本发明涉及焊接材料，具体的说是一种非晶态铝硅基钎料及其制备方法和钎焊方法。
背景技术：
1、在电子电器关键零部件中，“以铝代铜”不仅能够保证结构件的导电、导热性能并且可以达到轻量化和节约资源的目的。由于铜、铝物理性能差异较大，焊接过程中容易出现冶金难结合、应力难协同等困难，导致两者之间的焊接性较差。钎焊因其施焊温度低、母材不熔化，是铜/铝连接的有效方法之一。
2、铝硅（al-si）基钎料与铜、铝母材均具有良好的工艺匹配性，成为铜/铝连接应用最广的一类钎料。但al-si基钎料与铝合金熔点相近，焊接过程中铝侧容易发生溶蚀、软化，接头残余应力大，难以保证焊缝质量。此外，铝合金易氧化，焊接过程中如何绿色环保有效的去除氧化膜一直以来备受关注。为保证去膜效果，在传统的钎焊工艺中钎剂通常过量使用、且与钎料分阶段施加，存在效率低、浪费钎剂、污染环境、难以实现自动化等缺点。为提高效率、改善环境、推动钎焊材料向高效、节能、绿色环保方向发展，钎料元素发挥自钎剂作用成为钎焊材料的重要发展方向。因此，针对铜/铝异种金属材料连接，为解决铝表面易氧化难去膜、钎料熔点高等问题，目前在al-si钎料的基础上添加mg元素满足工艺性能要求，但现已形成的al-si系钎料熔点高，钎焊温度维持在600℃左右，接近铝合金熔点，不仅易在焊缝处及热影响区产生裂纹，而且易造成铝合金母材软化。为降低钎料的熔点，避免钎焊过程中达到铝合金液相线，目前现有al-si系钎料主要是在al-si共晶基础上加入cu元素，但al-si-cu钎料在焊接过程中存在以下缺点：（1）界面处容易出现过厚的铜铝金属间脆性化合物层，进而对接头强度带来负面影响；（2）钎料合金元素无法促进母材表面氧化膜破除。
3、因此，开发组织均匀、具有自钎剂作用、接头强度高的新成分钎料，具有较好应用前景。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种非晶态铝硅基钎料及其制备方法和钎焊方法，本发明在al-si钎料的基础上添加cu、mg、ga和稀土元素re，该钎料熔化温度低、固液相线温度区间小，具有良好的润湿性，适用于铝/铜异种材料炉中钎焊。
2、为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
3、一方面，本发明提供一种非晶态铝硅基钎料的制备方法，原料进行合金熔铸制成母合金铸锭后进行固溶处理，然后制成非晶态铝硅基钎料，该钎料由以下含量的组分组成：si 9.0~11.0wt%、cu 4.0~5.0wt%、mg 1.0~2.5wt%、ga 0.01~1.5wt%、re 0.01~1.0wt%、al为余量；
4、按照上述组分中cu、mg、ga、re、si的含量分别称取纯铜管、纯镁块、纯镓块、稀土块和铝硅合金，按照剩余量的al称取纯铝管，将纯镓块和纯镁块封装于纯铝管中得第一封装体，稀土块封装于纯铜管中得第二封装体，之后将第一封装体、第二封装体和铝硅合金进行合金熔铸制成母合金铸锭；
5、钎料的熔化温度为517℃~558℃。
6、进一步地，合金熔铸时，将第一封装体、第二封装体以及铝硅合金置于感应炉中，升温至700-750℃，保温15min，少量多次加入精炼剂氟氯酸钾除去表面浮渣，充分搅拌，得到母合金铸锭。
7、进一步地，先对母合金铸锭依次进行打磨、超声清洗和烘干处理，然后将母合金铸锭置于真空炉中于450℃保温2h进行固溶处理。
8、进一步地，将固溶处理后的母合金铸锭装入石英管中，采用高频感应加热母合金铸锭至相变温度使其熔化，待母合金铸锭全部熔化并有熔液从石英管底部滴落时，在原有相变温度基础上升温30-35℃并保温，以相对压力为0.40~0.50mpa向石英管中通入氩气，将熔液自石英管底部的喷嘴吹出，吹出的熔液喷射至位于喷嘴下方的高速旋转的铜辊上，进而甩出0.05mm~0.2mm厚的箔带，冷却后得到带状非晶态铝硅基钎料。
9、进一步地，re选用y或la。
10、另一方面，本发明提供了一种采用上述的方法制备而成的非晶态铝硅基钎料。
11、再一方面，本发明提供了一种铜/铝异种合金的钎焊方法，采用上述非晶态铝硅基钎料进行钎焊，主要包括如下步骤：
12、（1）、先用15%naoh溶液对铜/铝异种合金母材进行碱洗，然后用去离子水清洗，再用10%hno3溶液酸洗，然后用去离子水清洗，最后进行烘干处理；
13、（2）、在母材的待焊接表面添加钎料，进行炉中钎焊即可。
14、进一步地，步骤（2）中，钎焊方法为真空钎焊、电阻加热钎焊或感应加热钎焊中的任意一种。
15、进一步地，炉中钎焊温度不高于585℃。
16、下面对钎料中各元素的作用进行解释：
17、1）、cu：本发明的钎料中添加有4.0~5.0wt%的cu，在降低钎料熔点的同时能够提高钎料性能。如果加入过量的cu元素（>5wt%），钎料合金会产生铜铝金属间脆性化合物，在焊接过程中钎缝与母材界面处在高温下也易生成脆性金属间化合物；如果加入cu元素太少（<4 wt%）则不能起到降低熔点的作用。
18、2）、mg：本发明的钎料中添加有1.0~2.5wt%的mg，mg能与al-si形成低熔点的al-si-mg合金，能与铝氧化膜发生化学反应破坏表面氧化膜，同时镁蒸汽也降低了熔态钎料-镁蒸汽间的界面张力，使得熔化的钎料能润湿母材，提高钎焊接头的耐腐蚀性。加入的mg元素少于1wt%时，钎料中mg元素在钎焊过程中主要与空气中的氧发生反应且620℃以下mgo比al2o3稳定；mg元素含量超过2.5wt%时难以加入到钎料合金，损失率高。
19、3）、ga：本发明的钎料中添加有0.01~1.5wt%的ga，利用ga元素低熔点、无脆性金属间化合物层出现的优势，能够减小钎料固液相线之间温度差，但过量ga（>1.5wt%）极易扩散至铝合金晶界处，使铝合金发生脆化，恶化铝的性能。
20、4）、re：本发明的钎料中添加有0.01~1.0wt%的re，加入稀土元素re有利于细化晶粒，能够改善钎缝强度。
21、本发明在制备钎料的备料过程中，先设计两个封装体，且将镓和镁封装于纯铝管中，稀土块封装于纯铜管中，主要原因是：由于ga的熔点低，仅为29.8℃，本身不能单独作为钎料使用且镓向铝有强烈扩散现象，因此将纯镓块封装于纯铝管中，在加热熔化过程中能保证镓充分与铝母材接触，均匀扩散。al-si钎料中镁元素主要作用是还原al2o3生成低熔点al-si-mg合金而使其破坏，减小熔融钎料与母材之间的界面张力，促进钎料的润湿铺展，优先将镁块封装于纯铝管，避免mg过度氧化，保证mg有效发挥钎焊过程中的作用。当稀土元素直接加入时，由于稀土元素活性高且不易压入液态合金中，在熔融合金时上浮几率大，且易于烧损，本发明将稀土元素封装于纯铜管中，一方面，在加热熔化过程中部分稀土元素与cu反应，形成高熔点稀土化合物，呈弥散状态分布，使晶粒尺寸减小，起到细化晶粒作用；另一方面，由于铜熔融态密度（8.92g/cm3）明显大于铝的熔融态密度（2.37g/cm3），部分稀土元素被熔融态密度较大的液态铜包裹下沉，充分与熔融合金接触，减少上浮几率。
22、有益效果：
23、1）、本发明在al-si系钎料基础上，加入mg、ga及re并合理调控各元素的含量，发挥mg元素自钎剂作用，利用re变质作用，实现钎料熔点的降低，制备的钎料熔化温度为517℃~558℃，利用该钎料进行铜/铝异种合金钎焊后，所得到的钎焊接头力学性能较高。
24、2）、本发明采用“备料--熔铸--固溶处理--快速冷却工艺”的工艺制备非晶态铝硅基钎料，一方面，在备料时，将低熔点的纯镓块和易挥发的纯镁块封装于纯铝管中，便于控制低熔点的ga和mg在合金铸锭内的含量，使ga和mg的成分更符合设计的成分；将稀土块封装于纯铜管中，避免了稀土元素直接加入时上浮几率大、烧损率高的问题；另一方面，通过该方法制备的钎料成分均匀，综合性能强，适用环境更广、运输储存更加方便。
25、3）、利用本发明的钎料进行钎焊时，炉中钎焊温度不高于585℃，能够避免现有技术中钎焊温度接近铝合金熔点带来铝合金软化或者焊后残余应力对接头性能产生影响，有效地保证了钎焊接头的强度，使接头质量更加稳定，提高成品率。
1.一种非晶态铝硅基钎料的制备方法，原料进行合金熔铸制成母合金铸锭后进行固溶处理，然后制成非晶态铝硅基钎料，其特征在于，非晶态铝硅基钎料由以下含量的组分组成：si 9.0~11.0wt%、cu 4.0~5.0wt%、mg 1.0~2.5wt%、ga 0.01~1.5wt%、re 0.01~1.0wt%、al为余量；
2.根据权利要求1所述的一种非晶态铝硅基钎料的制备方法，其特征在于，合金熔铸时，将第一封装体、第二封装体以及铝硅合金置于感应炉中，升温至700-750℃，保温15min，少量多次加入精炼剂氟氯酸钾除去表面浮渣，充分搅拌，得到母合金铸锭。
3.根据权利要求1所述的一种非晶态铝硅基钎料的制备方法，其特征在于，先对母合金铸锭依次进行打磨、超声清洗和烘干处理，然后将母合金铸锭置于真空炉中于450℃保温2h进行固溶处理。
4.根据权利要求1所述的一种非晶态铝硅基钎料的制备方法，其特征在于，将固溶处理后的母合金铸锭装入石英管中，采用高频感应加热母合金铸锭至相变温度使其熔化，待母合金铸锭全部熔化并有熔液从石英管底部滴落时，在原有相变温度基础上升温30-35℃并保温，以相对压力为0.40~0.50mpa向石英管中通入氩气，将熔液自石英管底部的喷嘴吹出，吹出的熔液喷射至位于喷嘴下方的高速旋转的铜辊上，进而甩出0.05mm~0.2mm厚的箔带，冷却后得到带状的非晶态铝硅基钎料。
5.根据权利要求1所述的一种非晶态铝硅基钎料的制备方法，其特征在于，re选用y或la。
6.一种非晶态铝硅基钎料，其特征在于，其是采用权利要求1-5任一项所述的方法制备而成的。
7.一种铜/铝异种合金的钎焊方法，其特征在于，采用权利要求6所述的非晶态铝硅基钎料进行钎焊，主要包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种铜/铝异种合金的钎焊方法，其特征在于，步骤（2）中，钎焊方法为真空钎焊、电阻加热钎焊或感应加热钎焊中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的一种铜/铝异种合金的钎焊方法，其特征在于，炉中钎焊温度不高于585℃。
