本發(fā)明屬于材料成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉等離子噴涂技術(shù)的涂層組成及其制備方法。尤其是電動車、空調(diào)和暖風(fēng)ptc鋁散熱器用低熔點zn-al合金釬焊層的制備方法。

背景技術(shù)：

zn-al釬料屬于中低溫釬料，其熔化溫度范圍為382℃-500℃，目前已經(jīng)有很多的研究者對其進(jìn)行研制。與al-si合金釬料相比較，由于zn-al合金釬料的熔點低，在釬焊過程中不易對母材造成影響，且釬料具有一定的塑性，具備一定的加工性能。采用zn-al合金釬料對3003板材進(jìn)行釬焊，選用csf-alf3釬劑輔助，釬料在基體表面具有良好的流動性，隨著zn-al釬料中al的比例增加，流動性逐漸增加。但是zn-al共晶合金釬料以及亞共晶zn-al合金釬料相比al-si釬料的流動性還是相差很多，而且釬焊接頭的抗腐蝕性低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是，針對上述不足，對于低熔點zn-15al釬料，采用噴涂技術(shù)在3003鋁合金基體表面制備釬焊層，釬焊層厚度可以達(dá)到微米甚至納米級別，低于傳統(tǒng)箔帶釬料的厚度，符合輕量化要求。采用dsc測試釬料熔化溫度，sem對釬料及釬焊接頭進(jìn)行微觀組織的觀察，研究出良好可用的釬焊工藝，保證對釬焊接頭的釬焊質(zhì)量。

本發(fā)明技術(shù)方案：zn-al合金釬料采用等離子電弧噴涂制備釬焊層方法，尤其是電動車、空調(diào)和暖風(fēng)ptc散熱器用低熔點zn-al合金釬焊層的制備方法；該釬焊層制備包括以下步驟：將zn粉與al粉均勻混合形成zn-al合金釬料，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為zn85，al10-18；將混合好的zn-al合金粉末裝入等離子噴涂焊機(jī)中，等離子噴涂設(shè)備設(shè)定電壓為40-60v，電流為600a，等離子噴涂時通入氬氣進(jìn)行保護(hù)；啟動等離子噴涂焊機(jī)，zn-al合金釬料經(jīng)過等離子噴涂機(jī)，熔化形成細(xì)小顆粒液滴，在工件表面凝固形成釬焊層對工件焊接。釬焊工藝為410±5℃釬焊，保溫30±10min，試樣結(jié)合情況良好。

采用等離子噴涂制備的釬焊層，其厚度為5～50μm之間，且釬焊層厚度可控。所待焊件為任意形狀。

zn-15al合金粉的等離子噴涂工藝參數(shù)為：等離子噴涂設(shè)備設(shè)定工作電壓40v，電流為600a，氬氣50l/min中通入氫氣10l/min，送粉氣體40l/min，送粉速度0.95r/min；zn-15al合金釬料制備成的釬焊層涂層不需要表面處理，光潔度高，顆粒度小。

有益效果：散熱器通常采用3003鋁合金作為散熱齒條，故選取的釬料熔點應(yīng)低于3003鋁合金，否則在釬焊時釬焊溫度過高，容易對基體產(chǎn)生熔蝕等不良影響。zn-al合金釬料為低熔點釬料，其熔點遠(yuǎn)低于3003基體合金，溫度可以控制在450℃左右，遠(yuǎn)低于鋁合金釬料的熔焊溫度，釬焊時不會對基體產(chǎn)生熔蝕現(xiàn)象。采用zn-al合金粉末進(jìn)行等離子噴涂制備的涂層表面顆粒度小，厚度均勻；zn-15al釬料在3003鋁合金基體表面的釬焊鋪展?jié)櫇窠菫?0.5°，具有良好的潤濕性，最佳釬焊工藝為410℃釬焊30min，試樣結(jié)合情況良好。

附圖說明

圖1zn-15al釬料xrd圖譜；

圖2zn-15al釬料涂層表面；

圖3zn-15al釬料涂層微觀形貌；

圖4410℃釬焊不同保溫時間zn-15al釬焊接頭微觀形貌，a未釬焊；b保溫10min，c保溫20min；d保溫30min；e保溫40min。

圖5410℃釬焊保溫40min試件基體與zn-15al釬焊層元素能譜分析及區(qū)域面掃描圖，a涂層掃描區(qū)域；b能譜分析圖；c元素面掃描；dzn元素分布圖；eal元素分布圖。

圖6不同釬焊溫度保溫10minzn-15al釬焊接頭微觀形貌,a410℃釬焊,b430℃釬焊；

圖7不同釬焊溫度保溫20minzn-15al釬焊接頭微觀形貌,a410℃釬焊,430℃釬焊；

圖8不同釬焊保溫下保溫30minzn-15al釬焊接頭微觀形貌,a410℃釬焊；b430℃釬焊；

圖9不同釬焊溫度下保溫40minzn-15al釬焊接頭微觀形；a410℃釬焊,b430℃釬焊。

具體實施方式

在相同的保溫時間下，釬焊溫度由410℃提高到430℃，原子擴(kuò)散系數(shù)增大，單位時間內(nèi)擴(kuò)散的數(shù)量增加。但在430℃下釬焊，原子擴(kuò)散過于劇烈，涂層中zn原子向基體中擴(kuò)散過多，在焊縫中過多的zn存在對釬料的流動性有不良的影響；

在相同的釬焊溫度下，隨著釬焊時間的增加，原子獲得能量逐漸增加，原子互相擴(kuò)散量增加，熔合區(qū)增大。

zn-15al合金粉(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為zn85，al15)的等離子噴涂最佳工藝參數(shù)為：工作電壓40v，電流為600a，氬氣50l/min，氫氣10l/min，送粉氣體40l/min，送粉速度0.95r/min。zn-15al合金制備的涂層不需要表面處理，光潔度高，顆粒度小，涂層厚度可達(dá)25μm；

zn-15al釬料xrd分析圖譜，由圖可知，85zn-15al釬料主要由鋁基固溶體與鋅基固溶體構(gòu)成，al衍射峰比較低，zn的衍射峰比較明顯。如圖1。

zn-15al釬料涂層制備方法：采用300目zn-15al合金粉末進(jìn)行等離子噴涂，在3003鋁合金基體表面噴涂3-4次，制備zn-15al合金釬料釬焊層。如圖2。

等離子噴涂實驗工藝參數(shù)。

經(jīng)等離子噴涂后的zn-15al合金釬料釬焊層樣板，觀察表面可以看出，表面顆粒細(xì)小，分布均勻，采用氬氣保護(hù)，無明顯的氧化現(xiàn)象，不需要對表面進(jìn)行處理。

圖3中，zn-15al釬料經(jīng)等離子噴涂在3003鋁合金基體上形成的釬焊層微觀形貌，采用掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察，由其微觀形貌圖可以看出存在兩層結(jié)構(gòu)，上部zn-15al釬料噴涂層，而下部為基體。由基體與釬焊層的微觀形貌可以看出，基體與釬焊層組織形態(tài)完全不同，由圖下端標(biāo)尺可以測出，涂層厚度在50μm左右。

保溫時間對接頭組織的影響

由dsc測試結(jié)果可知，zn-15al合金釬料的熔點大約在385℃，為研究涂層在同一釬焊溫度下保溫不同時間的變化，將該試樣在410℃下保溫10、20、30、40min，觀察其變化。圖4為410℃釬焊不同保溫時間zn-15al釬焊接頭微觀形貌。

通過對比可發(fā)現(xiàn)隨著釬焊保溫時間增加，釬焊層與基體間的界限開始模糊，熔合區(qū)變大。圖4a為未釬焊涂層與基體界面微觀組織，圖4b為保溫10min釬焊接頭形貌，由圖可知，釬焊保溫10min，釬焊層與基體開始結(jié)合，但結(jié)合不明顯。圖4c為保溫20min釬焊接頭形貌，熔化結(jié)合效果比10min好，熔合深度擴(kuò)大，釬焊層與基體間的結(jié)合更加緊密。圖4d為保溫30min釬焊接頭形貌，圖4e為保溫40min釬焊接頭形貌，熔合深度最大，說明隨著保溫時間增加，釬焊層與基體結(jié)合深度增大。

由zn-al二元相圖可知，釬焊時zn與al的互溶度很大，保溫10min接頭熔合實際是zn原子與al原子擴(kuò)散的結(jié)果。因為zn與al之間固溶度很大，不會形成金屬間化合物。因此，zn-al釬料合金是由兩種固溶體形式在合金中存在。由于zn的晶格結(jié)構(gòu)為密排六方晶格，c軸的晶格常數(shù)比a軸的要大很多，容易在c軸發(fā)生斷裂，因此zn密排六方結(jié)構(gòu)決定了其鑄態(tài)性能低下。鋁基固溶體的晶格結(jié)構(gòu)為面心立方結(jié)構(gòu)，具有良好的韌性，適量的鋁基固溶體在zn-al釬料合金中分布能夠起到提高釬料綜合性能的作用。

為410℃釬焊保溫20min后基體與釬焊層能譜分析及區(qū)域面掃描，分析可知，兩種元素相互滲透程度增加，zn原子不僅在釬料涂層中分布，由于釬焊層與焊縫存在原子濃度梯度，釬焊層中zn原子含量高逐漸向焊縫中擴(kuò)散，基體中al原子不斷向焊縫中擴(kuò)散，釬焊層與基體的結(jié)合效果比之前加熱10min的明顯。

由zn-al相圖可知，zn與al之間固溶度大，釬焊時形成鋁基固溶體與鋅基固溶體在焊縫中分布。釬焊接頭熔合過程中，實質(zhì)是zn與al原子在受熱時原子所獲能量增加，互相擴(kuò)散的過程。保溫時間長短影響zn原子與al原子擴(kuò)散的數(shù)量。隨著釬釬焊加熱時間增加，zn原子與al原子的互擴(kuò)散能量增多，原子互相遷移的范圍廣，擴(kuò)散區(qū)寬度增加。

為410℃釬焊保溫30min后基體與zn-15al釬焊層能譜分析及區(qū)域面掃描，由圖觀察分析可知，兩種元素有了明顯滲透，且zn的擴(kuò)散程度和密度都有明顯增加，釬焊層與基體交界熔合現(xiàn)象明顯，且不斷向下發(fā)展。擴(kuò)散區(qū)的寬度與釬焊加熱溫度時間有關(guān)。隨著釬焊時間增加，熱能量越來越多，原子擴(kuò)散遷移量增多，釬焊層中的zn向焊縫擴(kuò)散量增加。

圖5為在掃描電鏡下焊縫能譜分析及區(qū)域面掃描，圖5a-b為接頭能譜分析，可以看出主要元素還是zn和al，55，隨著釬焊時間增加，紅色zn元素已經(jīng)向母材基體擴(kuò)散足夠的深度，綠色al元素向焊縫及釬料中擴(kuò)散，釬料中綠色al元素含量增多，焊縫熔合區(qū)為淺黃色，擴(kuò)散寬度已經(jīng)足夠，繼續(xù)加熱可能會對母材基體產(chǎn)生影響。

釬焊溫度對接頭組織的影響

圖6-9為在410℃(a)下釬焊保溫10\20\30\40min的試樣與在430℃(b)下釬焊保溫10min的試樣對比圖。試樣在410℃釬焊時，其涂層與基體的邊界并沒有試樣在430℃時的變化明顯，邊界線也比較平整。釬焊層在430℃保溫10min時，已經(jīng)發(fā)生明顯的熔合現(xiàn)象。

釬焊溫度提高，原子擴(kuò)散系數(shù)增加，擴(kuò)散速度加快，保溫時間增加，原子擴(kuò)散量增加，在430℃釬焊，雖然釬焊溫度升高，提高原子擴(kuò)散速度，但是由于釬焊溫度高，原子擴(kuò)散過于劇烈，zn原子向基體中擴(kuò)散過多，影響基體性能，在焊縫中存在過多的zn元素，對釬料的潤濕性有阻礙作用，熔化時對焊縫的填充能力降低，導(dǎo)致在釬焊時，發(fā)生結(jié)合不上的現(xiàn)象，而在410℃下釬焊，雖然釬焊溫度不高，但是原子擴(kuò)散不劇烈，不易發(fā)生向基體大量擴(kuò)散的現(xiàn)象，不會降低釬料的潤濕性，能夠在釬焊時進(jìn)行良好的焊縫填充。