一種球形自熔性合金釬料的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金行業(yè)用合金釬料粉末加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種球形自熔性合金釬料的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]球形焊料制造技術(shù)已相當(dāng)成熟，廣泛應(yīng)用于球柵陣列表面貼裝(BGA)、激光熔覆、熱噴涂、堆焊焊接等領(lǐng)域。主要技術(shù)有:液滴噴射凝固成球的有氣體霧化法和離心霧化法，如專(zhuān)利CN100484669C公布了一種微小釬料合金焊球的制作裝置，采用氣體壓力噴射，液態(tài)金屬在惰性氣體中球化，該專(zhuān)利主要在裝置上進(jìn)行了改進(jìn)；機(jī)械剪切成球的切絲或打孔重熔法，主要適用于塑性較好的低熔點(diǎn)釬料金屬；均勻液滴噴射法和脈沖小孔噴射法，如專(zhuān)利CN1220571C公布了一種微球焊料的制備方法及所用微噴裝置，采用精密?chē)娚浼夹g(shù)制造出適用于BGA的焊料，對(duì)設(shè)備的要求較高，球形顆粒尺寸大于lOOum，專(zhuān)利CN1253279C公布了單分散球形金屬粒子及其生產(chǎn)方法，該方法采用孔膜使液態(tài)金屬分散在液相中制得球形金屬粒子，受限于制備的熔點(diǎn)為250°C或更低的金屬，而且主要為錫釬焊。然而，針對(duì)熔點(diǎn)相對(duì)較高的自熔性合金球形粉末的制造，目前，主要還是采用霧化技術(shù)，如專(zhuān)利CN1109123C公布了一種鎳基自熔性合金粉末，采用氣噴水冷霧化工藝制造噴涂粉末。球形自熔性合金釬料，根據(jù)主要成分分為鐵基合金、鎳基合金、銅基合金和鈷基合金，其中，均含有C、S1、B、Cr等元素，因而具有脫氧、還原、造渣、除氣以及良好的金屬表面抗氧化、耐腐蝕和潤(rùn)濕性，由于焊接構(gòu)件的特殊性，要求自熔性合金釬焊球形度高，流動(dòng)性好，充分覆蓋間隙，控制焊接厚度，然而不同元素固溶、偏析等性質(zhì)不同，霧化制造出的球形合金粉末易收縮破缺、顆粒較大、粒徑分布不均，含氧量較高，嚴(yán)重影響了熱噴涂和堆焊填料的使用效果。
[0003]專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朇N201410462791.X公布了一種微米和納米金屬球形粉末的制造方法，提出通過(guò)金屬液滴/碳材料或陶瓷材料界面(即:液/固界面)的方法制備微米、納米金屬球。該方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)需特殊的精密設(shè)備，能夠廉價(jià)的制造分布均的球形粒子。但針對(duì)高熔點(diǎn)元素以及多元素添加的復(fù)雜自熔性合金，元素固溶偏析性質(zhì)差異較大，尤其是C、S1、B、Cr等元素，該方法難以控制球形釬料的成分分布，從而影響釬料熱力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于，提供一種適用含有Fe、Co、N1、Cu等高熔點(diǎn)元素以及復(fù)雜元素添加的自熔性合金球形釬料粉末的制造方法，尤其是鐵基自熔性合金、鎳基自熔性合金、銅基自熔性合金或鈷基自熔性合金。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，熱處理熔融球化以及冷卻速度過(guò)程控制成為關(guān)鍵。采用的技術(shù)方案是:一種球形自熔性合金釬料的制造方法，包括如下步驟:
[0006](I)準(zhǔn)備自熔性合金粉末；
[0007](2)準(zhǔn)備自熔性合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末；
[0008](3)高溫?zé)崽幚硎棺匀坌院辖鹑廴诓⒛坛山饘偾颍桓邷責(zé)崽幚淼臏囟仁沁_(dá)到所述合金熔融的溫度，優(yōu)選是自熔性合金熔點(diǎn)溫度以上40到100°C的范圍內(nèi)；
[0009](4)分離碳材料粉末或陶瓷材料粉末獲得微米、納米自熔性合金球形粉末。
[0010]所述自熔性合金含有但不限于C、S1、B、Cr等元素，包含至少一種鐵基自熔性合金、鎳基自熔性合金、銅基自熔性合金或鈷基自熔性合金。
[0011]鐵基自熔性合金成分質(zhì)量百分比包含但不限于:C:0.1-4、S1:2-4.5、B:2_4、Cr:15-20、N1:10-20、余量:Fe。
[0012]鎳基自熔性合金成分質(zhì)量百分比包含但不限于:C:0.7-1、Si:2-5, B:l-4, Cr:10-16, Fe:10-15、余量:Ni。
[0013]銅基自熔性合金成分質(zhì)量百分比包含但不限于:C:0.01-0.1、Si:0.2-2、B:l-2,Cr:0.1-2、Mn:3-15, N1:3_7、余量:Cu。
[0014]鈷基自熔性合金成分質(zhì)量百分比包含但不限于:C:0.1-3、Si:l-2, B:Cr:15-30,Fe:2-6, N1:3_5、余量:Co。
[0015]準(zhǔn)備所述自熔性合金原料粉末包括但不限于:通過(guò)真空熔煉自熔性合金，機(jī)械破碎或快淬成條帶后破碎成金屬粉末。所述自恪性合金粉末尺寸范圍為10nm-100um。
[0016]碳材料粉末為石墨、石墨烯、金剛石、碳粉或煤粉以及它們二種或二種以上的混合物；陶瓷材料粉末為碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷以及它們二種或二種以上的混合物。
[0017]準(zhǔn)備自熔性合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末的方法:1)將自熔性合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合的方法，i)采取機(jī)械方法均勻混合；ii)在液體(水、乙醇等)中攪拌均勻混合；iii)通過(guò)分散劑輔助分散后，與碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合，混合后干燥得到用碳材料或用陶瓷材料包覆的自熔性合金顆粒的均勻的混合粉末。
[0018]所述自熔性合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的質(zhì)量比應(yīng)滿足所稱(chēng)量的自熔性合金粉末的總表面積小于所配比的碳材料粉末或陶瓷材料粉末的總表面積；自熔性合金粉末的質(zhì)量在金屬/碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合物中所占質(zhì)量比在I%到98%之間。所述碳材料粉末或陶瓷材料粉末可以是任意大小的尺寸，優(yōu)選的尺寸范圍為1nm-1OOumo碳材料粉末或陶瓷材料粉末的形貌可以是片狀、球狀、線狀、管狀或其他形狀。
[0019]將混合均勻的自熔性合金/碳材料或陶瓷材料混合粉末在真空或氣氛(包括氫氣、氮?dú)?、氬氣和氨氣?中退火，溫度:達(dá)到或高于合金的熔點(diǎn)，優(yōu)選的溫度為高于自熔性合金恪點(diǎn)40?100°C ;保溫時(shí)間:保證自恪性合金完全恪化，優(yōu)選時(shí)間為Imin?1min ;冷卻方式:1)快冷，讓金屬固體顆粒保持液態(tài)金屬球的形狀，同時(shí)，可以克服合金材料成分宏觀偏析和減少高溫下碳材料或陶瓷材料向金屬顆粒的擴(kuò)散。
[0020]將退火處理的金屬/碳材料或陶瓷材料混合粉末中的碳材料粉末或陶瓷材料粉末分離，獲得微米、納米金屬球形粉末。清洗方法包括:1)在液體(如:水或有機(jī)溶劑等)中浸泡后，利用金屬與碳材料或與陶瓷材料大的密度差，超聲清洗，除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末，獲得自熔性合金球形粉末；2)在液體中浸泡后，采用外加磁場(chǎng)、離心或過(guò)濾的方法獲得自熔性合金球形粉末；3)利用自熔性合金顆粒與碳材料或與陶瓷材料的形狀、大小不同，使用合適的篩子將二者分離。
[0021]本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明制造球形自熔性合金釬料的工藝方法簡(jiǎn)單，通過(guò)機(jī)械破碎，高溫熔融球化，實(shí)現(xiàn)了鐵基自熔性合金、鎳基自熔性合金、銅基自熔性合金或鈷基自熔性合金球形釬料粉末的制造，粉末球形度高(近似完美)，表面質(zhì)量好，無(wú)宏觀偏析。制造過(guò)程中作固體分散劑用的碳材料或陶瓷材料分離后可循環(huán)使用，制造成本低，生產(chǎn)效率高，是一種環(huán)境友好、可規(guī)?；a(chǎn)微米自熔性合金釬料粉末的制造方法。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下是本發(fā)明制造球形自熔性合金釬料的實(shí)施案例。
[0023]實(shí)施例1
[0024]鐵基自熔性合金球形釬料的制備，首先，通過(guò)熔煉方法獲得鐵基自熔性合金，成分質(zhì)量百分比C:0.1-4,S1:2-4.5、B:2-4,Cr:15-20,N1:10_20、余量:Fe，機(jī)械破碎合金得到平均尺寸為10 μm左右的粉末作為原料(其它尺寸的均可，與得到的球形的粒徑有關(guān))。取I克鐵基自熔性合金粉與尺寸小于I μπι左右的石墨烯粉，按重量比為5:1配比，機(jī)械攪拌后，均勻混合。
[0025]將混合好的合金/石墨烯混合粉放入氧化鋁坩禍中，坩禍放進(jìn)退火爐的非加熱區(qū)，抽真空到6X10_3Pa，將