專利名稱：可焊的鋁的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用標準的焊料和焊料熔池可焊的鋁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鉛的液體錫構成。也有許多加入到焊料中的其他組份以提高或改進焊料的特性。一般地焊料溶于熔池中，將零件浸入熔池，用將隨后固化的液體焊料覆蓋零件。該焊料組合物對于由銅和銅合金如青銅制造的零件工作非常好。但是因為在鋁零件的外表面形成氧化鋁層，該焊料熔池對鋁零件工作不佳。因為形成了堅硬的氧化鋁外層，含少量鉛的熔融錫不會對鋁表面形成好的結合。
其他人已經嘗試尋找一種焊接鋁的方法。為了焊接鋁零件，已嘗試改變焊料組份的一般的方法以使焊料和鋁表面形成好的結合。U.S.專利No.5,147,471公開了一種這樣的焊料，它可以在形成表面氧化物層的金屬及其合金的氧化物層上使用。該組合物含有錫和鋅，作為濕潤劑的鍺，優選少量的銅和銻，和碳化硅粗砂。當鍺滲入氧化物層下時該粗砂磨損在金屬表面形成的任何氧化物層，以提供良好的金屬與金屬結合。鍺含有焊料的10重量％，以便提供充分的濕潤作用，但是不會導致焊料組合物的熔融溫度高于300℃。將焊料施加到零件上，通過首先在金屬表面擦焊料使粗砂和焊料磨損表面，同時加熱表面直至焊料開始熔化和鍺滲入氧化物層，然后把用焊料使其變松的任何氧化物層刷掉。
在電接插件中使用鋁將是有利的，如用于電觸點、電路板上的痕跡或某些其他絕緣器、外殼、接地層或其他任何金屬應用。因為其電子和機械性能，銅或銅合金一般地用于這些應用中。銅和銅合金也易于焊接或可以被電鍍形成可焊的基底。鋁較銅有較高的導電性，因此在某些情況下使用良好。鋁重量也輕，在某些情況下也是一個優點。除了電接插件，在其他領域中擁有一種易焊接的鋁也是有利的。
所需的是一種鋁，它可以使用標準的由錫構成的焊料熔池直接焊接，并且它易制作成零件。
本發明涉及具有易加工成基底的鋁合金的可焊接鋁合金。該鋁合金含有加入到將該加工成基底的鋁合金中的0.05-4.5重量％的錫。
可以加入其他元素來提高鋁材料的濕潤特性。
本發明還涉及制備可焊鋁基底的方法。該方法包括制備含有加入到該鋁塊中0.05-4.5％錫的鋁塊，然后軋制鋁塊到基底所需的厚度，最后將軋制的金屬塊加工成基底最終的形狀。
本發明涉及易加工成各種不同形狀的鋁合金。鋁合金是標準的其中夾帶錫的鋁合金以提高加工成的零件的表面張力特性和提高濕潤特性。
通常錫和鋁在室溫下不互溶。在室溫下僅僅少量的錫溶解在鋁中。在高溫下，錫完全溶在鋁中。但是當組合物冷卻并可以固化時，錫將從鋁中分離出來在鋁中形成錫珠或顆粒。若材料可以足夠快速地冷卻，則很少的錫將從鋁中分離出來。該工藝特別適用于材料表面的快速冷卻并保持更多的溶解在沿著材料表面的鋁中的錫。認為溶解在鋁中的錫越多，表面與標準的焊料組合物和熔池的可濕潤性越強。即使允許鋁緩慢冷卻，極少量的錫也將殘留在鋁中從而給鋁以更好的焊接性。但是該鋁量不足以為基底提供好的焊接性。
一般的，通過在熔融鋁中溶解適當量的錫形成鋁合金，和鑄造鋁錠。然后鋁錠被軋加工成隨后將鋁加工成的零件或設備所需的厚度。
當將鑄錠軋制加工成所需的厚度，錫珠或顆粒將沿著軋制的基底表面而暴露出來。此外，在軋制工藝中，許多這些金屬珠將破裂，錫將分布或涂抹在軋制的基底的表面。在軋制工藝中鋁氧化物層也將部分破碎，從而在涂抹的錫和鋁之間形成金屬對金屬的結合。因為錫是可由焊料濕潤的，涂抹的錫珠將在軋制的基底上提供可濕潤的較大表面。
然后將使用標準的制造技術把軋制的基底加工成所需的基底。所需的基底可以是用于電接插件的電觸點或外殼。基底也可以是可以由鋁加工成的其他任何基底。
當形成所需的基底，它將具有與軋制的基底相同的表面特性，即它具有沿其表面的錫珠，至少某些珠子破碎并沿著所需基底的表面分布。當焊接基底時，分布在基底表面的錫將為焊料粘結到基底提供可濕潤的表面。
沿著材料表面形成的錫珠將部分地或大部分埋在材料本身之中。僅僅小部分的金屬珠將暴露在材料的表面。當軋制該材料時，僅部分暴露于材料表面的金屬珠將分布在軋制的基底的表面。通常，大部分錫珠將殘留嵌入基底本身。
當把軋制的基底加工成所需的基底時，所需基底的表面將不僅具有分布在其表面的錫，還將具有大量的嵌入基底材料和沿著基底部分暴露的金屬珠。
當焊接所需的基底時，熱的焊料將在基底表面之上移動，并將與已分布在基底表面上的錫形成機械的和電子的結合。因為錫對錫金屬的強的相互作用，所以在焊料和錫之間的結合是強的。此外，焊料將和仍然至少部分嵌在材料本身中的錫珠形成強的機械和電子結合。因為金屬珠嵌在基底中所以在基底和焊料之間的機械的結合是極強的，因此安全地固定到基底上。
此外，因為在錫珠和鋁之間的金屬對金屬結合，將存在強的電子結合。因為在冷卻工藝中錫珠在鋁的內部形成，在洞穴內部的鋁表面將沒有氧化鋁涂層。冷卻工藝阻止氧進入到將形成錫珠的洞穴的內部。因此，在錫珠和洞穴之間的電子相互作用將是強的金屬對金屬結合。在焊接工藝過程中，錫珠將熔化并與熔融的焊料混合是可能的。一旦焊料冷卻，在洞穴中的材料將重新凝固，或者成為原始的錫珠或者與焊料混合的錫珠。因為洞穴將連續地用熔融焊料覆蓋，氧氣將繼續從洞穴排出，從而阻止氧化鋁在洞穴形成。因此，即使錫珠熔化和與熔融焊料擴散，仍將形成良好的金屬對金屬電子結合。
適于用在本發明中的鋁合金是系列合金。所有這些合金具有適合的可成形特性，可以加工成電子接插件的零件或其他零件。特別是，1000，3000和5000系列鋁合金的合金將適于在本發明中使用。所有這些合金具有加工成零件所需的必要制造特性。特別是，合金3003，3004，5080，5082和5784為本發明提供了好的成形性。但是，有用的合金不限于這五種組合物。鋁合金為現有技術所公知，這里將不作進一步描述。
在上面列出的鋁合金將具有加入到該合金中的少量的錫。百分比范圍是0.05-4.5％。特別是，在上面列出的合金可以每個含有0.5，1.0，2.0或2.5％，被加入到組合物中。但是本發明不限于這些特定的百分比。
此外，其他材料也可以加入到合金中以優化性能。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錫在鋁合金中的溶解性或提高合金的表面可濕潤性。加入少量的銀和其他類似特性的元素可有助于提高合金的可濕潤性。
將從上述描述中理解本發明的可焊的鋁合金和加工成可焊鋁基底的工藝及其許多附帶的優點。明顯的是可以在形式上、結構和部件布置上進行各種改變而不脫離本發明的精神或范圍或犧牲所有的材料優點。
權利要求
1.可焊的鋁合金，包括可成形為成基底的鋁合金；加入到該將加工成基底的鋁合金中的0.05-4.5重量％錫。
2.權利要求1的可焊鋁合金，其中鋁合金取自1000，3000和5000鋁合金系列。
3.制備可焊的鋁基底的方法，包括制備含有加入到該鋁塊中0.05-4.5％錫的鋁塊；將鋁塊軋制到基底所需厚度；將經軋制的鋁塊加工成基底最終的形狀。
4.權利要求3的方法，其中把0.05-4.5％的錫加入到熔融鋁中，然后迅速冷卻鋁以保持至少某些溶解在鋁中的錫。
5.權利要求3的方法，其中鋁塊由鋁合金加工而成，該鋁合金取自1000，3000，5000鋁合金系列。
全文摘要
本發明涉及包括可成形為基底的鋁合金的可焊的鋁合金。該鋁合金含有加入到該將加工成基底的鋁合金中的0.05－4.5重量%錫。本發明還涉及制備可焊的鋁基底的方法。該方法包括制備含有加入到該鋁塊中0.05－4.5%錫的鋁塊;然后軋制鋁塊到基底所需厚度;最后將經軋制的鋁塊加工成基底最終的形狀。
文檔編號C22F1/04GK1336963SQ98811721
公開日2002年2月20日 申請日期1998年12月2日 優先權日1997年12月2日
發明者A·斯卡帕蒂希, P·J·多諾范 申請人:惠特克公司