一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝及其制备方法[发明专利]

*CN1034135A*

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 1034135 A(43)申请公布日 2013.12.04

(12)发明专利申请

(21)申请号 201310335230.9(22)申请日 2013.08.01

(71)申请人天津市恒固科技有限公司

地址300350 天津市津南区八里台泰达（津

南）微电子工业区科达一路(72)发明人庄鸿寿 张启运 丁清峰(74)专利代理机构天津盛理知识产权代理有限

公司 12209

代理人王来佳(51)Int.Cl.

B23K 35/26(2006.01)B23K 35/363(2006.01)B23K 35/40(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页权利要求书1页 说明书5页

()发明名称

一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝及其制备方法(57)摘要

本发明涉及一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝及其制备方法，由外层钎料合金和内芯助焊剂两部分组成，其特征在于：所述钎料合金的重量百分比组成为：铋15～40%，银0.5～3%，余量铅；所述内芯助焊剂的原料组分及重量百分比为：重金属氟化物活性剂5～15%、多羟基胺的氢氟酸盐85～95%。本发明的特色是采用铅、铋、银合金作为钎焊铝的钎料，钎焊时，钎料中的银与铝发生反应，在钎料同铝的界面处形成一层银铝固溶体，缓解了铝与钎料之间的电极电位差，大大改善了钎焊接头的抗腐蚀性，使钎焊结头具有最大的抗腐蚀性能，另外，用铅代替锡，是为了避免锡与银之间生成稳定的化合物，消耗掉与母材间生成固溶体所需银的有效浓度。

CN 1034135 ACN 1034135 A

权 利 要 求 书

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1.一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝，由外层钎料合金和内芯助焊剂两部分组成，其特征在于：所述钎料合金的重量百分比组成为：铋15～40%，银0.5～3%，余量铅；

所述内芯助焊剂的原料组分及重量百分比为：

重金属氟化物活性剂 5～15%多羟基胺的氢氟酸盐 85～95%。

2.根据权利要求1所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝，其特征在于：所述重金属氟化物活性剂选自氟化锌、氟化亚锡、氟化铋和氟化铜中任意两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝，其特征在于：所述多羟基胺的氢氟酸盐的制备步骤为：

⑴将多羟基胺置于有耐腐涂层的蒸发锅内，加水溶解，多羟基胺与水的重量比为1：2～4；

⑵向蒸发锅内逐滴加入浓度为10～15wt%的氢氟酸，勿使迸溅，调节反应物的pH值直至6～8；

⑶加热蒸发反应物直至140～150℃，停止加热，放置冷却至110～110℃；⑷将蒸发锅内物料倒入聚丙烯容器内继续冷却至室温，得呈白色蜡状固体，即得多羟基胺的氢氟酸盐。

4.根据权利要求1或3所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝，其特征在于：所述内芯助焊剂的制备步骤为：将所述多羟基胺的氢氟酸盐投入反应釜，加热至110～130℃，待多羟基胺的氢氟酸盐完全熔化后，加入所述重金属氟化物活性剂，待重金属氟化物活性剂完全溶解后，搅拌5-15min，然后冷却凝固，即得内芯助焊剂。

5.根据权利要求1所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝，其特征在于：所述多羟基胺任选自：乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、二羟乙基乙二胺、四羟基乙基乙二胺、三异丙醇胺或三羟甲基氨基甲烷中的一种或至少两种的混合物。

6.根据权利要求1所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝，其特征在于：所述外层钎料合金与内芯助焊剂的重量比为40～100:1。

7.一种制备如权利要求1～6任意权利要求所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝的方法，其特征在于：其步骤为：

⑴制备钎料合金：将铅、铋、银按比例称重，银以小块方式加入，熔炼形成均匀的钎料合金，在320～380℃条件下浇铸成铸锭，得到钎料合金；

⑵合成焊丝：利用挤压机将内芯助焊剂压入钎料合金作为内芯，将压入助焊剂的钎料合金冷却后辊轧、拉丝，制成所需直径的焊丝，钎料合金与内芯助焊剂的投料重量比为40～100:1。

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说 明 书

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一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝及其制备方

法

技术领域

本发明属于焊接和钎焊领域，尤其是一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊

丝及其制备方法。

[0001]

背景技术

钎焊是电子工艺技术中将铝-铝连接、铝-铜连接的常见方法，通常分为硬钎焊和

软钎焊两类：以450℃的钎焊温度作为分界，高于此温度的工艺称为硬钎焊，低于此温度则称为软钎焊，其中，硬钎焊由于工艺温度较高，用在电子、电器某些产品的连接工艺中有较大局限性；软钎焊的钎焊温度低，钎焊过程对产品的热影响小。软钎焊中的烙铁钎焊，由于其操作灵活、方便等特点，更是最常用到的操作工艺，而这种操作工艺通常都需配合使用具有助焊功能的药芯焊丝，在使工艺简化的同时，助焊剂量可根据不同金属或实际使用情况进行。

[0003] 铝的导电与导热性略逊于铜，但其比重小（只及铜的1/3），因此，铝的性价比相对于铜更占有很大的优势，作为导电材料，越来越多的铜器件的基材已被铝及铝合金所取代。但铝及铝合金表面覆盖一层致密的氧化膜，铝氧化膜很稳定且较难去除，因此，如何使铝及铝合金和其他金属器件之间高效、可靠的连接成为工艺上较大的障碍。[0004] 铝软钎焊的关键工序是需要迅速、有效地去除这层氧化膜，因此对作为焊丝药芯的助焊剂的要求是：在常温下呈固态，便于助焊剂能稳定保存在焊锡丝芯内；助焊剂的活性高，去氧化膜能力强，焊后残渣腐蚀性小。

[0005] 铝软钎焊使用的的钎料多属重金属合金，和铝合金母材有较大的电极电位差，普遍存在钎焊结头耐蚀性差的问题，相当大的程度上了铝软钎焊技术的应用。本发明钎料合金对铝钎焊接头具有特强的耐蚀性，对铝的软钎焊技术的应用有突破性的意义。[0006] 通过检索，发现几篇与本专利申请内容相关的专利文献，其中，公开号为CN1398695的中国专利提供了一种用于供电器、电光源、通讯、仪表等电子设备中铝及铝合金的铝焊锡丝，内芯为焊剂，外层为合金焊料。外层的合金焊料按重量百分比由25～35%的锡和65～75%的铅组成；内芯的焊剂按重量百分比由5～20%氟硅酸重金属盐，5～20%氟硼酸重金属盐，60～80%多乙烯多胺，5～10%凡士林组成；外层的合金焊料和内芯的焊剂按重量百分比合金焊料为97.5～98.2%，焊剂为1.8～2.5%。

[0007] 公开号为CN101244493的中国专利提供了一种包含助焊剂的铝合金无铅焊丝及其助焊剂的制备方法，其中无铅焊料由锡、银、铜、铝、锌合金构成；无铅助焊剂由下述重量配比的物质组成：有机羧酸及衍生物活性剂10～20%、高沸点溶剂10～15%、氟碳表面活性剂：0.1～2%、缓蚀剂：0.1～0.4%、水溶性树脂：40～50%，其余为溶剂：异丙醇、乙醇，或去离子水，该助焊剂含大量对润湿性有不良作用的水溶性树脂，钎焊时的润湿性不好。

[0002] [0008]

公开号为CN101412168的中国专利提供了一种铝钎焊焊锡丝芯用助焊剂及其制备方法，该助焊剂用于铝及铝合金软钎焊的焊锡丝内芯，以重量百分比计，其配方组成为：

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说 明 书

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改性松香14～28%、氟硼酸铵12～24%、有机胺38～56%、锌源4～10%、亚锡盐0.5～8%、氟表面活性剂0.1～2%。锌源为锌盐、锌粉或活性氧化锌；亚锡盐为无机亚锡盐或有机酸亚锡；氟表面活性剂为FC4430、FC4432、F5010、FSN-100、F501、F502和FS-300中的1～2种，该助焊剂中以松香作为载体，对润湿性起不良作用。[0009] 经对比，上述专利文献与本专利申请内容有较大不同，其主要表现在：在用上述钎料合金制作钎焊的铝及铝合金接头时，由于钎料同母材电极电位的巨大差异，很容易产生电化学腐蚀，钎焊接头抗腐蚀性很差，并且后两篇专利文献所公开的助焊剂内含大量对润湿性起不良作用的载体，如水溶性树脂和松香，使助焊剂润湿性不好。发明内容

[0010] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝及其制备方法，本发明提供的焊丝克服了铝钎焊接头普遍耐蚀性低的问题，缓解了铝与钎料之间的电极电位差，大大改善了钎焊接头的抗腐蚀性。[0011] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：[0012] 一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝，由外层钎料合金和内芯助焊剂两部分组成，所述钎料合金的重量百分比组成为：铋15～40%，银0.5～3%，余量铅；[0013] 所述内芯助焊剂的原料组分及重量百分比为：[0014] 重金属氟化物活性剂 5～15%[0015] 多羟基胺的氢氟酸盐 85～95%。[0016] 而且，所述重金属氟化物活性剂选自氟化锌、氟化亚锡、氟化铋和氟化铜中任意两种以上的组合。

而且，所述多羟基胺的氢氟酸盐的制备步骤为：

[0018] ⑴将多羟基胺置于有耐腐涂层的蒸发锅内，加水溶解，多羟基胺与水的重量比为1：2～4；

[0019] ⑵向蒸发锅内逐滴加入浓度为10～15wt%的氢氟酸，勿使迸溅，调节反应物的pH值直至6～8；

[0020] ⑶加热蒸发反应物直至140～150℃，停止加热，放置冷却至110～110℃；[0021] ⑷将蒸发锅内物料倒入聚丙烯容器内继续冷却至室温，得呈白色蜡状固体，即得多羟基胺的氢氟酸盐。[0022] 而且，所述内芯助焊剂的制备步骤为：将所述多羟基胺的氢氟酸盐投入反应釜，加热至110～130℃，待多羟基胺的氢氟酸盐完全熔化后，加入所述重金属氟化物活性剂，待重金属氟化物活性剂完全溶解后，搅拌5-15min，然后冷却凝固，即得内芯助焊剂。[0023] 而且，所述多羟基胺任选自：乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、二羟乙基乙二胺、四羟基乙基乙二胺、三异丙醇胺或三羟甲基氨基甲烷中的一种或至少两种的混合物。

[0024] 而且，所述外层钎料合金与内芯助焊剂的重量比为40～100:1。[0025] 一种制备用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝的方法，其步骤为：[0026] ⑴制备钎料合金：将铅、铋、银按比例称重，银以小块方式加入，熔炼形成均匀的钎料合金，在320～380℃条件下浇铸成铸锭，得到钎料合金；

[0017]

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说 明 书

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⑵合成焊丝：利用挤压机将内芯助焊剂压入钎料合金作为内芯，将压入助焊剂的

钎料合金冷却后辊轧、拉丝，制成所需直径的焊丝，钎料合金与内芯助焊剂的投料重量比为40～100:1。

[0028] 本发明的优点和积极效果是：[0029] 1、本发明的特色是采用铅、铋、银合金作为钎焊铝的钎料，钎焊时，钎料中的银与铝发生反应，在钎料同铝的界面处形成一层银铝固溶体，缓解了铝与钎料之间的电极电位差，大大改善了钎焊接头的抗腐蚀性，使钎焊结头具有最大的抗腐蚀性能，另外，用铅代替锡，是为了避免锡与银之间生成稳定的化合物，消耗掉与母材间生成固溶体所需银的有效浓度。

[0030] 2、本发明所提供的固态助焊剂摈弃了活性较差的氟硼酸盐，而采用了活性更高的全氟化物作为活性剂，同时为了能够溶解这种全氟化物，配合使用了高活性的多羟基胺的氢氟酸盐为基质，这种基质不仅起到了载体的作用，而且使助焊剂中完全不含无活性的充填物。

[0031] 3、本发明所提供的固态助焊剂可灌注于焊丝中作为药芯，在钎焊加热过程中，助焊剂迅速融化并铺展覆盖在钎料和母材的界面上，有效避免了钎焊时接头的氧化。[0032] 4、本发明所采用的基质本身就具有极强去除氧化膜的特性，由此提高了助焊剂的整体活性，在钎焊过程中，由于助焊剂中具有极高的氟离子相对含量，能迅速去除铝表面的氧化膜，而重金属氟化物在钎焊过程中被铝基材还原，析出重金属呈液态并与母材合金化，使助焊剂出现最大的活性。

具体实施方式

[0033] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

[0034] 本发明中所涉及的多羟基胺的氢氟酸盐通过多羟基胺与氢氟酸反应制得，所述多羟基胺任选自：乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、二羟乙基乙二胺、四羟基乙基乙二胺、三异丙醇胺或三羟甲基氨基甲烷的1～3种或之间的组合物，组合物所包括的各组分可按照任意比例混合。[0035] 实施例1：

[0036] 一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝，由外层钎料合金和内芯助焊剂两部分组成，其中：

[0037] 组成外层钎料合金的原料组分及重量为：铋40Kg、银1Kg、铅59Kg；[0038] 组成内芯助焊剂的原料组分及重量为：氟化锌1.2Kg、氟化亚锡7.2Kg、氟化铋1.6Kg、多羟基胺的氢氟酸盐90Kg。[0039] 上述焊丝的制备步骤为：[0040] ⑴制备钎料合金：将铅、铋、银称重，熔炼形成均匀的钎料合金，在320～380℃条件下浇铸成铸锭；

[0041] ⑵制备多羟基胺的氢氟酸盐：[0042] a.本实施例中，多羟基胺由二乙醇胺和三异丙醇胺组成，将二乙醇胺以和三异丙醇胺按照1：3的比例（重量比）进行混合并置于有耐腐蚀涂层的蒸发锅内，加水溶解，多羟

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说 明 书

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基胺与水的重量比为1：3；

[0043] b.向蒸发锅内逐滴加入浓度为10～15wt%的氢氟酸，防止迸溅，调节直至pH值达到6～8；

[0044] c.蒸发锅内物料至140～150℃后停止加热，待冷至110～100℃；[0045] d.将蒸发锅内物料倒入聚丙烯容器冷却至室温，得白色蜡状固体，即得所述多羟基胺的氢氟酸盐；

[0046] ⑶制备助焊剂：按指定重量（90Kg）称取上述多羟基胺的氢氟酸盐并投入反应釜，加热至110～130℃，待其完全熔化后加入氟化锌、氟化亚锡以及氟化铋；待氟化锌、氟化亚锡以及氟化铜完全溶解后搅拌10min，然后冷却凝固；[0047] ⑷合成焊丝：利用挤压机将助焊剂压入钎料合金作为内芯，将压入助焊剂的钎料合金冷却后辊轧、拉丝，制成所需直径的焊丝，钎料合金与助焊剂的投料重量比为40:1。[0048] 实施例2：

[0049] 一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝，由外层钎料合金和内芯助焊剂两部分组成，其中：

[0050] 组成外层钎料合金的原料组分及重量分别为：铋25Kg、银0.5Kg、铅74.5Kg[0051] 组成内芯助焊剂的原料组分及重量分别为：氟化锌1.8Kg，氟化亚锡13.2Kg、多羟基胺的氢氟酸盐85Kg。

[0052] 上述用于铝及铝合金软钎焊的焊丝的制备步骤为：[0053] ⑴制备钎料合金：将铅、铋、银按比例称重，熔炼形成均匀的钎料合金，在320～380℃条件下浇铸成铸锭，得到钎料合金，待用；[00] ⑵制备多羟基胺的氢氟酸盐：[0055] a.本实施例中，多羟基胺由三乙醇胺、四羟基乙基乙二胺和三羟甲基氨基甲烷组成，按等比例（重量比）混合并置于有耐腐蚀涂层的蒸发锅内，加水溶解，多羟基胺的混合物与水的重量比为1：2；

[0056] b.向蒸发锅内逐滴加入浓度为10～15wt%的氢氟酸，直至pH值达到6～8；[0057] c加热蒸发锅内的物料至温度140～150℃后停止加热，待冷至100～110℃；[0058] d.将蒸发锅内物料倒入聚丙烯容器内继续冷却至室温，得白色蜡状固体，即得所述多羟基胺的氢氟酸盐；[0059] ⑶制备助焊剂：按指定重量（85Kg）称取多羟基胺的氢氟酸盐并投入反应釜，加热至110～130℃，待完全熔化后加入氟化锌和氟化亚锡；待氟化锌和氟化亚锡完全溶解后，搅拌10min，冷却凝固，得到助焊剂；⑷合成焊丝：利用挤压机将助焊剂压入钎料合金作为内芯，将压入助焊剂的钎料合金冷却后辊轧、拉丝，制成所需直径的焊丝，钎料合金与助焊剂的投料重量比为100:1。[0061] 实施例3：

[0062] 一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐腐蚀性焊丝，与实施例1相同，同样由外层钎料合金和内芯助焊剂两部分组成，其中：

[0063] 组成外层钎料合金的原料组分及重量分别为：铋15Kg，银3Kg，铅82Kg；[00] 组成内芯助焊剂的原料组分及重量分别为：氟化锌0.6Kg、氟化亚锡3.9Kg、氟化铜0.5Kg、三羟甲基氨基甲烷的氢氟酸盐95Kg。

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CN 1034135 A[0065]

说 明 书

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上述用于铝及铝合金软钎焊的焊丝的制备步骤为：

[0066] ⑴制备钎料合金：将铅、铋、银按比例称重，熔炼形成均匀的钎料合金，在320～380℃条件下浇铸成铸锭；

[0067] ⑵制备三羟甲基氨基甲烷的氢氟酸盐：

[0068] a.将三羟甲基氨基甲烷置于有耐腐蚀涂层的蒸发锅内，加水溶解，三羟甲基氨基甲烷与水的重量比为1：4；

[0069] b.向蒸发锅内逐滴加入浓度为10～15wt%的氢氟酸，直至pH值达到6～8；[0070] c蒸发锅内的物料直至180～190℃；

[0071] c.趁热将蒸发锅内物料倒入一不锈钢制盘形容器冷却，得白色松香状固体，即得所述三羟甲基氨基甲烷的氢氟酸盐；[0072] ⑶制备助焊剂：按指定重量（95Kg）称取上述三羟甲基氨基甲烷的氢氟酸盐并投入反应釜，加热至180～190℃，待其完全熔化后加入氟化锌、氟化亚锡以及氟化铜；待氟化锌、氟化亚锡以及氟化铜完全溶解后，搅拌10min，冷却凝固，得到助焊剂；[0073] ⑷合成焊丝：利用挤压机将熔态助焊剂压入钎料合金作为内芯，将压入助焊剂的钎料合金冷却后辊轧、拉丝，制成所需直径的焊丝，钎料合金与助焊剂的投料重量比为100:1。

[0074] 需要说明的是，本发明所涉及的氟化亚锡、氟化铋、氟化铜和氟化锌等多种组合的重金属氟化物活性剂搭配并不限于上述3个实施例所提供的选择和比例。氟化锌、氟化亚锡、氟化铋以及氟化铜任意两种以上的组合皆可作为多种重金属氟化物活性剂，且各组分选取比例不限。[0075] 检测试验

[0076] 用按实施例1～3所制成的焊丝钎焊铝接头，然后用水将接头清洗干净，按国标GB/T242.3.17-2008对铝钎焊接头进行盐雾试验，盐雾浓度为5%NaCl溶液，试验温度为35℃。

[0077] 试验结果列于表1，表1中同时列出一些参比例的试验结果：[0078] 表1：钎焊接头抗腐蚀性

[0079]

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