專利名稱：一種熔點低于600℃的Sn-Zn-Ti活性釬料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種活性釬料及其制備方法。
背景技術：
復合材料是應現代科學發展需求而涌現出的具有強大生命力的材料。鋁基復合材料因其密度小、熔化溫度低、高導熱性且成本低等特性得到世界范圍內的廣泛研究并日趨工業化，目前已成為金屬基復合材料中最常用的、最重要的材料之一。但是，增強相的引入， 使得其焊接工藝過程變得相當困難。目前，鋁基復合材料的連接主要包括熔化焊、固相焊、 釬焊三大類，而釬焊由于加熱時間短，焊接溫度低，對增強體不會造成大的損傷，對焊件尺寸、形狀等有較大的自由度且簡單易行，而被認為是最有可能用于金屬基復合材料焊接的方法。但是，鋁本身釬焊性不良，加入增強相后，母材的潤濕性成為釬焊鋁基復合材料最主要的問題。采用常規焊接鋁合金的Ai-Si系釬料和&1-A1系釬料進行焊接時，釬料-增強相之間的連接為弱連接，連接界面幾乎不發生反應。所以，當增強相體積分數增大后，常規的Al-Si系釬料或者&1-A1系釬料在復合材料表面的潤濕性和連接強度都不能滿足要求。 但是，由于復合材料基體材料鋁熔點僅為660°c，在600°C就會發生過燒現象，所以，釬焊溫度在600°C以下時，實現釬料對復合材料良好潤濕、釬料和增強相良好連接是鋁基復合材料連接的難題。
發明內容
本發明的目的是為了解決在600°C以下實現釬料對復合材料良好潤濕及釬料與增強相良好連接的問題，提供了一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料。本發明的一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由36 % 97% Sn、2. 5% 60% Si和0. 5% 4% Ti采用熔煉方法制成。一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料具體是按以下步驟完成的一、制備Sn-Ti合金錠首先在500°C 600°C的真空條件下熔煉20 50min，然后澆注成錠得到Sn-Ti合金錠；二、成型將步驟一制備的Sn-Ti合金錠在550°C 650°C下充分熔化，然后加入Si塊，在550°C 650°C下熔煉10 50min，澆注最終形成Sn-Zn-Ti合金， 得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由36% 97% Sn、2. 5% 60% Zn 和 0. 5% 4% Ti 組成。本發明的一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料熔點在400°C 500°C左右，潤濕角為43. 89° 84. 16°，強度為10. 56 42. 68MPa ；本發明不僅改善了對復合材料的潤濕性，而且改善了復合材料連接的接頭形貌，使接頭強度有所提高。
圖1是具體實施方式
二十八四的Sn-Zn-Ti釬料的掃描電鏡圖，圖中A區元素質量分數為88. 14% Sn、11. 86% Zn，B區元素質量分數為3. 3% Sn,96. 7% Zn，C區元素質量分數為66. 73% Sn,33. 27% Ti。圖2是采用具體實施方式
二十八的Sn-Zn-Ti釬料焊接體積分數為45%的Si3N4增強鋁基復合材料的釬焊接頭金相組織圖，圖中I區為釬料區，II區位擴散層，III區為未被擴散的母材。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式中一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由36% 97% Sn、2. 5% 60% Si和0. 5% 4% Ti采用熔煉方法制成。本實施方式的Sn-Zn-Ti活性釬料熔點在400°C 500°C左右，潤濕角為43. 89° 84. 16°，強度為10. 56 42. 68MPa。本實施方式的Sn-Zn-Ti活性釬料含有的焊接陶瓷的活性元素Ti可以和母材中的陶瓷增強相發生反應，實現釬料-增強相之間的連接，可以改善釬料在母材表面的潤濕性；在焊接過程中，釬料和母材也發生互擴散現象，釬料當中的 Sn元素擴散到母材當中，擴散層厚度最多可達400 μ m,母材當中的Al元素則擴散到釬料當中與Ti元素形成TiAl化合物，改善了復合材料連接的接頭形貌，使接頭強度有所提高。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一的不同點是所述的熔點低于 600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由40% 94% Sn、3% 59% Si和1 % 3% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同點是所述的熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由45 % 90 % Sn、6% 5% Zn和 0. 5% 4% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同點是所述的熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由76% 79. 5% Sn、16. 5% 23. 5% Si 和0. 5% 4% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同點是所述的熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由95% Sn,4. 5% Zn和0. 5% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同點是所述的熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由94% Sn,4. 5% Zn和1. 5% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同點是所述的熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由93% Sn,4. 5% Zn和2. 5% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同點是所述的熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由79. 5% Sn,20% Zn和0. 5% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同點是所述的熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由78. 5% Sn,20% Zn和1. 5% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同點是所述的熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由77. 5% Sn,20% Zn和2. 5% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一至十之一不同點是所述的熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由58. 5% Sn,40% Zn和1. 5% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
一至十一之一不同點是所述的熔點低于6000C W Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由57. 5% Sn,40% Zn和2. 5% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一至十二之一不同點是所述的熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由57% Sn,40% Zn和3% Ti采用熔煉方法制成。
具體實施方式
十四本實施方式提供一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料， 具體是按以下步驟完成的一、制備Sn-Ti合金錠首先在500°C 600°C的真空條件下熔煉20 50min，然后澆注成錠得到Sn-Ti合金錠；二、成型將步驟一制備的Sn-Ti合金錠在550°C 650°C下充分熔化，然后加入Si塊，在550°C 650°C下熔煉10 50min，澆注最終形成Sn-Zn-Ti合金， 得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由36% 97% Sn、2. 5% 60% Zn 和 0. 5% 4% Ti 組成。本實施方式的Sn-Zn-Ti活性釬料熔點在400°C 500°C左右，潤濕角為43. 89° 84. 16°，強度為10. 56 42. 68MPa。本實施方式的Sn-Zn-Ti活性釬料含有的焊接陶瓷的活性元素Ti可以和母材中的陶瓷增強相發生反應，實現釬料-增強相之間的連接，可以改善釬料在母材表面的潤濕性；在焊接過程中，釬料和母材也發生互擴散現象，釬料當中的 Sn元素擴散到母材當中，擴散層厚度最多可達400 μ m,母材當中的Al元素則擴散到釬料當中與Ti元素形成TiAl化合物，改善了復合材料連接的接頭形貌，使接頭強度有所提高。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
十四的不同點是步驟一中在 550°C的真空條件下熔煉30min，然后澆注成錠得到Sn-Ti合金錠。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
十四或十五之一不同點是步驟二中將步驟一制備的Sn-Ti合金錠在600°C下充分熔化，然后加入Si塊，在600°C下熔煉 20min，澆注最終形成Sn-Zn-Ti合金。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
十四至十六之一不同點是步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由40% 94% Sn、3% 59% Zn和 3% Ti組成。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
十四至十七之一不同點是步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由45% 90% Sn、6% 54. 5% Zn 和 0. 5% 4% Ti 組成。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
十四至十八之一不同點是步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由76% 79. 5% Sn、 16. 5% 23. 5% Zn 和 0. 5% 4% Ti 組成。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
十四至十九之一不同點是步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由95% Sn,4. 5% Si和0.5% Ti 組成。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
十四至二十之一不同點是步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由94% Sn,4. 5% Si和
1.5% Ti 組成。
具體實施方式
二十二 本實施方式與具體實施方式
十四至二十一之一不同點是 步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由93% Sn,4. 5% Zn 和2. 5% Ti組成。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
十四至二十二之一不同點是 步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由79. 5% Sn,20% Zn和0. 5% Ti組成。
具體實施方式
二十四本實施方式與具體實施方式
十四至二十三之一不同點是 步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由78. 5% Sn,20% Zn和1. 5% Ti組成。
具體實施方式
二十五本實施方式與具體實施方式
十四至二十四之一不同點是 步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由77. 5% Sn,20% Zn和2. 5% Ti組成。
具體實施方式
二十六本實施方式與具體實施方式
十四至二十五之一不同點是 步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由58. 5% Sn,40% Zn和1. 5% Ti組成。
具體實施方式
二十七本實施方式與具體實施方式
十四至二十六之一不同點是 步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由57. 5% Sn,40% Zn和2. 5% Ti組成。
具體實施方式
二十八本實施方式與具體實施方式
十四至二十七之一不同點是 步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由57% Sn,40% Zn 和3%組成。本實施方式的Sn-Zn-Ti活性釬料熔點在400°C 500°C左右，潤濕角為43. 89°， 強度為 42. 68MPa,。本實施方式中一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料的掃描電鏡圖如圖1所示，從圖1可以觀察到Sn-Zn-Ti活性釬料的微納米結構。采用本實施方式中一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料焊接體積分數為 45%的Si3N4增強鋁基復合材料，焊接溫度450°C，焊接時間lOmin，焊接后的釬焊接頭金相組織圖如圖2所示，從圖2可以看出，Sn-Zn-Ti活性釬料在焊接過程中與母材發生了互擴散現象，擴散層厚度最多時達400 μ m。
權利要求
1.一種熔點低于600°c的Sn-Zn-Ti活性釬料，其特征在于熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti 活性釬料按原子數百分比由36% 97% Sn、2. 5% 60% Si和0. 5% 4% Ti采用熔煉方法制成。
2.根據權利要求1所述的一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料，其特征在于熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由40% 94% Sn、3% 59% Si和1 % 3% Ti采用熔煉方法制成。
3.根據權利要求1所述的一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料，其特征在于熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由45% 90% Sn、6% 54. 5% Si和 0. 5% 4% Ti采用熔煉方法制成。
4.根據權利要求1所述的一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料，其特征在于熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料按原子數百分比由76% 79. 5% Sn、16. 5% 23. 5% Si 和0. 5% 4% Ti采用熔煉方法制成。
5.如權利要求1所述的一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料的制備方法其特征在于熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料具體是按以下步驟完成的一、制備Sn-Ti合金錠首先在500°C 600°C的真空條件下熔煉20 50min，然后澆注成錠得到Sn-Ti合金錠；二、成型將步驟一制備的Sn-Ti合金錠在550°C 650°C下充分熔化，然后加入Si塊，在550°C 650°C下熔煉10 50min，澆注最終形成Sn-Zn-Ti合金，得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由36% 97% Sn、2. 5% 60% Zn和0. 5% 4% Ti組成。
6.根據權利要求5所述的一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料的制備方法，其特征在于步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由40% 94% Sn、3% 59% Zn 和 3% Ti 組成。
7.根據權利要求5所述的一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料的制備方法，其特征在于步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由45% 90% Sn、6% 54. 5% Zn 和 0. 5% 4% Ti 組成。
8.根據權利要求5所述的一種熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料的制備方法，其特征在于步驟二中得到熔點低于600°C的Sn-Zn-Ti活性釬料中按原子數百分比由76% 79. 5% Sn、16. 5%~ 23. 5% Zn 和 0. 5%~ 4% Ti 組成。
全文摘要
一種熔點低于600℃的Sn-Zn-Ti活性釬料及其制備方法，它涉及一種活性釬料及其制備方法。本發明為了解決在600℃以下實現釬料對復合材料良好潤濕及釬料與增強相良好連接的問題。本發明的一種熔點低于600℃的Sn-Zn-Ti釬料按原子數百分比由36％～97％Sn、2.5％～60％Zn和0.5％～4％Ti采用熔煉方法制成；具體的操作步驟如下一、制備Sn-Ti合金錠，二、成型。本發明制備的一種熔點低于600℃的Sn-Zn-Ti活性釬料熔點為400℃～500℃，潤濕角為43.89°～84.16°，強度為10.56～42.68MPa。本發明主要用于制備一種熔點低于600℃的Sn-Zn-Ti活性釬料。
文檔編號B23K35/28GK102319962SQ201110243599
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者何鵬, 林鐵松, 王百慧 申請人:哈爾濱工業大學