一种钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板及其制备方法、应用 |
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| 申请号 | CN202111629871.6 | 申请日 | 2021-12-28 | 公开(公告)号 | CN114228271B | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 郑州机械研究所有限公司; | 发明人 | 钟素娟; 黄俊兰; 李秀朋; 沈元勋; 纠永涛; 李云月; 李文彬; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于钎焊材料技术领域，具体涉及一种 钛 合金 板翅 散热 器钎焊用钎焊板及其制备方法、应用。本发明的钛合金板翅 散热器 钎焊用钎焊板，包括芯板和分别复合在芯板两侧 板面 上的粘结金属层；所述粘结金属层上复合有钛基非晶钎料层；所述芯板为钛板；所述粘结金属层为Sn或SnAgCu软钎料。本发明的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板，选用熔点较低的Sn或SnAgCu软钎料作为粘结金属层，将钛基非晶钎料层和芯板复合制成钎焊板，在钎焊时可免去钛基非晶钎料的裁剪、粘贴工序，效率高且避免钛基非晶钎料浪费，降低了生产成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板，其特征在于，包括芯板和分别复合在芯板两侧板面上的粘结金属层；所述粘结金属层上复合有钛基非晶钎料层；所述芯板为钛板；所述粘结金属层为Sn或SnAgCu软钎料；所述复合为热压复合。 |
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| 说明书全文 | 一种钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板及其制备方法、应用技术领域背景技术[0002] 钛及钛合金因具有低密度、高强度、耐腐蚀、耐疲劳以及高比强度等优点，常用于制造高质量的板翅散热器。钛合金板翅散热器的芯体主要由翅片、隔板、封条及侧板组成。一个钛合金板翅散热器约由上百个翅片与上百个隔板组成。其中，翅片的厚度一般为0.1～ 0.15mm，材质为TA1、TA2、TA3中的一种。 [0003] 组成钛合金板翅散热器的结构材料全部为钛及钛合金，钛合金板翅散热器的芯体需进行真空钎焊。芯体的真空钎焊主要是翅片与隔板的真空钎焊，钎焊时，将钛基非晶钎料裁切成与隔板类似的尺寸大小，一片片粘贴到每个隔板的上下表面，然后与翅片进行装配固定。钛基非晶钎料的裁切、粘贴工序繁杂且耗时较长，导致钎焊效率较低；钛基非晶钎料的价格较高，一般约为2万元/kg，钎料经多次裁切，难免会因人为因素引起钎料的浪费，造成钎焊成本增加。 [0004] 同时，钛基非晶钎料是利用有机胶黏剂(例如502胶)粘贴在隔板上，在真空钎焊时，不仅会产生有毒气体，还不可避免有残留，进而影响钎焊连接质量。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板，将该钎焊板作为钛合金板翅散热器的隔板时，能够提高钎焊效率，减少钎料浪费，改善钎焊质量。 [0006] 本发明的第二个目的在于提供一种上述钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的制备方法。 [0007] 本发明的第三个目的在于提供一种上述钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板作为板翅散热器的隔板的应用。 [0008] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为： [0009] 一种钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板，包括芯板和分别复合在芯板两侧板面上的粘结金属层；所述粘结金属层上复合有钛基非晶钎料层；所述芯板为钛板；所述粘结金属层为Sn或SnAgCu软钎料。 [0010] 本发明的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板，选用熔点较低的Sn或SnAgCu软钎料作为粘结金属层，将钛基非晶钎料层和芯板复合制成钎焊板，在钎焊时可免去钛基非晶钎料的裁剪、粘贴工序，效率高且避免钛基非晶钎料浪费，降低了生产成本；此外，Sn对钛板的相变温度影响不大，不会引起钛板的物相发生变化，仍能够保持钛板原本的性能；并且Sn的熔点较低，可一定程度降低钎焊温度，降低钛板的氧化程度。 [0011] 进一步地，所述钛基非晶钎料采用包括以下步骤的方法制得：将组成钎料的各组分熔炼、甩带。更进一步地，所述熔炼在非自耗真空熔炼炉中进行。所述甩带在真空熔融甩带机中进行。 [0012] 进一步地，所述钛基非晶钎料层为Ti‑25Zr‑50Cu、Ti‑37.5Zr‑15Cu‑10Ni、Ti‑35Zr‑15Cu‑15Ni、Ti‑48Zr‑4Be、Zr‑11Ti‑13Cu‑14Ni、Zr‑11Ti‑12Cu‑14Ni‑2Nb‑1.5Be中的一种。以Ti‑25Zr‑50Cu为例，Ti‑25Zr‑50Cu的质量百分比组成为：Zr元素占25wt％、Cu元素占50wt％，其余为Ti元素。 [0013] 进一步地，所述芯板为TA1、TA2、TA3中的一种。所述芯板的厚度为150～200μm。150～200μm的芯板可完全替代常规散热器中的隔板。 [0014] 进一步地，所述粘结金属层的厚度为6～10μm。在钎焊过程中，6～10μm的粘结金属层能与同侧的钛基非晶钎料层相位扩散，进行原位结合，形成低熔钎料。 [0015] 进一步地，所述钛基非晶钎料层的厚度为20～30μm。20～30μm的钛基非晶钎料层能与同侧的粘结金属层进行原位结合形成低熔钎料。 [0016] 本发明的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的制备方法采用的技术方案为： [0017] 一种上述钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的制备方法，包括以下步骤：按顺序在芯板的两侧板面上叠置粘结金属层、钛基非晶钎料层，然后加热加压复合。 [0018] 本发明的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的制备方法，制备过程简单、效率高，适合工业化大规模生产。 [0019] 进一步地，所述叠置包括：将芯板通过粘结金属熔液，在芯板的两侧板面上形成粘结金属层；在钛基非晶钎料与芯板复合的一面上涂覆粘结金属熔液，形成一侧带有粘结金属层的钛基非晶钎料层，然后与带有粘结金属层的所述芯板叠放。更进一步地，所述涂覆为刷涂。叠放时，钛基非晶钎料层上带有粘结金属层的一侧，与两侧均有粘结金属层的芯板相贴合。 [0021] 进一步地，在钛基非晶钎料与芯板复合的一面上涂覆粘结金属熔液前，加热钛基非晶钎料。更进一步地，加热钛基非晶钎料至220～250℃。 [0022] 进一步地，为了使粘结金属熔液均匀涂覆在芯板的两侧板面，所述芯板通过粘结金属熔液的速度为30～50mm/s。形成在芯板的两侧板面上的所述粘结金属层的厚度为3～5μm。形成在钛基非晶钎料层与芯板复合的一面上的所述粘结金属层的厚度为3～5μm。 [0023] 进一步地，所述粘结金属熔液采用包括以下步骤的方法制得：加热粘结金属，使粘结金属熔融成粘结金属熔液。更进一步地，加热粘结金属至220～250℃。更进一步地，所述粘结金属的加热在镀锡槽中进行。芯板通过镀锡槽中的粘结金属熔液。 [0024] 进一步地，为了使钛基非晶钎料层、粘结金属层和芯板更充分地复合，按顺序在芯板的两侧板面上叠置粘结金属层、钛基非晶钎料层后的所述加热的温度为220～250℃，加压的压力为0.3～5MPa。更进一步地，所述加压的时间为20～30min。 [0025] 本发明的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的应用采用的技术方案为： [0027] 图1为本发明实施例1中的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的结构示意图，1为Ti‑25Zr‑50Cu层，2为Sn层，3为TA1钛板； [0028] 图2为本发明实施例7中的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的制备工艺路线图，1为Ti‑25Zr‑50Cu层，2为第一Sn层，3为第二Sn层，4为轧机，5为TA1钛板，6为镀锡槽，7为隧道炉，8为收卷机； [0029] 图3为本发明的实施例8中的钛合金板翅散热器的宏观形貌图。 具体实施方式[0030] 以下结合实施例对本发明做进一步地说明。本发明实施例中，SnAgCu软钎料的组成为：Sn‑3.5Ag‑0.7Cu，即Ag元素占3.5wt％，Cu元素占0.7wt％，余量为Sn。 [0031] 一、钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的实施例 [0032] 实施例1 [0033] 本实施例的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板为五层夹芯状，如图1所示，两表层为钛基非晶钎料层1，两次外层为粘结金属层2，芯板为钛板3，其中，钛基非晶钎料层为Ti‑25Zr‑50Cu，厚度为20μm；粘结金属层为Sn，厚度为6μm；芯板为TA1钛板，厚度为150μm。 [0034] 实施例2 [0035] 本实施例的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板为五层夹芯状，两表层为钛基非晶钎料层，两次外层为粘结金属层，芯板为钛板，其中，钛基非晶钎料层为Ti‑37.5Zr‑15Cu‑10Ni，厚度为25μm；粘结金属层为Sn，厚度为7μm；芯板为TA2钛板，厚度为160μm。 [0036] 实施例3 [0037] 本实施例的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板为五层夹芯状，两表层为钛基非晶钎料层，两次外层为粘结金属层，芯板为钛板，其中，钛基非晶钎料层为Ti‑35Zr‑15Cu‑15Ni，厚度为28μm；粘结金属层为Sn，厚度为8μm；芯板为TA3钛板，厚度为180μm。 [0038] 实施例4 [0039] 本实施例的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板为五层夹芯状，两表层为钛基非晶钎料层，两次外层为粘结金属层，芯板为钛板，其中，钛基非晶钎料层为Ti‑48Zr‑4Be，厚度为30μm；粘结金属层为SnAgCu软钎料，厚度为10μm；芯板为TA1钛板，厚度为200μm。 [0040] 实施例5 [0041] 本实施例的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板为五层夹芯状，两表层为钛基非晶钎料层，两次外层为粘结金属层，芯板为钛板，其中，钛基非晶钎料层为Zr‑11Ti‑13Cu‑14Ni，厚度为20μm；粘结金属层为SnAgCu软钎料，厚度为8μm；芯板为TA2钛板，厚度为150μm。 [0042] 实施例6 [0043] 本实施例的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板为五层夹芯状，两表层为钛基非晶钎料层，两次外层为粘结金属层，芯板为钛板，其中，钛基非晶钎料层为Zr‑11Ti‑12Cu‑14Ni‑2Nb‑1.5Be，厚度为25μm；粘结金属层为SnAgCu软钎料，厚度为10μm；芯板为TA3钛板，厚度为 200μm。 [0044] 二、钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的制备方法的实施例 [0045] 实施例7 [0046] 本实施例为实施例1中的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的制备方法，包括以下步骤： [0047] 1)按钛基非晶钎料的化学计量比称取各组分，再将各组分通过非自耗真空熔炼炉熔炼、真空熔融甩带机制成20μm的Ti‑25Zr‑50Cu钎料； [0048] 2)将粘结金属Sn置于镀锡槽中，加热至250℃，熔融成Sn熔液； [0049] 3)取两个步骤1)制得的Ti‑25Zr‑50Cu钎料，加热至220℃，在两个Ti‑25Zr‑50Cu钎料与钛板复合的一面均匀刷涂Sn熔液，形成一侧带有3μm的第一Sn层的Ti‑25Zr‑50Cu层； [0050] 4)将从轧机出来的TA1钛板以50mm/s的速度通过步骤2)中含有Sn熔液的镀锡槽，在TA1钛板的两侧板面上分别形成3μm的第二Sn层； [0051] 其他实施情形下，在本实施例的基础上，将从轧机出来的钛板以30mm/s或40mm/s的速度通过步骤2)中含有Sn熔液的镀锡槽，可在钛板的两侧板面上形成3～5μm的第二Sn层； [0052] 5)将步骤3)得到的两个复合有第一Sn层的Ti‑25Zr‑50Cu层、步骤4)得到的两侧板面复合有第二Sn层的TA1钛板按照从上到下依次为Ti‑25Zr‑50Cu层、第一Sn层、第二Sn层、TA1钛板、第二Sn层、第一Sn层、Ti‑25Zr‑50Cu层的顺序，经隧道炉加热至240℃，同时加压0.3MPa复合，保压20min。 [0053] 其他实施情形下，在本实施例的基础上，步骤5)中的隧道炉加热至220℃、230℃或250℃，同时加压0.5MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa或5MPa复合，保压25min或30min，可以得到与本实施例类似的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板。 [0054] 本实施例的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的工艺路线及其使用状态如图2所示，在制备钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的过程中，将从轧机4出来的TA1钛板5通过含有Sn熔液的镀锡槽6，在钛板的两侧板面上形成第二Sn层3，在两个Ti‑25Zr‑50Cu层1与TA1钛板5复合的一面均匀刷涂Sn熔液，形成一侧带有第一Sn层2的Ti‑25Zr‑50Cu层1，按照从上到下的顺序依次将Ti‑25Zr‑50Cu层1、第一Sn层2、第二Sn层3、TA1钛板5、第二Sn层3、第一Sn层2、Ti‑25Zr‑50Cu层1进行叠置，用两块压板把叠置后的五层夹芯状钎焊板夹在中间，通过螺丝紧固两侧压板，进入隧道炉7，加热加压，出隧道炉后拆除压板，最后用收卷机8进行收卷，得到钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板。 [0055] 参考实施例7的方法，可相应制备实施例2～6的钎焊板产品。 [0056] 三、钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的应用的实施例 [0057] 实施例8 [0058] 将实施例1中的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板作为钛合金板翅散热器的隔板，该钛合金板翅散热器的宏观形貌图如图3所示。该隔板可直接与翅片进行钎焊连接。 [0059] 四、实验例 [0060] 实验例1 [0061] 本发明实施例1～6中的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板，层间依靠液态Sn或SnAgCu软钎料与钛板母材扩散形成冶金结合而复合，钎焊板层间的剥离强度按照GB/T 7122‑199690°剥离强度测试的方法进行，每个样品测试5次，测试结果见表1。 [0062] 表1实施例1～6中的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的剥离强度 [0063] [0064] 由表1可以看出，实施例1～6中的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板的剥离强度均大于18.5MPa，满足后期的卷制要求。 [0065] 实验例2 [0066] 采用Ti‑25Zr‑50Cu钛基非晶钎料和实施例1中的钛合金板翅散热器钎焊用钎焊板分别制备真空钎焊钛合金板翅散热器模拟件，尺寸为500×400×0.15mm(含100个翅片，100‑3个隔板)。真空钎焊的条件为：真空度为6×10 Pa，Ti‑25Zr‑50Cu钛基非晶钎料钎焊温度为 900℃，保温10min；实施例1中钎焊板的钎焊温度为870℃，保温10min。钎焊时采用逐层钎焊的方案：一层钎焊板或一层隔板上装配一层翅片，装配好后整体入炉，一次钎焊完成。 [0067] 钎焊时，将实施例1中的钎焊板直接裁切成合适尺寸，即可使用，而Ti‑25Zr‑50Cu钛基非晶钎料需裁切成与隔板表面尺寸相匹配的200片，然后将200片粘贴到钛板上下表面，装配固定。钎焊10个模拟件，对比两种方式的装配效率和钛基非晶钎料的用量，比较结果见表2(实施例1中的钎焊板上的Ti‑25Zr‑50Cu钎料和常规Ti‑25Zr‑50Cu钎料的厚度均为3 25μm，密度均为6.65g/cm ，则1个隔板上钛基非晶钎料量为50×40×0.0025×6.65×2＝ 66.5g)。 [0068] 表2不同方式装配每个模拟件的物理参数 [0069] [0070] 由表2可以看出，与常规钛基非晶钎料相比，实施例1中的钎焊板钎焊钛合金板翅散热器模拟件时，每个模拟件钛基非晶钎料用量减少7.2g，当钛基非晶钎料的价格为20000元/kg时，则每个模拟件成本可节约144元。另外，由于实施例1中的钎焊板钎焊时效率较高，在装配环节，每个模拟件装配用时可减少3.4h。 |
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