一種Al基非晶/納米晶復合釬料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種Al基非晶/納米晶復合釬料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]從上世紀80年代末90年代初，納米技術在世界興起，人們利用納米的小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應，在許多領域引起了一場產業革命，同時也引起了焊接工作者的關注。對于焊接來說，主要利用納米的小尺寸效應和表面與界面效應。從2000年開始，國外出現了在焊絲表面噴涂納米T12涂層以代替傳統鍍銅焊絲的新技術；2007年，有人提出利用納米材料特殊的表面效應和小尺寸效應等性能，在焊條、焊接保護、熱噴涂及焊劑中應用納米材料和納米技術的可能。目前納米焊接研宄多側重于微電子連接、焊絲表面涂覆納米層、納米燒結焊劑、無鉛納米焊膏等方面，卻無人研宄納米釬焊技術，更無人問津高體積分數顆粒增強鋁基復合材料的納米釬接研宄。但現有箔裝釬料存在潤濕難、熔點高的問題，同時粉末釬料在進行焊接裝配時，通常需要配置粘結劑，或者使用酒精丙酮等易揮發的化學藥品將其制成糊狀，涂抹在被焊材料的表面，這就導致了夾裝困難，由于是手工涂抹，均勻性(也就是在被焊表面涂抹的厚度)更無法保證，而在后續的焊接過程中，焊件如果移動或者滑動，其涂抹在其中的釬料更容易發生偏移，其均勻性非常難保證。
【發明內容】
[0003]本發明是要解決現有箔裝釬料潤濕難、熔點高以及粉狀釬料的夾裝難、均勻性差的問題，而提供一種Al基非晶/納米晶復合釬料及其制備方法。
[0004]一種Al基非晶/納米晶復合釬料，所述Al基非晶/納米晶復合釬料中Al元素、Cu元素和Ti元素的原子百分比依次為(70?77):20: (3?10);所述Al基非晶/納米晶復合釬料為非晶/納米晶復合結構，其中非晶體積分數為20%?35%，納米晶體積分數為65%?80%。
[0005]一種Al基非晶/納米晶復合釬料的制備方法是按以下步驟完成的:
[0006]一、將Al、Cu和Ti按原子百分比依次為(70?77):20: (3?10)混合，得到混合物；所述Al的純度為99.99%，Cu的純度為99.99%, Ti的純度為99.99% ；
[0007]二、將混合物放入真空電弧爐中，在真空度為0.013Pa、電壓為380V、電流為55A?65A的條件下進行雙面熔煉，得到紐扣狀釬料；
[0008]三、將紐扣狀釬料夾碎，然后裝入管口口徑為1mm的管子中，在真空度為0.015Pa、銅輥轉速為950轉/秒?1050轉/秒、管子的管口距銅輥高度為0.5mm?0.8mm、加熱電壓380V和電流為20A?40A的條件下進行用帶，得到厚度為0.08mm?0.15mm的箔裝帶材，即為Al基非晶/納米晶復合釬料。
[0009]本發明的有益效果:一、本發明通過單輥法快速凝固制備的Al基非晶/納米晶復合釬料具有以下優點:①隨著納米微粒粒徑的減小，比表面積增大、表面原子數增多，表面原子配位不飽和性導致大量的懸鍵和不飽和鍵，致使納米微粒化學活性增強，從而提高釬焊過程潤濕性；②由于粒徑減小到納米級，作為原子快速擴散通道的晶界增多，原子在納米結構內的擴散速率將會大大提高；③由于表面原子存在振動弛豫，即振幅增大，頻率減少，當振幅達到晶格常數的10%?20%時，結晶體便開始熔化，使納米晶粒的熔點遠低于塊狀本體，本發明的釬料的溫度相對于常規微晶釬料的熔點低了將近30度，從而可以在較低的溫度下實現釬接。因此本發明不但可以增強釬料在復合材料表面的潤濕性，還可以在降低釬焊溫度的同時增加原子的擴散能力，有利于在釬縫中形成互溶、共晶、滲間和適當數量的金屬間化合物，從而大大提高釬縫的致密性和接頭強度。同時本發明得到的是箔裝釬料，由于是一片條帶型的釬料的加入，故解決了粉狀釬料夾裝難、均勻性差的問題。
【附圖說明】
[0010]圖1為實施例一步驟二得到的紐扣狀釬料的組織形貌圖；
[0011]圖2為實施例二步驟二得到的紐扣狀釬料的組織形貌圖；
[0012]圖3為實施例三步驟二得到的紐扣狀釬料的組織形貌圖；
[0013]圖4為實施例四步驟二得到的紐扣狀釬料的組織形貌圖；
[0014]圖5為實施例一得到的Al基非晶/納米晶復合釬料的組織形貌圖；
[0015]圖6為實施例二得到的Al基非晶/納米晶復合釬料的組織形貌圖；
[0016]圖7為實施例三得到的Al基非晶/納米晶復合釬料的組織形貌圖；
[0017]圖8為實施例四得到的Al基非晶/納米晶復合釬料的組織形貌圖；
[0018]圖9為實施例一得到的Al基非晶/納米晶復合釬料的XRD衍射圖；
[0019]圖10為實施例二得到的Al基非晶/納米晶復合釬料的XRD衍射圖；
[0020]圖11為實施例三得到的Al基非晶/納米晶復合釬料的XRD衍射圖；
[0021]圖12為實施例四得到的Al基非晶/納米晶復合釬料的XRD衍射圖。
【具體實施方式】
[0022]【具體實施方式】一:本實施方式一種Al基非晶/納米晶復合釬料，所述Al基非晶/納米晶復合釬料中Al元素、Cu元素和Ti元素的原子百分比依次為(70?77):20: (3?10);所述Al基非晶/納米晶復合釬料為非晶/納米晶復合結構，其中非晶體積分數為20 %?35 %，納米晶體積分數為65 %?80 %。
[0023]本實施方式通過單輥法快速凝固制備的Al基非晶/納米晶復合釬料具有以下優點:①隨著納米微粒粒徑的減小，比表面積增大、表面原子數增多，表面原子配位不飽和性導致大量的懸鍵和不飽和鍵，致使納米微粒化學活性增強，從而提高釬焊過程潤濕性；②由于粒徑減小到納米級，作為原子快速擴散通道的晶界增多，原子在納米結構內的擴散速率將會大大提高；③由于表面原子存在振動弛豫，即振幅增大，頻率減少，當振幅達到晶格常數的10%?20%時，結晶體便開始熔化，使納米晶粒的熔點遠低于塊狀本體，本實施方式的釬料的溫度相對于常規微晶釬料的熔點低了將近30度，從而可以在較低的溫度下實現釬接。因此本實施方式不但可以增強釬料在復合材料表面的潤濕性，還可以在降低釬焊溫度的同時增加原子的擴散能力，有利于在釬縫中形成互溶、共晶、滲間和適當數量的金屬間化合物，從而大大提高釬縫的致密性和接頭強度。同時本實施方式得到的是箔裝釬料，由于是一片條帶型的釬料的加入，故解決了粉狀釬料夾裝難、均勻性差的問題。
[0024]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:所述Al基非晶/納米晶復合釬料中Al元素、Cu元素和Ti元素的原子百分比依次為75:20:5。其它與【具體實施方式】一相同。
[0025]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:所述Al基非晶/納米晶復合釬料中Al元素、Cu元素和Ti元素的原子百分比依次為72:20:8。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0026]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:其中非晶體積分數為25%，納米晶體積分數為75%。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0027]【具體實施方式】五:本實施方式一種Al基非晶/納米晶復合釬料的制備方法是按以下步驟完成的:
[0028]一、將Al、Cu和Ti按原子百分比依次為(70?77):20: (3?10)混合，得到混合物；所述Al的純度為99.99%，Cu的純度為99.99%, Ti的純度為99.99% ；
[0029]二、將混合物放入真空電弧爐中，在真空度為0.013Pa、電壓為380V、電流為55A?65A的條件下進行雙面熔煉，得到紐扣狀釬料；
[0030]三、將紐扣狀釬料夾碎，然后裝入管口口徑為1mm的管子中，在真空度為0.015Pa、銅輥轉速為950轉/秒?1050轉/秒、管子的管口距銅輥高度為0.5mm?0.8mm、加熱電