TWI465308B - Aluminum alloy welding method - Google Patents

Description

鋁合金軟銲接合方法

本發明係一種鋁合金軟銲接合方法，尤為一種可直接將鋁與其它材料接合，而不需要助銲劑或先在表面鍍覆潤濕層處理之鋁合金軟銲接合方法。

鋁及其合金因密度低、比強度高、導熱性佳，同時具有良好的成型性，因此廣泛應用於電子設備、運輸工具、通訊、化工等產業上。基於結構或散熱需求，鋁合金常須與其它材料接合，如具有高散熱效能的鋁-銅複合散熱器在通訊電子產品殼件與其扣件的接合，或是於運輸器具與高壓容器須兼具高強度與輕量化的組合。

然而，鋁合金與鋁合金或對其它材料接合時，會因鋁合金的低熔點、高導熱性而在熔焊過程必須採用能量集中功率較大的熱源，這會造成材料在熱影響區發生變形或材質劣化的問題。由於鋁與氧的親和性高，極易與氧結合形成緻密的氧化層，因此若以熔焊接合，易形成氣孔與銲縫脆化，而若採用硬銲或軟銲接合則會因氧化層的阻礙使得硬銲或軟銲銲料無法與鋁產生潤溼，而無法達成接合。其它固態接合方式，如擴散接合，亦會受到氧化層影響而必須使用大的壓力使氧化層破裂，以促使擴散的進行，又因固態擴散接合必須使用大的應力使接面緊密接觸，而且接合操作時間長，於是對形狀複雜之接合件有操作上的困難。至於摩擦 接合則會因接合區大量的塑性變形，而使得接合件局部區域材質組織的變化，其亦會受到接合母材形狀的限制，且對於電子產品外殼件的薄板接合會影響外觀及其平整性。

許多鋁合金，特別是非熱處理型鋁合金，在接合過程中受到高溫將會造成材料明顯的劣化。傳統商用之鋁合金硬銲銲料是以鋁-矽系合金為主，然而，此類銲料的液相線高達575℃以上，同時接合操作溫度通常已經超過600℃，這溫度不僅會造成鋁合金材質的劣化，對大多數的鋁合金而言已經超過熔點，可能造成母材熔化。為了去除接合過程中鋁合金表面的氧化膜，必須搭配使用含有氟或氯之有機助銲劑，如所謂的Nocolok法，或如專利申請號WO2005092563的無腐蝕性助銲劑。這類助銲劑的使用除了可能造成接合處的腐蝕外，其所含有的鹵素元素對環境會造成極大的傷害。

在台灣發明專利公開號200524696中，其揭示一種以錫-鋅合金，鋅之重量比例為5~30%、可直接接合鋁合金之銲錫合金，其提供了不用先在鋁合金表面進行鍍鎳的處理過程，即可直接軟銲接合鋁合金，但是在該案技術特徵中並無法克服鋁合金易在大氣中自然形成氧化膜阻礙銲錫的潤濕。是以，有鑑於過去技術的缺失，本發明提供一種不使用助銲劑，並具有高接合強度的鋁合金低溫活性軟銲接合方法。

本發明之主要目的，係提供一種鋁合金軟銲接合方法，其不需使用助焊劑，因此不會對環境造成污染，也不會殘留有機銲劑造成腐蝕。

本發明之次要目的，係提供一種鋁合金軟銲接合方法，其接合溫度低，可避免高溫造成材質劣化或變形。

本發明之另一目的，係提供一種鋁合金軟銲接合方法，其具有高接合強度，確保銲接的可靠度。

本發明之再一目的，係提供一種鋁合金軟銲接合方法，其利用超音波震盪，使錫銲表面及接合母材表面的氧化膜碎裂，提升接合效果。

本發明之又一目的，係提供一種鋁合金軟銲接合方法，其利用超音波處理氧化膜，因此可免除先在接合表面做鍍覆潤濕層處理的步驟，增加方便性。

為了達到上述之目的，本發明係揭示一種鋁合金軟銲接合方法，其接合方法係先清洗鋁合金與另一接合金屬之一接合區域之表面；接著於接合區域置放一片狀銲錫合金銲料後，以一熱源加熱該銲錫合金銲料至該銲錫合金銲料固相線溫度以上；再於該接合區域施以超音波振盪以碎裂接合表面所形成的氧化膜；最後移除該熱源，使該接合區域中該銲錫合金銲料冷卻凝固，完成接合。其中，該銲錫合金銲料，其成分可包含錫、鋅、銅、銀、鎂、鈦及稀土元素。

第一圖：其係為本發明之一較佳實施例之步驟流程圖。

為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後： 於先前技術之該些鋁合金軟銲接合方法，其需使用助銲劑造成汙染或腐蝕，或是無法克服鋁合金易在大氣中自然形成氧化膜阻礙銲錫的潤濕，故本發明針對該些缺失，設計此一鋁合金軟銲接合方法，以達成環保及可靠耐用的目標。

首先，請參考第一圖，其係為本發明之一較佳實施例之步驟流程圖；如圖所示，本發明之鋁合金軟銲接合方法，其步驟包含：步驟S10：清洗鋁合金與另一接合金屬之一接合區域之表面；步驟S20：置放一銲錫合金銲料於該接合區域，以一熱源加熱該銲錫合金銲料至該銲錫合金銲料固相線溫度以上；步驟S30：於該接合區域施以超音波振盪；及步驟S40：移除該熱源，使該接合區域中該銲錫合金銲料冷卻凝固。

於上述實施例中，另一接合金屬可為鋁合金或非鋁合金之異種材料，於步驟S10中，先將鋁合金及接合金屬之間的接合區域清洗，除去表面汙漬後，方才進行後續的銲接，以避免表面雜質的存在使銲接的品質降低。

接著將銲錫合金銲料製放於接合區域，此銲錫合金銲料為已經過輥軋加工處理，形成厚約100微米的箔片。將此銲錫合金銲料以夾治具固定後，再以加溫爐或熱板加熱。而此銲錫合金銲料的材質包含一金屬基材及一活性元素添加物，其中，金屬基材係包含錫、銀、鋅、銅及上述任意組合之其中之一者。活性元素添加物則可以為鈦、鎂或是稀土元素。透過添加此些微量的高活性元素輔助，可促成良好的冶金鍵結，使本鋁合金軟銲接合方法能提供高強度的接合品質。

前述所指之稀土元素，是指本發明所採用的鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鎦等15個鑭系元素，加上3B族的另外兩個元素釔、鈧，一共17個元素；本發明將此17個元素選取其中之一，或是選取兩種以上未經分離純化之混合稀土元素，與金屬基材及活性元素添加物中其他元素調合組成為銲錫合金銲料。

本發明之銲錫合金銲料之組成請進一步參考表一，表一為實施例銲錫合金銲料成分表；如圖所示，本發明所使用之銲錫合金銲料之組成具有下表一之其中之一組合：

據表一所揭露，銲錫合金銲料成分包含：少於40總重量%之鋅；少於5總重量%之銅；少於5總重量%之銀；少於5總重量%之鎂；少於10總重量%之鈦；少於2總重量%之稀土元素；及上述元素成分確定後，剩餘未滿100總重量%之成分為錫。

表一中之銲錫合金銲料，其固相線溫度約為198℃，經加溫爐或熱板加熱後，接合區域的溫度提升至200℃~400℃，此時銲錫合金銲料係為部分融化，開始進行接合。這時以超音波震盪該處於固相線溫度與液相線溫度間的半熔融狀態銲錫合金銲料，使銲錫合金銲料表面及接合母材表面的氧化膜碎裂，促使銲錫合金銲料與接合母材反應而能於很短的接合時間內獲致優異的接合效果，且不需使用助銲劑即可去除表面之氧化膜，避免可能產生的腐蝕或是鹵素汙染，同時也藉此免去於接合表面先做鍍覆潤濕層處理的步驟。經超音波震盪後，再移除熱源，使接合區域中的銲錫合金銲料冷卻凝固，完成接合。

由於本發明所使用之銲錫合金銲料其固相線溫度約為198℃，經加溫爐或熱板加熱後，接合區域的溫度提升至200℃~400℃，與先前技術相較，傳統鋁-矽合金之操作溫度通常超過600℃，本發明的操作溫度可避免鋁合金劣化或是接合母材熔化。

透過此鋁合金軟銲接合方法，軟銲接合的溫度係處於約200℃~400℃的相對低溫，加上超音波震盪的輔助，在維持接合強度及材質品質的條件下排除了助銲劑的使用或是於接合表面先做鍍覆潤濕層處理，達到環保及耐用的目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包含於本發明之申請專利範圍內。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

Claims (10)

1. 一種鋁合金軟銲接合方法，包含：清洗一鋁合金與一接合金屬之一接合區域之表面；置放一銲錫合金銲料於該接合區域，以一熱源加熱該銲錫合金銲料，以至該銲錫合金銲料處於固相線溫度與液相線溫度間，該銲錫合金銲料呈半熔融狀態；於該接合區域施以超音波振盪；及移除該熱源，使該接合區域中該銲錫合金銲料冷卻凝固。
2. 如專利申請範圍第1項所述之鋁合金軟銲接合方法，其中該銲錫合金銲料成分包含一金屬基材與一活性元素添加物。
3. 如專利申請範圍第1項所述之鋁合金軟銲接合方法，其中該金屬基材包含錫、銀、鋅、銅及上述任意組合之其中之一者。
4. 如專利申請範圍第1項所述之鋁合金軟銲接合方法，其中該活性元素添加物包含鈦、鎂、稀土元素及上述任意組合之其中之一者。
5. 如專利申請範圍第4項所述之鋁合金軟銲接合方法，其中該稀土元素為鑭系元素、釔、鈧。
6. 如專利申請範圍第1項所述之鋁合金軟銲接合方法，其中該銲錫合金銲料成分包含：少於40總重量%之鋅；少於5總重量%之銅；少於5總重量%之銀；少於5總重量%之鎂； 少於10總重量%之鈦；少於2總重量%之稀土元素；及上述元素成分確定後，剩餘未滿100總重量%之成分為錫。
7. 如專利申請範圍第1項所述之鋁合金軟銲接合方法，其中該熱源為加溫爐或熱板。
8. 如專利申請範圍第1項所述之鋁合金軟銲接合方法，其中該銲錫合金銲料係為片狀，且厚度約為100微米。
9. 如專利申請範圍第1項所述之鋁合金軟銲接合方法，其中該銲錫合金銲料固相線溫度約為198℃。
10. 如專利申請範圍第1項所述之鋁合金軟銲接合方法，其中該熱源加熱該銲錫合金銲料至200℃~400℃。