專利名稱：：鎂材局部表面硬焊的前處理方法鎂材局部表面硬焊的前處理方法
技術領域：
：本發明屬于鎂合金焊接
技術領域：
，具體說，是涉及鎂材局部表面硬焊的前處理方法。
背景技術：
：鎂合金工件性質對熱處理極為敏感，原因在于鎂合金熱膨脹系數高于一般金屬23倍，若受熱不均勻將在鎂合金內部留下變形及內應力的問題；另外若受熱的溫度過高，亦會留下偏析變性的問題。所以傳統熱焊(焊接溫度超過素材融點)的方法較不適合鎂合金工件，若是薄板材的焊接尤為困難。以薄板材而言較佳的作法是考慮冷焊(焊接溫度低于素材融點)以避免前述的缺點，前人的努力成果不多USPatent4,613,069中Falke,etal.等人，用銅鎳合金電鍍于鎂合金表面，再用錫鉛合金冷焊鎂合金，此一制程未考慮到助焊劑對鎂合金的腐蝕問題；USPatent4，925，084中Persson使用局部爆炸法焊接鋁鎂合金，可使用的鋁鎂合金限于具超塑能力之合金種類，同時也受工件形狀及成本的限制；USPatent4，739，920中Kujas使用硬脂酸(stearicacid)、棕梠酸(palmiticacid)、油酸(oleicacid)為助焊劑主成分，此一制程未考慮到助焊劑對鎂合金的腐蝕問題。
發明內容本發明的目的在于提供一種合適的無電鍍鎳工藝，將鎂合金表面改質以達到適于冷焊的素材表面。本發明的另一目的在于提供一種特用助焊劑，配合無鉛錫合金焊料，以達到適于冷焊鎂合金工件的目的。關于無電鍍鎳工藝，無電鍍鎳被用于焊錫工藝中扮演一個擴散阻絕層與沾錫層的角色，因為無電鍍鎳層與焊錫間的潤濕性質及界面反應具有接點的可靠度。在潤濕性質方面，無鉛焊錫(純錫、共晶錫銀銅與錫鉍)在無電鍍鎳層上，其潤濕性與磷含量的關系。隨著無電鍍鎳層磷含量的增加，焊錫與無電鍍鎳層間的潤濕性有變好的趨勢。其中，純錫與無電鍍鎳層之間的潤濕性優于錫銀焊錫，而錫鉍焊錫在無電鍍鎳層上則表現一個較差的潤濕性質，概括來說，無電鍍鎳層的磷含量在大于9wty。時，對于以上三種無鉛焊錫系統有一較佳的潤濕性質。不論如何，無電鍍鎳層表面有鎳之氧化物的生成，在沒有使用助焊劑先清除表面氧化物的焊接情況下，焊錫與無電鍍鎳層間并不潤濕，焊錫與無電鍍鎳層間的附著強度顯得很差。而當加入助焊劑先清除掉工件表面氧化物之后，其潤濕性質大幅改善。此一狀態在鎂合金工件上更為復雜，除非無電鍍鎳層有足夠厚度(通常超過20ym),無電鍍鎳層絕大部份會有殘存微孔，故工件表面以EDX觀察會檢測到相當的鎂之氧化物、氫氧化物、碳酸化物，在本發明中必須與鎳之氧化物同步解決。另外在界面反應方面，以42Sn-58Bi焊錫膏與中磷無電鍍鎳(Ni-5.52wt%P)層焊接界面處有Ni3Sn4的介金屬化合物的生成(這通常是疲勞斷裂的肇因)，而在較高磷含量的無電鍍鎳層(Ni-9.12wt%P)及電鍍鎳的例子當中則沒有發現此介金屬化合物。這是我們選取高磷無電鍍鎳層作為我們冷焊鎂合金工件表面的第一原因。其次是高磷無電鍍鎳層通常表現疏張內應力(compressivestress),在耐受焊接時的升溫及鎂合金素材熱膨脹系數高于一般金屬2~3倍的條件，有較呈現收縮內應力(tensilestress)的中磷無電鍍鎳層有較高的附著性。冷焊料有兩個主要成分其一是焊料合金，世界各國組織所建議的冷焊用無鉛錫合金范圍(1)美國NEMI協會(Sn95.5/Ag3.9/CuO.6)、(2)日本JEITA協會(Sn96.5/Ag3.0/CuO.5)、(3)IDEAL(Sn96.5/Ag3.8/Cu0.7),依據成份的差異，合金的熔解溫度也不一樣，大約都在217±4°C之間，另外(4)美國NEMI協會亦推薦(Sn42/Bi58)熔解溫度139。C;已有統一之趨勢。雖然銅成分會有增加鎂合金電偶腐蝕的可能，但是由于成份含量偏低而與錫形成合金的趨勢較大；在熱循環實驗及耐久性實驗中電偶腐蝕的現象并未發生。是故以上四種焊料都5在本發明的測試項目之內。冷焊料另一個主要成分是助焊劑，現存的各式配方很多，都以包括載運劑或載劑(CarrierMaterials)、活性劑(Activator)、溶劑(Solvent)濕潤劑(WettingAgent)，為配方的設計基礎，亦以經預熱之能量激發出助焊劑中的活性成分(Activator,即某些酸類或鹽類)，而將待焊表面之輕度氧化物與污著物予以清除，亦即產生還原反應，使氧化物被分解而移除。此種有效的清潔功用，可讓焊料(Solder)與待焊表面迅速產生IMC而沾錫(Wetting)焊牢的程序發生功能。但是在面對鎂合金工件時，有三個問題必須解決其一是鎂合金太過活潑，助焊劑中的活性成分所釋放的酸類或鹽類對鎂合金工件的腐蝕必須避免、其二是相同的理由，鎂合金工件在冷焊過程中，必須給予及時的鈍化，以避免鎂合金氧化膜生成于介金屬面之間、其三是堿性的鎂合金氧化物在融熔助焊劑表面產生較大量的浮渣，必須給予較大量的吹除氣體。本發明在以上三個問題，給予以下的解決方案其一是在助焊劑加入特別具有將鎂及鎳之氧化物、氫氧化物、碳酸化物予以溶除能力之油溶性螯合劑(簡稱螯合劑)而達成，可選用的油溶性螯合劑包括號王白酸(Succinicacid)、衣康酸(Itaconicacid)、己二酸(Adipicacid)、戊二酸(Glutaricacid)、壬二酸(azelaicacid)、癸二酸(sebacicacid)、丁基辛酸(2-butyloctanoicacid)、丁基癸酸(2-butyldecanoicacid)、己基癸酸(2-hexyldecanoicacid)、檸檬酸(Citricacid)之二乙烯三胺或乙二月安或三乙烯四胺之酸堿中和化合物，前述之酸堿中和達到的pH范圍是8_11以避免對鎂合金造成腐蝕，而油溶性螯合劑的添加濃度范圍在0.1—0.5meq/kgflux。其二是在助焊劑加入特別具有將鎂及鎳金屬表面做暫時性之鈍化保護，以耐受焊接時之高溫易于氧化之操作條件；前述能力是在助焊劑中添加具有鈍化能力之陰離子(簡稱鈍化劑)而達成，可選用的陰離子包括氟離子、硅酸根離子、鉬酸根離子、鋁酸根離子、釩酸根離子，而陰離子的添加濃度范圍在0.01—0.05mol/kgflux。其三是在助焊劑加入特別具有焊接搡作溫度以下釋放惰性氣體，而將熔化態助焊劑表面浮渣吹離焊接工作區的能力，前述能力是在助焊劑中添加具有升溫氣化能力之物質(簡稱揮發劑)而達成，可選用的物質包括聯胺(hydrazine)在加熱被氧化時釋放氮氣，氟酸羥月安(hydroxylaminehydrofl雨ide)在加熱時釋放氨氣，三聚氰胺磷酸脂(melaminephosphate)在加熱時釋放氨氣，而其添加濃度范圍是使產氣量在0.1~0.5mol/kgnux。具體實施方式鎂合金AZ31板材試片，厚度0.4隱，經過熱札成型，試將3iran外徑銅制螺母焊接其上。如專利申請案號G95117849例l所示之制程，進行到第一次無電鍍鎳之工序(此一階段之板材試片簡稱試片A)，不經水洗，直接放入操作條件如表一所示的高磷無電鍍鎳處理槽中進行化學沉鎳之工序(此一階段之板材試片簡稱試片B)。表一高磷無電鍍鎳操作條件張應力型高磷無電鍍鎳<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>制備如表二所示商品化助焊劑(阿爾發100T2)調質與相對應之錫合金微粒拌合成不同成分之錫膏，以表二所示之回焊后將螺母焊接于鎂合金試片上，其后進行抗拉測試，可得如表二所示之結果。表二鎂合金冷焊測試條件與結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>3、焊料C:Sn96.5/Ag3.8/CuO.7合金組合。4、焊料D:Sn42/Bi58合金組合。5、FLUXO:阿爾發100T2,由阿爾發金屬股份有限公司提供。6、FLUX1:阿爾發100T2為基質，摻入5%的琥珀酸螯合劑。7、FLUX2:阿爾發100T2為基質，摻入1%的鈍化劑氟化氨。8、FLUX3:阿爾發100T2為基質，摻入2%的揮發劑三聚氰胺磷酸脂。9、FLUX12:阿爾發100T2為基質，摻入5%的琥珀酸螯合劑及1%的鈍化劑氟化氨。10、FLUX13:阿爾發100T2為基質，摻入5%的琥珀酸螯合劑及2%的揮發劑三聚氰胺磷酸脂。11、FLUX23:阿爾發100T2為基質，摻入1%的鈍化劑氟化氨及2%的揮發劑三聚氰胺磷酸脂。12、FLUX123:阿爾發100T2為基質，摻入5%的摻入5%的琥珀酸螯合劑及1%的鈍化劑氟化氨及2%的揮發劑三聚氰胺磷酸脂。13、抗拉強度單位kgf/cm2。〇有濕潤性，焊接完成。無濕潤性，焊接失敗。△:無腐蝕狀態。▲:受腐蝕狀態。:無跳焊、空焊現象。:有跳焊、空焊現象。□:60日未發生逐漸腐蝕。■:60日發生逐漸腐蝕。權利要求1.一種鎂材局部表面硬焊的前處理方法，其特征在于所述方法包括以下步驟1)將鎂合金工件表面經過中磷(磷含量3～7％)無電鍍鎳處理；2)經過高磷(磷含量7～12％)無電鍍鎳處理；3)執行錫焊接處理。2.根據權利要求1所述的鎂材局部表面硬焊的前處理方法，其特征在于:所述高磷(磷含量7~12%)無電鍍鎳組成物包含水、氟離子、銨離子、鎳離子、次磷酸根離子、一縮合劑及一種作緩沖劑之C2C8有機酸根離子，其中縮合劑是選自于二乙烯三胺、乙二胺、三乙烯四胺，或此等之組合。3.根據權利要求2所述的鎂材局部表面硬焊的前處理方法，其特征在于:所述有機酸根離子是檸檬酸根離子。4.根據權利要求2所述的鎂材局部表面硬焊的前處理方法，其特征在于所述高磷無電鍍鎳組成物系被維持于一介于8097X:的溫度，且具有一介于3~4pH值，其中氟離子、銨離子、鎳離子、次磷酸根離子、所述縮合劑濃度及有機酸根離子的濃度各是0.35~0.53M、0.35~0.53M、0.13~0.15M、0.1~0.2M、0.005~0.01M及0.07~0.1M。5.根據權利要求1所述的鎂材局部表面硬焊的前處理方法，其特征在于:所述焊料是無鉛之錫合金焊料，可選用的合金種類包括錫銀銅及錫鉍合金。6.根據權利要求l所述的鎂材局部表面硬焊的前處理方法，其特征在于所述錫焊接處理包括烙焊及回焊處理。7.根據權利要求1所述的鎂材局部表面硬焊的前處理方法，其特征在于:所述特用助焊劑是指特別具有將鎂及鎳之氧化物、氫氧化物、碳酸化物予以清除能力之助焊劑；前述能力是在助焊劑中添加油溶性螯合劑而達成，可選用的油溶性螯合劑包括丁基辛酸(2-butyloctanoicacid)、丁基癸酸(2—butyldecanoicacid)、己基突酸(2—hexyldecanoicacid)、號王白酸(Succinicacid)、衣康酸(Itaconicacid)、己二酸(Adipicacid)、戊二酸(Glutaricacid)、壬二酸(azelaicacid)、癸二酸(sebacicacid)、才寧才蒙酸(Citricacid)之二乙烯三胺或乙二胺或三乙烯四胺之酸堿中和化合物，前述之酸堿中和達到的pH范圍是8~11,而油溶性螯合劑的添加濃度范圍在0.1~0.5meq/kgflux。8.根據權利要求1所述的鎂材局部表面硬焊的前處理方法，其特征在于所述特用助焊劑是指特別具有將鎂及鎳金屬表面做暫時性之鈍化保護，以耐受焊接時之高溫易于氧化之操作條件；前述能力是在助焊劑中添加具有鈍化能力之陰離子而達成，可選用的陰離子包括氟離子、硅酸根離子、鉬酸根離子、鋁酸根離子、釩酸根離子，而陰離子的添加濃度范圍在0.01~0.05mol/kgflux。9.根據權利要求1所述的鎂材局部表面硬焊的前處理方法，其特征在于所述特用助焊劑是指特別具有焊接操作溫度以下釋放惰性氣體，而將熔化態助焊劑表面浮渣吹離焊接工作區的能力，前述能力是在助焊劑中添加具有升溫氣化能力之物質而達成，可選用的物質包括聯胺(hydrazine).氟酸羥胺(hydroxylaminehydrofluoride)、三聚氰胺轔酸月旨(melaminephosphate),而其添加濃度范圍是使產氣量在0.1~0.5mol/kgflux。全文摘要一種鎂材局部表面硬焊的前處理方法，該方法包括二項新技術其一是將鎂合金表面改質并經過無電鍍鎳處理技術、其二是制作特用助焊劑，以配合數種無鉛的錫合金焊料；前述焊接方法經過的工序流程是鎂合金工件表面首先經過中磷(磷含量3～7％)無電鍍鎳處理，再經過高磷(磷含量7～12％)無電鍍鎳處理，最后執行錫焊接處理。文檔編號B23K35/26GK101428367SQ20071004784公開日2009年5月13日申請日期2007年11月6日優先權日2007年11月6日發明者靖何申請人:靖何