料所焊釬縫的搭接強度:大于40.0MPa(5個試樣均斷于母材)釬料所焊釬縫的撕裂強度:大于40.0MPa(5個試樣均斷于母材)SnZn35釬縫的搭接強度:32.4MPa(5個試樣平均)SnZn35釬縫的撕裂強度:32.4MPa(5個試樣平均)(4)釬料與鋁材的釬合率釬料與鋁材釬合率的評定方法是用刮擦方法將釬料在鋁材表面涂敷直徑為1.5平方厘米的釬接區域，待冷卻到室溫后，將鋁材三次對折180°;然后除去未結合的釬料，分別測出涂敷面積與實際釬合面積，用下式求釬料的釬合率釬合率＝〖(實際釬合面積)/(涂敷面積)〗×100%表3列出了本專利技術所研制的釬料的釬合率及與其它釬料的比較。表3本專利技術所研制釬料與原釬料的釬合率比較釬料熔化溫度(℃)與鋁材的釬合率(%)所研制釬料135-189>93(不用釬劑)SnZn35釬料199-33190(需加釬劑方可)(5)釬料與電容器浸漬劑的相容性(5.1)所研制的釬料對浸漬劑的污染及老化性能的影響參照“IEC588-6，1979”及現有的試驗方法，將該釬料搭接試本文檔來自技高網...

【技術保護點】
無釬劑釬焊低熔點鋁用釬料及其冶煉工藝，其特征在于，所說的釬料由下列各元素的重百分比備制而成：＊＊＊。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張新平，陳孝存，華自圭，王友功，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：87[中國|西安]