专利名称：可焊的铝的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用标准的焊料和焊料熔池可焊的铝合金和制造合金的方法。
一般的焊料熔池是由含向其中加入一定百分比的铅的液体锡构成。也有许多加入到焊料中的其他组份以提高或改进焊料的特性。一般地焊料溶于熔池中，将零件浸入熔池，用将随后固化的液体焊料覆盖零件。该焊料组合物对于由铜和铜合金如青铜制造的零件工作非常好。但是因为在铝零件的外表面形成氧化铝层，该焊料熔池对铝零件工作不佳。因为形成了坚硬的氧化铝外层，含少量铅的熔融锡不会对铝表面形成好的结合。
其他人已经尝试寻找一种焊接铝的方法。为了焊接铝零件，已尝试改变焊料组份的一般的方法以使焊料和铝表面形成好的结合。U.S.专利No.5,147,471公开了一种这样的焊料，它可以在形成表面氧化物层的金属及其合金的氧化物层上使用。该组合物含有锡和锌，作为湿润剂的锗，优选少量的铜和锑，和碳化硅粗砂。当锗渗入氧化物层下时该粗砂磨损在金属表面形成的任何氧化物层，以提供良好的金属与金属结合。锗含有焊料的10重量％，以便提供充分的湿润作用，但是不会导致焊料组合物的熔融温度高于300℃。将焊料施加到零件上，通过首先在金属表面擦焊料使粗砂和焊料磨损表面，同时加热表面直至焊料开始熔化和锗渗入氧化物层，然后把用焊料使其变松的任何氧化物层刷掉。
在电接插件中使用铝将是有利的，如用于电触点、电路板上的痕迹或某些其他绝缘器、外壳、接地层或其他任何金属应用。因为其电子和机械性能，铜或铜合金一般地用于这些应用中。铜和铜合金也易于焊接或可以被电镀形成可焊的基底。铝较铜有较高的导电性，因此在某些情况下使用良好。铝重量也轻，在某些情况下也是一个优点。除了电接插件，在其他领域中拥有一种易焊接的铝也是有利的。
所需的是一种铝，它可以使用标准的由锡构成的焊料熔池直接焊接，并且它易制作成零件。
本发明涉及具有易加工成基底的铝合金的可焊接铝合金。该铝合金含有加入到将该加工成基底的铝合金中的0.05-4.5重量％的锡。
可以加入其他元素来提高铝材料的湿润特性。
本发明还涉及制备可焊铝基底的方法。该方法包括制备含有加入到该铝块中0.05-4.5％锡的铝块，然后轧制铝块到基底所需的厚度，最后将轧制的金属块加工成基底最终的形状。
本发明涉及易加工成各种不同形状的铝合金。铝合金是标准的其中夹带锡的铝合金以提高加工成的零件的表面张力特性和提高湿润特性。
通常锡和铝在室温下不互溶。在室温下仅仅少量的锡溶解在铝中。在高温下，锡完全溶在铝中。但是当组合物冷却并可以固化时，锡将从铝中分离出来在铝中形成锡珠或颗粒。若材料可以足够快速地冷却，则很少的锡将从铝中分离出来。该工艺特别适用于材料表面的快速冷却并保持更多的溶解在沿着材料表面的铝中的锡。认为溶解在铝中的锡越多，表面与标准的焊料组合物和熔池的可湿润性越强。即使允许铝缓慢冷却，极少量的锡也将残留在铝中从而给铝以更好的焊接性。但是该铝量不足以为基底提供好的焊接性。
一般的，通过在熔融铝中溶解适当量的锡形成铝合金，和铸造铝锭。然后铝锭被轧加工成随后将铝加工成的零件或设备所需的厚度。
当将铸锭轧制加工成所需的厚度，锡珠或颗粒将沿着轧制的基底表面而暴露出来。此外，在轧制工艺中，许多这些金属珠将破裂，锡将分布或涂抹在轧制的基底的表面。在轧制工艺中铝氧化物层也将部分破碎，从而在涂抹的锡和铝之间形成金属对金属的结合。因为锡是可由焊料湿润的，涂抹的锡珠将在轧制的基底上提供可湿润的较大表面。
然后将使用标准的制造技术把轧制的基底加工成所需的基底。所需的基底可以是用于电接插件的电触点或外壳。基底也可以是可以由铝加工成的其他任何基底。
当形成所需的基底，它将具有与轧制的基底相同的表面特性，即它具有沿其表面的锡珠，至少某些珠子破碎并沿着所需基底的表面分布。当焊接基底时，分布在基底表面的锡将为焊料粘结到基底提供可湿润的表面。
沿着材料表面形成的锡珠将部分地或大部分埋在材料本身之中。仅仅小部分的金属珠将暴露在材料的表面。当轧制该材料时，仅部分暴露于材料表面的金属珠将分布在轧制的基底的表面。通常，大部分锡珠将残留嵌入基底本身。
当把轧制的基底加工成所需的基底时，所需基底的表面将不仅具有分布在其表面的锡，还将具有大量的嵌入基底材料和沿着基底部分暴露的金属珠。
当焊接所需的基底时，热的焊料将在基底表面之上移动，并将与已分布在基底表面上的锡形成机械的和电子的结合。因为锡对锡金属的强的相互作用，所以在焊料和锡之间的结合是强的。此外，焊料将和仍然至少部分嵌在材料本身中的锡珠形成强的机械和电子结合。因为金属珠嵌在基底中所以在基底和焊料之间的机械的结合是极强的，因此安全地固定到基底上。
此外，因为在锡珠和铝之间的金属对金属结合，将存在强的电子结合。因为在冷却工艺中锡珠在铝的内部形成，在洞穴内部的铝表面将没有氧化铝涂层。冷却工艺阻止氧进入到将形成锡珠的洞穴的内部。因此，在锡珠和洞穴之间的电子相互作用将是强的金属对金属结合。在焊接工艺过程中，锡珠将熔化并与熔融的焊料混合是可能的。一旦焊料冷却，在洞穴中的材料将重新凝固，或者成为原始的锡珠或者与焊料混合的锡珠。因为洞穴将连续地用熔融焊料覆盖，氧气将继续从洞穴排出，从而阻止氧化铝在洞穴形成。因此，即使锡珠熔化和与熔融焊料扩散，仍将形成良好的金属对金属电子结合。
适于用在本发明中的铝合金是系列合金。所有这些合金具有适合的可成形特性，可以加工成电子接插件的零件或其他零件。特别是，1000，3000和5000系列铝合金的合金将适于在本发明中使用。所有这些合金具有加工成零件所需的必要制造特性。特别是，合金3003，3004，5080，5082和5784为本发明提供了好的成形性。但是，有用的合金不限于这五种组合物。铝合金为现有技术所公知，这里将不作进一步描述。
在上面列出的铝合金将具有加入到该合金中的少量的锡。百分比范围是0.05-4.5％。特别是，在上面列出的合金可以每个含有0.5，1.0，2.0或2.5％，被加入到组合物中。但是本发明不限于这些特定的百分比。
此外，其他材料也可以加入到合金中以优化性能。如，可以加入材料以提高合金的制造特性。此外，可以加入某些材料以提高锡在铝合金中的溶解性或提高合金的表面可湿润性。加入少量的银和其他类似特性的元素可有助于提高合金的可湿润性。
将从上述描述中理解本发明的可焊的铝合金和加工成可焊铝基底的工艺及其许多附带的优点。明显的是可以在形式上、结构和部件布置上进行各种改变而不脱离本发明的精神或范围或牺牲所有的材料优点。
权利要求
1.可焊的铝合金，包括可成形为成基底的铝合金；加入到该将加工成基底的铝合金中的0.05-4.5重量％锡。
2.权利要求1的可焊铝合金，其中铝合金取自1000，3000和5000铝合金系列。
3.制备可焊的铝基底的方法，包括制备含有加入到该铝块中0.05-4.5％锡的铝块；将铝块轧制到基底所需厚度；将经轧制的铝块加工成基底最终的形状。
4.权利要求3的方法，其中把0.05-4.5％的锡加入到熔融铝中，然后迅速冷却铝以保持至少某些溶解在铝中的锡。
5.权利要求3的方法，其中铝块由铝合金加工而成，该铝合金取自1000，3000，5000铝合金系列。
全文摘要
本发明涉及包括可成形为基底的铝合金的可焊的铝合金。该铝合金含有加入到该将加工成基底的铝合金中的0.05－4.5重量%锡。本发明还涉及制备可焊的铝基底的方法。该方法包括制备含有加入到该铝块中0.05－4.5%锡的铝块;然后轧制铝块到基底所需厚度;最后将经轧制的铝块加工成基底最终的形状。
文档编号C22F1/04GK1336963SQ98811721
公开日2002年2月20日 申请日期1998年12月2日 优先权日1997年12月2日
发明者A·斯卡帕蒂希, P·J·多诺范 申请人:惠特克公司