專利名稱：：一種鋁材硬焊表面的前處理方法及其使用的刷鍍液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋁材硬焊表面的前處理方法及其使用的刷鍍液，屬于硬焊
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：硬焊，一般又稱冷焊，是一種低溫的焊接方式，焊接的溫度低于底材的熔點，意即低溫熔點的焊料只以固溶的方式接著于底材。鋁材如同鈦材、鉭材，都屬于致密氧化膜材料，其氧化膜再生容易且與底材緊密接合，影響了底材的焊接可能性，以致鋁材的硬焊十分困難。為實現(xiàn)對鋁材進行硬焊，目前主要釆取選用合適的焊料，運用超音波對鋁材一面焊接一面磨擦的方法，例如US4352450中公開釆用錫/鉛/鋅合金作為焊料，對鋁材一面焊接一面磨擦，可達到硬焊鋁目的；US4386051中公開釆用錫/鉛/鋅合金再加上微量鋁合金作為焊料及運用超音波對鋁材一面焊接一面磨擦，可達到硬焊鋁目的；US5147471中公開釆用添加鍺及碳化硅及運用超音波對鋁材一面焊接一面磨擦，可達到硬焊鋁目的；US5322205中公開釆用融熔鹽為助焊劑并運用超音波對鋁材一面焊接一面磨擦，可達到硬焊鋁目的。雖然US4270986中提出了在鋁材表面預(yù)刷鍍一層0.00076~0.00127mm厚度的鎳，以解決鋁材難釬焊問題，但用刷鍍法對需要硬焊的鋁材表面進行前處理技術(shù)至今未見報道，尤其是用于鋁材硬焊表面前處理的刷鍍液更未見報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種鋁材硬焊表面的前處理方法及其使用的刷鍍液，以實現(xiàn)用刷鍍法對需要硬焊的鋁材表面進行前處理，解決鋁材難硬焊問題。為達到上述目的，本發(fā)明釆取的技術(shù)方案如下一種鋁材硬焊表面的前處理方法，包括以下順序步驟1)去除鋁材表面的氧化膜并覆鍍一層鋅或錫或其合金；2)在覆鍍一層鋅或錫或其合金的鋁材表面覆鍍一層鎳或鎳合金；3)在覆鍍一層鎳或鎳合金的鋁材表面覆鍍一層錫或錫合金；上述每一步驟均以相應(yīng)的刷鍍液為電解液，以鋁工件為陰極，以鍍刷為陽極，用刷鍍方式在鋁材表面覆鍍金屬。所述刷鍍層厚度為O.l-lOOMm，其中l(wèi)-10"m較好，25nm最好。上述覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液，是以純堿、氧化鋅、錫酸鹽及導(dǎo)電鹽配置而成的水溶液。所述純堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀或二者混合，錫酸鹽為錫酸鈉或錫酸鉀或二者混合，導(dǎo)電鹽為鉀或鈉的鹵素鹽或硫酸鹽或磷酸鹽或焦磷酸鹽。上述刷鍍液的配方為氫氧根離子(OH—)10~500g/L氧化鋅2~150g/L錫酸根離子Sn(HO)6—5~400g/L導(dǎo)電度大于O.lcm/Q上述刷鍍液的最佳配方為氫氧根離子(OH—)50~120g/L氧化鋅40~80g/L錫酸根離子Sn(HO)6—80~200g/L導(dǎo)電度大于0.1cm/Q上述覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液，是以鎳鹽、合金鹽及緩沖鹽配置而成的水溶液。所述鎳鹽為碳酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳、磷酸鎳、醋酸鎳中的一種或一種以上；合金鹽為錫、鈷、鈀、釕、錸、銥、銠等氧化還原電位大于鎳且能與鎳共析形成面心立方晶型的金屬離子與路易式酸形成的共軛鹽，能與其共軛的路易式酸為碳酸根、硫酸根、氯化根、磷酸根、醋酸根中的任一種；緩沖鹽為磷酸鹽、檸檬酸鹽，草酸鹽、琥珀酸鹽、蘋果酸鹽等二質(zhì)子以上的多質(zhì)子酸鹽中的一種或一種以上。上述刷鍍液的配方為:鎳離子合金鹽緩沖鹽45~75g/L保證鎳合金鍍層熔點最高保證電鍍液的pH-34且有每公升0.IO摩爾以上的緩沖能力上述刷鍍液的最佳配方為鎳離子合金鹽緩沖鹽57~66g/L保證鎳合金鍍層熔點最高保證電鍍液的pH=3~4且有每公升0.M摩爾以上的緩沖能力上述覆鍍錫或錫合金的刷鍍液，是以錫鹽、合金鹽及緩沖鹽配置而成的水溶液。所述錫鹽為硫酸錫或氯化錫或二者混合，合金鹽為銦、銻、鉍或鎘的硫酸鹽或氯化鹽或鉛的醋酸鹽，緩沖鹽為磷酸鹽、檸檬酸鹽，草酸鹽、琥珀酸鹽、蘋果酸鹽等二質(zhì)子以上的多質(zhì)子酸鹽中的一種或一種以上。上述刷鍍液的配方為錫離子10~80g/L合金鹽保證錫合金鍍層熔點低于鎳合金鍍層熔點50°C緩沖鹽保證電鍍液的pH-34且有每公升0."摩爾以上的緩沖能力使用本發(fā)明的刷鍍液，按上述前處理方法對需要硬焊的鋁材表面進行前處理，處理后的鋁材表面可達到很高的沾濕性和抗拉強度，完全符合硬焊要求。具體實施例方式公升0.IO摩爾以上的緩沖能力上述刷鍍液的最佳配方為:錫離子合金鹽緩沖鹽30-40g/L保證錫合金鍍層熔點低于鎳合金鍍層熔點15(TC保證電鍍液的pH=3~4且有每下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容而非限制本發(fā)明的保護范圍實施例1對需要硬焊的鋁材(LC4)表面按以下順序步驟進行前處理1)去除鋁材表面的氧化膜并覆鍍一層鋅或錫或其合金；2)在覆鍍一層鋅或錫或其合金的鋁材表面覆鍍一層鎳或鎳合金；3)在覆鍍一層鎳或鎳合金的鋁材表面覆鍍一層錫或錫合金；上述每一步驟均以相應(yīng)的刷鍍液為電解液，以鋁工件為陰極，以鍍刷為陽極，用刷鍍方式在鋁材表面覆鍍金屬。每一步驟的具體處理方法如下一、去除鋁材表面的氧化膜并覆鍍一層鋅或錫或其合金本實施例使用自配的覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液為電解液，首先將鋁工件以浸泡的方式接觸電解液，經(jīng)過短時間后，再以鋁工件為陰極，鍍刷為陽極，對需要硬焊的鋁材表面進行刷鍍，以去除鋁材表面的氧化膜并覆鍍一層鋅或錫或其合金，鍍層的厚度為2.lnm。所述的覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液是以純堿、氧化鋅、錫酸鹽及導(dǎo)電鹽配置而成的水溶液，其中純堿為氫氧化鉀，錫酸鹽為錫酸鉀，導(dǎo)電鹽為焦磷酸鉀。刷鍍液的配方為氫氧化鉀100g/L氧化鋅60g/L錫酸鉀150g/L焦磷酸鉀200g/L導(dǎo)電度0.194cm/Q上述刷鍍液在配置時，首先以純堿及氧化鋅發(fā)生如式1的反應(yīng)而產(chǎn)生鋅氧離子(Zn(V):ZnO+20H_—Zn(V+H20(1)刷鍍液配置完成后，其中含有鋅氧離子(Zn02-)、氫氧根離子(OH-)、錫酸根離子(Sn(H0)6—)、焦磷酸根離子(K2P207—)、鉀離子(K+)，其中氫氧根離子(OH—)首先與氧化鋁接觸時發(fā)生如式2的反應(yīng)，產(chǎn)生可溶于堿液的鋁酸根離子，并將新鮮無氧化膜的鋁材表面露出。其后鋁材進一步被氫氧根離子所溶解如式3的反應(yīng)而產(chǎn)生自由電子。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>前述產(chǎn)生的自由電子即可用以還原鋅氧離子與錫酸根離子成為元素鋅及錫，如式4、5的反應(yīng)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>但是鋅氧離子被還原成為元素鋅較錫酸根離子被還原成為元素錫占優(yōu)勢，這是因為鋅氧離子較易被還原。故此時鋁材的表面只有一層薄而鋅含量高的置換層。其后以刷鍍的方式對鋁材施以負直流電，即可以電動勢還原鋅氧離子與錫酸根離子成為元素鋅及錫。因為刷鍍類似于沖鍍，反應(yīng)動力的瓶頸受制于鋅氧離子與錫酸根離子的質(zhì)傳，故刷鍍所產(chǎn)生的鍍層中的元素鋅及錫的比例，可由刷鍍液中鋅氧離子與錫酸根離子的比例控制。經(jīng)過設(shè)計及實驗得出鍍層錫鋅比可落在0.2~4之間，較佳之鍍層錫鋅比可落在13之間，最佳之鍍層錫鋅比可落在2~2.5之間。本實施例鍍層的錫鋅比為2。二、在覆鍍一層鋅或錫或其合金的鉬材表面覆鍍一層鎳或鎳合金本實施例使用自配的覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液為電解液，以鉬工件為陰極，以鍍刷為陽極，用刷鍍方式對已覆鍍一層鋅或錫或其合金的鋁材表面覆鍍一層鎳或鎳合金，鍍層的厚度為4ym。所述覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液是以鎳鹽、合金鹽及緩沖鹽配置而成的水溶液，其中鎳鹽為氯化鎳，合金鹽為氯化錫，緩沖鹽為獰檬酸鉀。刷鍍液的配方為氯化鎳280g/L氯化錫20g/L檸檬酸鉀80g/L緩沖鹽的緩沖力每公升0.40摩爾三、在覆鍍一層鎳或鎳合金的鋁材表面覆鍍一層錫或錫合金本實施例使用自配的覆鍍錫或錫合金的刷鍍液為電解液，以鉬工件為陰極，以鍍刷為陽極，用刷鍍方式對已覆鍍一層鎳或鎳合金的鋁材表面覆鍍一層錫或錫合金，鍍層的厚度為2nm。所述覆鍍錫或錫合金的刷鍍液是以錫鹽、合金鹽及緩沖鹽配置而成的水溶液，其中錫鹽為氯化錫，合金鹽為氯化銦，緩沖鹽為檸檬酸鉀。刷鍍液的配方為氯化錫70g/L氯化銦保證錫合金鍍層熔點低于鎳合金鍍層熔點150°C檸檬酸鉀120g/L緩沖鹽的緩沖力每公升0.60摩爾將經(jīng)表面處理后的鋁材做沾濕性測試在鋁試片上涂抹助焊劑，并在正中央放置lg的焊料，將試片放置于已加熱到250。C的加熱臺上，計時2分鐘。以焊料所拓散的表面積為沾濕性的指標，單位為mm7g。另外，對經(jīng)表面處理后的鋁材做抗拉強度測試使用直徑12.5mm(截面積122.7ram2)的鋁棒二支，將其截面硬焊后以萬能試驗機測試，以斷裂強度為指標，單位為kg/cm2。使用本實施例上述刷鍍液，按本實施例上述前處理方法對需要硬焊的鋁材(LC4)表面進行前處理，處理后其性能測試結(jié)果如下沾濕性18lmm7g;抗拉強度437kg/cm2。實施例2~7將需要硬焊的鋁材(LC4)表面按實施例1所述刷鍍液和前處理方法進行前處理，但覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液配方中氫氧化鉀的濃度不同，處理后的鋁材性能測試結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例8~13將需要硬焊的鋁材(LC4)表面按實施例1所述刷鍍液和前處理方法進行前處理，但覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液配方中氧化鋅的濃度不同，處理后的鋁材性能測試結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>將需要硬焊的鋁材(LC4)表面按實施例1所述刷鍍液和前處理方法進行前處理，但覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液配方中錫酸鉀的濃度不同，處理后的鋁材性能測試結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>將需要硬焊的鋁材(LC4)表面按實施例1所述刷鍍液和前處理方法進行前處理，但覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液配方中純堿組分不同，處理后的鋁材性能測試結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>將需要硬焊的鋁材(LC4)表面按實施例1所述刷鍍液和前處理方法進行前處理，但覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液配方中緩沖鹽的緩沖力不同，處理后的鋁材性能測試結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>將需要硬焊的鋁材(LC4)表面按實施例1所述刷鍍液和前處理方法進行前處理，但覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液配方中合金鹽組分不同，處理后的鋁材性能測試結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>實施例48~53將需要硬焊的鋁材(LC4)表面按實施例1所述刷鍍液和前處理方法進行前處理，但覆鍍錫或錫合金的刷鍍液配方中氯化錫濃度不同，處理后的鋁材性能測試結(jié)果如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>實施例54~56將需要硬焊的鋁材(LC4)表面按實施例1所述刷鍍液和前處理方法進行前處理，但覆鍍錫或錫合金的刷鍍液配方中緩沖鹽的緩沖力不同，處理后的鋁材性能測試結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>權(quán)利要求1.一種鋁材硬焊表面的前處理方法，其特征在于，所述方法包括以下順序步驟1)去除鋁材表面的氧化膜并覆鍍一層鋅或錫或其合金；2)在覆鍍一層鋅或錫或其合金的鋁材表面覆鍍一層鎳或鎳合金；3)在覆鍍一層鎳或鎳合金的鋁材表面覆鍍一層錫或錫合金；上述每一步驟均以相應(yīng)的刷鍍液為電解液，以鋁工件為陰極，以鍍刷為陽極，用刷鍍方式在鋁材表面覆鍍金屬。2.—種權(quán)利要求l所述的覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液，其特征在于，所述刷鍍液是由純堿、氧化鋅、錫酸鹽及導(dǎo)電鹽配置而成的水溶液。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液，其特征在于，所述純堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀或二者混合，錫酸鹽為錫酸鈉或錫酸鉀或二者混合，導(dǎo)電鹽為鉀或鈉的卣素鹽或硫酸鹽或磷酸鹽或焦轔酸鹽。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液，其特征在于，所述刷鍍液的配方為氫氧根離子(0H—)10~500g/L氧化鋅2~150g/L錫酸根離子Sn(H0)「5~400g/L導(dǎo)電度大于O.lcm/Q。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的覆鍍鋅或錫或其合金的刷鍍液，其特征在于，所述刷鍍液的配方為氫氧根離子(OPT)50~120g/L氧化鋅40~80g/L錫酸根離子Sn(H0)「80~200g/L導(dǎo)電度大于O.lcm/D。6.—種權(quán)利要求1所述的覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液，其特征在于，所述刷鍍液是由鎳鹽、合金鹽及緩沖鹽配置而成的水溶液。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液，其特征在于，所述鎳鹽為碳酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳、磷酸鎳、醋酸鎳中的一種或一種以上，合金鹽為氧化還原電位大于鎳且能與鎳共析形成面心立方晶型的金屬離子與路易式酸形成的共軛鹽，緩沖鹽為二質(zhì)子以上的多質(zhì)子酸鹽中的一種或一種以上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液，其特征在于，所述合金鹽為錫、鈷、耙、釕、錸、銥或銠中的一種金屬離子與碳酸根、硫酸根、氯化根、磷酸根或醋酸根中的一種路易式酸形成的共軛鹽。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液，其特征在于，所述多質(zhì)子酸鹽為磷酸鹽、檸檬酸鹽，草酸鹽、琥珀酸鹽或蘋果酸鹽中的一種。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液，其特征在于，所述刷鍍液的配方為鎳離子45~75g/L合金鹽保證鎳合金鍍層熔點最高緩沖鹽保證電鍍液的pH=3~4且有每公升0.IO摩爾以上的緩沖能力。11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的覆鍍鎳或鎳合金的刷鍍液，其特征在于，所述刷鍍液的配方為鎳離子57~66g/L合金鹽保證鎳合金鍍層熔點最高緩沖鹽保證電鍍液的pH=3~4且有每公升0.20摩爾以上的緩沖能力。12.—種權(quán)利要求l所述的覆鍍錫或錫合金的刷鍍液，其特征在于，所述刷鍍液是由錫鹽、合金鹽及緩沖鹽配置而成的水溶液。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的覆鍍錫或錫合金的刷鍍液，其特征在于，所述錫鹽為硫酸錫或氯化錫或二者混合，合金鹽為銦、銻、鉍或鎘的硫酸鹽或氯化鹽或鉛的醋酸鹽，緩沖鹽為二質(zhì)子以上的多質(zhì)子酸鹽中的一種或一種以上。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的覆鍍錫或錫合金的刷鍍液，其特征在于，所述多質(zhì)子酸鹽為磷酸鹽、檸檬酸鹽，草酸鹽、琥珀酸鹽或蘋果酸鹽中的一種。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的覆鍍錫或錫合金的刷鍍液，其特征在于，所述刷鍍液的配方為錫離子10-80g/L合金鹽保證錫合金鍍層熔點低于鎳合金鍍層熔點5(TC緩沖鹽保證電鍍液的pH=3~4且有每公升0.IO摩爾以上的緩沖能力。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的覆鍍錫或錫合金的刷鍍液，其特征在于，所述刷鍍液的配方為錫離子30-40g/L合金鹽保證錫合金鍍層熔點低于鎳合金鍍層熔點15(TC緩沖鹽保證電鍍液的pH=3~4且有每公升0.20摩爾以上的緩沖能力。全文摘要本發(fā)明提供了一種鋁材硬焊表面的前處理方法及其使用的刷鍍液，以實現(xiàn)用刷鍍法對需要硬焊的鋁材表面進行前處理，解決鋁材難硬焊問題。所述前處理方法包括以下順序步驟1)去除鋁材表面的氧化膜并覆鍍一層鋅或錫或其合金；2)在覆鍍一層鋅或錫或其合金的鋁材表面覆鍍一層鎳或鎳合金；3)在覆鍍一層鎳或鎳合金的鋁材表面覆鍍一層錫或錫合金；上述每一步驟均以相應(yīng)的刷鍍液為電解液，以鋁工件為陰極，以鍍刷為陽極，用刷鍍方式在鋁材表面覆鍍金屬。使用本發(fā)明的刷鍍液和前處理方法進行處理后的鋁材表面可達到很高的沾濕性和抗拉強度，完全符合硬焊要求。文檔編號C25D3/30GK101100753SQ200710044570公開日2008年1月9日申請日期2007年8月3日優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日發(fā)明者靖何申請人:靖何