一种铜合金与不锈钢异种金属焊接的方法与流程

本发明涉及焊接，具体涉及一种铜合金与不锈钢异种金属焊接的方法。

背景技术：

1、溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是制备溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。溅射薄膜材料在半导体集成电路、太阳能光伏、记录介质、平面显示以及工件表面涂层等方面应用十分广泛。

2、溅射靶材组件一般包括靶材和背板，随着近年来对靶材的需求量大幅度增加，背板是溅射靶材的重要组成部分，焊接是靶材的重要加工工序。而对于异种金属背板的焊接而言，普遍存在异种金属焊接结合率低、焊接强度低等问题，无法满足现有高端电子行业对溅射靶材背板的要求。

3、例如，cn101745736a中公开了一种铜合金与不锈钢的扩散焊方法，其方法是将经过处理的锡青铜箔材置于待焊铜合金与不锈钢之间，而后整体置于真空扩散焊炉内，将温度由室温升至880-920℃，加压至4-8mpa，保温30-60min，保温结束后随炉冷却。但是由于铜合金和不锈钢的熔点、热传导性、热膨胀系数等差异，导致在焊接的过程中产生较大的变形和应力，并且焊料受热不均匀，最终难以保证焊接接头的强度和质量。

4、因此，提供一种铜合金与不锈钢异种金属焊接的方法从而提升其焊接结合强度和焊接结合率，是本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明的目的在于提供一种铜合金与不锈钢异种金属焊接的方法，与现有技术相比，本发明提供的方法能够减少残余应力和变形，使焊料受热均匀，从而提升焊接件的焊接结合率和焊接结合强度，避免缺陷产生。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供一种铜合金与不锈钢异种金属焊接的方法，所述方法包括以下步骤：

4、(1)将铜合金件和不锈钢件之间放置焊料并装配，得到装配组件；

5、(2)将步骤(1)得到的所述装配组件进行真空钎焊处理，所述真空钎焊处理包括依次进行的抽真空处理、第一热处理、第二热处理、第三热处理和焊接处理，得到焊接件。

6、现有铜合金和不锈钢的焊接工艺中，由于不锈钢和铜合金的热膨胀系数和热传导速率相差很大，在相同温度下，铜合金的热膨胀系数一般大于不锈钢的热膨胀系数，容易导致焊接接头出现残余应力，同时由于热传导速率的差异导致焊料熔化不均匀，进而导致焊接结合率和焊接结合强度下降。本发明中，先进行第一热处理能够去除铜合金件和不锈钢件上的油脂、水分等杂质；然后进行第二热处理和第三热处理，能够控制温度逐步上升，使焊接区域的温度稳定在所需温度范围内，避免焊料受热不均导致焊接的边缘和中心处的焊接质量和强度存在明显差异，同时减少应力和变形，提高焊接接头的质量；最后通过进行焊接处理，使铜合金件和不锈钢件达到良好的焊接效果。

7、本发明中，所述装配前一般将铜合金件和不锈钢件进行清洗，所述清洗可采用本领域对待焊工件的常用清洗方法，一般包括：先使用百洁布抛光去除锈迹，然后采用丙酮擦拭至无脏污，之后采用除油粉进行超声波清洗3-10min，最后采用去离子水清洗去除表面的杂质，然后采用压缩空气吹干，最后干燥。

8、优选地，步骤(1)所述铜合金件包括c18200板材。

9、优选地，所述铜合金件的焊接面的平面度＜0.05mm，例如可以是0.04mm、0.03mm、0.02mm或0.01mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

10、优选地，所述铜合金件的厚度为20-30mm，例如可以是20mm、22mm、24mm、26mm、28mm或30mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

11、优选地，所述不锈钢件包括sus316不锈钢板材。

12、优选地，所述不锈钢件的焊接面的平面度＜0.05mm，例如可以是0.04mm、0.03mm、0.02mm或0.01mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

13、优选地，所述不锈钢件的厚度为18-22mm，例如可以是18mm、19mm、20mm、21mm或22mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

14、优选地，步骤(1)所述焊料包括bag72cu焊片。

15、优选地，所述焊料的厚度为0.08-0.12mm，例如可以是0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.11mm或0.12mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

16、优选地，所述装配组件的上表面放置压块。

17、优选地，所述压块的总质量为20-50kg，例如可以是20kg、25kg、30kg、35kg、40kg、45kg或50kg，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

18、优选地，步骤(2)所述抽真空处理的终点真空度＜1×10-3pa，例如可以是9×10-4pa、8×10-4pa、7×10-4pa、6×10-4pa或5×10-4pa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

19、优选地，步骤(2)所述第一热处理包括：升温至第一终点温度并进行保温。

20、优选地，所述第一热处理的升温速率为12-15℃/min，例如可以是12℃/min、13℃/min、14℃/min或15℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

21、优选地，所述第一终点温度为180-220℃，例如可以是180℃、182℃、184℃、186℃、188℃、190℃、192℃、194℃、196℃、198℃、200℃、202℃、205℃、208℃、210℃、212℃、215℃、218℃或220℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

22、本发明中，优选控制第一终点温度在特定范围，能够促进油脂、水分等杂质挥发，进一步避免焊接缺陷产生，提升焊接结合率和焊接结合强度。

23、优选地，所述第一热处理的保温时间为30-60min，例如可以是30min、32min、34min、36min、38min、40min、42min、44min、46min、48min、50min、52min、54min、56min、58min或60min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

24、优选地，步骤(2)所述第二热处理包括：升温至第二终点温度并进行保温。

25、优选地，所述第二热处理的升温速率为5-10℃/min，例如可以是5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

26、优选地，所述第二终点温度为480-520℃，例如可以是480℃、485℃、490℃、495℃、500℃、505℃、510℃、515℃或520℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

27、本发明中，优选控制第二热处理的升温速率在特定范围，能够调控焊接区域缓慢升温，从而保证焊接区域的内部和边缘温度均匀，避免后续热处理阶段出现焊料受热不均导致焊接结合强度和焊接结合率下降的问题。

28、优选地，所述第二热处理的保温时间为60-90min，例如可以是60min、62min、65min、68min、70min、72min、75min、78min、80min、82min、85min、88min或90min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

29、本发明中，优选控制第二热处理的保温时间在特定范围，使焊接区域充分达到温度均衡，避免出现焊料受热不均导致焊接结合强度和焊接结合率下降的问题。

30、优选地，步骤(2)所述第三热处理包括：升温至第三终点温度并进行保温。

31、优选地，所述第三热处理的升温速率为5-10℃/min，例如可以是5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

32、本发明中，优选控制第三热处理的升温速率在特定范围，有利于进一步促进焊接区域的温度均匀，使焊接区域的温度稳定在所需温度范围内。

33、优选地，所述第三终点温度为740-760℃，例如可以是740℃、742℃、744℃、746℃、748℃、750℃、752℃、755℃、758℃或760℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

34、优选地，所述第三热处理的保温时间为60-90min，例如可以是60min、62min、65min、68min、70min、72min、75min、78min、80min、82min、85min、88min或90min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

35、本发明中，优选控制第三终点温度和第三热处理的保温时间在特定范围，能够充分确保温度均匀分布并使其接近焊料熔化的温度，为后续焊接处理提供良好的温度条件。

36、优选地，步骤(2)所述焊接处理包括：升温至第四终点温度并进行保温。

37、优选地，所述焊接处理的升温速率为5-10℃/min，例如可以是5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

38、优选地，所述第四终点温度为800-900℃，例如可以是800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃或900℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

39、优选地，所述焊接处理的保温时间为30-60min，例如可以是30min、32min、34min、36min、38min、40min、42min、44min、46min、48min、50min、52min、54min、56min、58min或60min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

40、优选地，步骤(2)所述真空钎焊处理后进行冷却处理。

41、优选地，所述冷却处理包括随炉冷却。

42、优选地，所述冷却处理后的终点温度＜100℃，例如可以是90℃、80℃、70℃、60℃、50℃、40℃或30℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

43、作为本发明的优选技术方案，所述方法包括以下步骤：

44、(1)将铜合金件和不锈钢件之间放置厚度为0.08-0.12mm的bag72cu焊片并装配，得到装配组件，所述铜合金件包括厚度为20-30mm的c18200板材，所述不锈钢件包括厚度为18-22mm的sus316不锈钢板材，所述铜合金件和不锈钢件的焊接面的平面度均＜0.05mm，所述装配组件的上表面放置20-50kg的压块；

45、(2)将步骤(1)得到的所述装配组件进行真空钎焊处理，所述真空钎焊处理包括：进行抽真空处理至终点真空度＜1×10-3pa，然后以12-15℃/min的速率升温至第一终点温度为180-220℃并进行保温30-60min，之后以5-10℃/min的速率升温至第二终点温度为480-520℃并进行保温60-90min，接着以5-10℃/min的速率升温至第三终点温度为740-760℃并进行保温60-90min，之后以5-10℃/min的升温速率升温至第四终点温度为800-900℃并进行保温30-60min，最后随炉冷却至终点温度＜100℃，得到焊接件。

46、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

47、本发明提供的方法通过对真空钎焊处理中温度的控制，能够减少残余应力和变形，使焊料受热均匀，从而提升焊接件的焊接结合率和焊接结合强度，避免缺陷产生。采用本发明提供的方法能够使焊接件的焊接结合强度达到176mpa以上，焊接结合率达到87.5％以上；在较优条件下，焊接结合强度能够达到233mpa以上，焊接结合率达到98.2％以上。