一种梯度钎焊焊料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种梯度钎焊焊料及其制备方法和应用，属于钎焊材料。

背景技术：

1、异种材料的焊接是工程中的一大难题，对于异种材料的焊接通常采用钎焊的方式；而需要钎焊的材料很多，因此钎焊料也大有不同，合适的钎焊料对特定材料钎焊的好坏有着至关重要的作用；铜铝过渡线夹的制作就需要用钎焊将铜板和铝板焊接起来，其焊接质量对线夹的性能和寿命也有着密切的关系；铜铝过渡线夹是在发电、传输和分电系统中常用的部件，主要用于铜和铝导线的过渡连接；由于铜和铝导线的物理和化学属性不同，直接连接时可能会发生电蚀腐现象，因此需要一个特殊的过渡介质来连接，即铜铝过渡线夹。

2、然而，铜与铝的熔点相差 423℃，导热系数相差46%以上，抗剪强度相差50%以上，热膨胀系数相差20%以上，抗拉强度差1/4，这些物理性能存在较大差异，导致形成的焊接接头脆性大，产生裂纹；此外铜和铝都容易氧化，焊接过程中常发生氧化而生成高熔点的氧化物，从而易造成焊缝未能完全熔合，焊缝处易出现气孔、夹渣，导致铜铝接头强度和耐蚀性能降低；由于铜、铝在化学特性、导电性能、膨胀系数等方面存在不同特性，作为导线连接点，设备线夹也是发热故障率发生较高部位，特别是在铜铝钎焊面处。

3、对于铜铝材料的钎焊，传统的钎料有zn-al基钎料，但其热膨胀系数较大，设备受热后容易产生较大的集中应力，影响钎焊质量和寿命；此外，zn-al基钎料与母材的浸润性不佳，在钎焊时容易产生空隙和缺口，容易使钎焊层发生氧化，烧坏设备；传统的钎焊料必须加以优化和改进，因此，研究一种电缆用线夹异种连接的梯度钎焊焊料及制备工艺对现有的异种材料连接有着重大意义。

技术实现思路

1、本发明提出的是一种梯度钎焊焊料及其制备方法和应用，其目的旨在提供一种能够适用于铜铝材料钎焊的钎焊料。

2、本发明的技术解决方案：一种梯度钎焊焊料，其成分包括：59.1%～73.2%的sn，15%～25%的cu，0.1%～0.5%的石墨烯，以上百分比均为质量百分比。

3、进一步地，所述梯度钎焊焊料，其成分还包括：8%～10%的ag、2%-3%的si、0.9%～1.1%的ge，以上百分比均为质量百分比。

4、进一步地，所述梯度钎焊焊料，其成分还包括：0.6%～0.8%的p，0.2%～0.5%的稀土元素，以上百分比均为质量百分比。

5、进一步地，所述梯度钎焊焊料，其成分由73.2%的sn、15%的cu、8%的ag、2%的si、0.1%的石墨烯、0.9%的ge、0.6%的p、0.2%的稀土元素组成；以上百分比均为质量百分比。

6、进一步地，所述梯度钎焊焊料，其成分由66.3%的sn、20%的cu，9%的ag、2.5%的si、0.2%的石墨烯、1%的ge、0.7%的p、0.3%的稀土元素组成；以上百分比均为质量百分比。

7、进一步地，所述梯度钎焊焊料，其成分由59.3%的sn、25%的cu、10%的ag、3%的si、0.3%的石墨烯、1.1%的ge、0.8%的p、0.5%的稀土元素组成；以上百分比均为质量百分比。

8、进一步地，所述石墨烯的制备方法包括：选择铜或镍为基底材料，并将基底进行表面处理，然后选择适当的前体材料，将前体材料通过气体输送系统送入反应室中，在高温下分解，生成石墨烯单层结构，并在基底上沉积形成石墨烯薄膜。

9、进一步地，所述稀土元素为ce、y中的一种或两种。

10、进一步地，所述梯度钎焊焊料用于电缆用铜铝过渡线夹的异种连接。

11、一种梯度钎焊焊料的制备方法，该方法包括：

12、（1）按梯度钎焊焊料中各成分的质量百分比称取各种原料；

13、（2）对各种原料进行粉碎处理；

14、（3）将粉碎后的各种原料粉末混合均匀；

15、（4）将混合均匀后的原料粉末压制成型；

16、（5）对压制成型的原料采用真空环境在烧结温度下烧结一定时间后冷却至室温；

17、所述对各种原料进行粉碎处理时在真空或氩气环境下对各种原料进行粉碎处理，各种原料粉碎后的直径为20微米-100微米；所述烧结温度为600℃～880℃，烧结时真空环境的真空度为1×10-3 pa～5×10-3pa，烧结一定时间为烧结20min～30min；所述烧结为高压烧结，高压烧结的烧结压力为10mpa～50mpa。

18、本发明的有益效果：

19、1）本发明的梯度钎焊焊料，其热膨胀系数在铜铝之间，实现了梯度的形成，可以降低由于温度变化引起的应力集中，提高了接头的稳定性和可靠性；

20、2）本发明梯度钎焊焊料的制备方法采用粉末冶金法在真空高温高压的烧结炉中烧结制成；其真空的环境防止了各原料的发生氧化等反应，高压的环境防止了制备原料中产生空隙，使其能形成致密的晶体结构。

技术特征：

1.一种梯度钎焊焊料，其特征是包括：59.1%～73.2%的sn，15%～25%的cu，0.1%～0.5%的石墨烯，以上百分比均为质量百分比。

2.根据权利要求1所述的一种梯度钎焊焊料，其特征是还包括：8%～10%的ag、2%-3%的si、0.9%～1.1%的ge，以上百分比均为质量百分比。

3.根据权利要求1所述的一种梯度钎焊焊料，其特征是还包括：0.6%～0.8%的p，0.2%～0.5%的稀土元素，以上百分比均为质量百分比。

4.一种梯度钎焊焊料，其特征是由73.2%的sn、15%的cu、8%的ag、2%的si、0.1%的石墨烯、0.9%的ge、0.6%的p、0.2%的稀土元素组成；以上百分比均为质量百分比。

5.一种梯度钎焊焊料，其特征是由66.3%的sn、20%的cu，9%的ag、2.5%的si、0.2%的石墨烯、1%的ge、0.7%的p、0.3%的稀土元素组成；以上百分比均为质量百分比。

6.一种梯度钎焊焊料，其特征是由59.3%的sn、25%的cu、10%的ag、3%的si、0.3%的石墨烯、1.1%的ge、0.8%的p、0.5%的稀土元素组成；以上百分比均为质量百分比。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种梯度钎焊焊料，其特征是所述石墨烯的制备方法包括：选择铜或镍为基底材料，并将基底进行表面处理，然后选择适当的前体材料，将前体材料通过气体输送系统送入反应室中，在高温下分解，生成石墨烯单层结构，并在基底上沉积形成石墨烯薄膜。

8.根据权利要求3-6中任一项所述的一种梯度钎焊焊料，其特征是所述稀土元素为ce、y中的一种或两种。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的一种梯度钎焊焊料，其特征是所述梯度钎焊焊料用于电缆用铜铝过渡线夹的异种连接。

10.一种梯度钎焊焊料的制备方法，其特征是包括：

技术总结
本发明提出的是一种梯度钎焊焊料，其成分包括：59.1%～73.2%的Sn，15%～25%的Cu，0.1%～0.5%的石墨烯，以上百分比均为质量百分比；所述梯度钎焊焊料的制备方法包括：（1）按梯度钎焊焊料中各成分的质量百分比称取各种原料；（2）对各种原料进行粉碎处理；（3）将粉碎后的各种原料粉末混合均匀；（4）将混合均匀后的原料粉末压制成型；（5）对压制成型的原料采用真空环境在烧结温度下烧结一定时间后冷却至室温；所述梯度钎焊焊料适用于电缆用铜铝过渡线夹的异种连接。

技术研发人员：王秀茹,韩少华,庞吉年,曹萌萌,陈楚,夏泰宝,葛萱
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10