Page 111 - 机械工程材料2024年第十一期

2024 年 11 月 第 48 卷 第 11 期 Vol. 48 No. 11 Nov. 2024

DOI：10. 11973/jxgccl230373

Al-Si-Cu-Ni 钎料成分和钎焊温度对高硅铝合金/可伐

合金钎焊接头性能的影响

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邱玉洁 ，牛济泰 1, 2 ，杨环宇 ，木二珍 1
（1. 河南理工大学材料科学与工程学院，焦作 454000；2. 河南晶泰航空航天高新材料科技有限公司，

焦作 454000；3. 大连理工大学材料科学与工程学院， 大连 116024）
摘 要： 采用甩带工艺制备Al-7.5Si-23Cu-xNi（ x取0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，质量分数/%）箔状
钎料，研究了镍含量对钎料组织和性能的影响；利用性能最好的钎料对CE11高硅铝合金和4J29可
伐合金进行真空钎焊，分析了钎焊温度（560~600 ℃） 对接头组织、抗剪强度及气密性的影响。结果
表明：随着镍含量的增加，钎料的液/固相线变化较小，熔化温度区间较稳定，铸态钎料局部共晶组
织增多，柱状晶变粗大，断裂应变和接头的抗剪强度均先升高后降低；当镍质量分数为2.0%时，钎
料的熔化温度区间最小，熔点最低，组织均匀，共晶相较多且弥散分布，钎料的韧性和焊接性能最好。
当钎焊温度低于570 ℃时，Al-7.5Si-23Cu-2.0Ni钎料熔化不完全， 与母材结合较差；当钎焊温度高于
570 ℃时， 钎料与母材间的元素互扩散剧烈，造成硅相聚集，焊缝中出现裂纹。随着钎焊温度的升高，
接头的抗剪强度先升后降，焊后泄漏率先降后升。最佳钎焊温度为570 ℃， 此时焊缝与两侧母材结
合紧密，元素扩散均匀，接头的抗剪强度最大，气密性最好。
关键词： 高硅铝合金；可伐合金；Al-Si-Cu-Ni钎料；钎焊温度；抗剪强度
中图分类号：TG454 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2024）11-0103-08

0 引 言 合金的主要成分是铁、钴、镍，2种材料的物理和化学
性质差别较大，这使得钎焊过程中液态钎料与两侧母
航空航天用微波组件正朝着大功率、轻量化、更
材的界面反应不尽相同，连接较为困难 ［8-9］ 。
优性能和更高可靠性的方向发展，因此对组件框架、
壳体等封装材料的性能提出了更高的要求 ［1-3］ 。传 获得异种材料高质量钎焊接头的方法包括添加
中间层 ［10］ 、钎缝复合化 ［11］ 、母材表面改性 ［12-13］ 、钎料
统、单一的材料已经很难满足新一代发送与接收（T/
活性元素优选 ［14］ 等。铝合金与可伐合金的连接本质
［4］
R） 模块封装件所需的综合性能要求 。可伐合金是
是铝与铁的连接 ［15］ ，适合采用钎料活性元素优选的
常用的电子封装材料，具有优异的焊接性和机械加
［5］
工性，且热膨胀系数低，玻璃附着性良好 ，但存在 方法来提高二者钎焊接头的质量。铝合金与可伐合
金连接时较适合的钎料主要为Al-Si-Cu系钎料，在
着热导率低、密度高、刚度低等缺点，严重阻碍了其
该体系中，高硅铝合金母材的主元素是铝元素，有利
发展。高硅铝合金具有密度小、强度和刚度高、易于
加工、热膨胀系数高与微波组件内部的芯片和基板 于钎料与母材的元素相互扩散；硅元素可以降低钎
匹配性好、散热性能良好等优点，可以满足航空航天 料的热膨胀系数，从而降低接头应力；铜元素的扩散
微波组件封装的需要 ［6-7］ ，但也存在热导率高、脆性 能力较强，有利于冶金结合，但铜含量的增加会导致
大等问题。如将可伐合金与高硅铝合金结合在一起， 钎料脆性增大。镍和铜的晶体结构相似，2种元素可
用高硅铝合金替代可伐合金作为封装壳体，盖板仍使 以无限固溶形成连续固溶体，用镍元素取代部分铜
用可伐合金，可以很好地利用二者的优势，克服二者 元素，可以减少Al 2 Cu脆性金属化合物的生成，提高
不足。然而高硅铝合金主要构成元素为铝和硅，可伐 钎料的韧性和耐腐蚀性能 ［16］ 。然而目前，少见有关
Al-Si-Cu-Ni钎料钎焊高硅铝合金和可伐合金的报
收稿日期：2023-08-10；修订日期：2024-07-23
道，为此，作者以不同镍含量的Al-Si-Cu-Ni合金为
基金项目：河南省高等学校重点科研项目计划（22B470005）
钎料，研究了镍含量对合金钎料组织和性能以及钎
作者简介： 邱玉洁（1998—），女，河南新乡人，硕士研究生
导师： 牛济泰教授；木二珍讲师 焊高硅铝合金/可伐合金接头力学性能的影响， 确定
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