铜铝片高频钎焊关键技术：抑制脆性相，实现可靠连接
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小编
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发布日期： 2025-07-25
铜排与铝片的连接（如电力设备、散热部件中的导电连接）需同时满足导电性（电阻≤50μΩ）与力学强度（抗拉强度≥80MPa），但铜（熔点 1083℃）与铝（熔点 660℃）的物理特性差异大，高温下易生成 CuAl₂、Cu₉Al₄等脆性金属间化合物（脆性相），导致焊缝脆化、开裂。高频钎焊通过 “精准控温 + 快速加热” 的核心技术，可在实现冶金结合的同时抑制脆性相生成，成为铜铝片可靠连接的优选方案。
铜与铝的原子半径、晶体结构差异显著，在温度超过 450℃时，铜原子会向铝中扩散、铝原子也会向铜中扩散，形成金属间化合物（脆性相）：
- 温度越高，扩散越快：当焊接温度超过 700℃时，铜铝扩散速度呈指数级增长，10 秒内即可生成厚度＞5μm 的脆性相（超过此厚度，焊缝抗拉强度会降至 50MPa 以下）；
- 加热时间越长，脆性相越厚：传统火焰焊加热时间长达 30-60 秒，即使温度不高，长时间扩散也会导致脆性相累积，成为焊缝失效的 “隐患点”。
因此，铜铝高频钎焊的核心矛盾是：既要让钎料熔化实现冶金结合，又要通过控制 “温度” 与 “时间” 限制铜铝原子的过度扩散，避免脆性相生成。
高频感应加热（10-50kHz）通过电磁感应使铜铝结合区自身生热，热量集中、加热速度快（2-5 秒完成加热），可从 “温度上限”“时间长度”“扩散距离” 三个维度抑制脆性相：
铜铝高频钎焊需选择 “低熔点、高流动性、对铜铝均有润湿性” 的钎料，减少高温停留时间：
- 优选钎料：含锌（Zn）、硅（Si）的铜基或铝基钎料（如 BCuZn-Si、Al-Si-Zn 钎料），熔点控制在 550-650℃（低于铝的熔点 660℃，避免铝母材熔化）；
- 钎料作用：钎料熔化后填充铜铝间隙，通过 “毛细浸润” 实现与铜、铝的物理结合，同时钎料中的硅（Si）可抑制铜原子向铝中扩散（形成 Si-Al 屏障层），减少脆性相生成；
- 避免高铜钎料：纯铜钎料（熔点 1083℃）需高温加热，会导致铜铝过度扩散，绝对禁止用于铜铝钎焊。
高频感应加热的闭环温控系统是抑制脆性相的关键：
- 目标温度窗口：严格控制在钎料熔点 ±5℃（如 600℃钎料，控制在 595-605℃），确保钎料熔融填充间隙，同时避免铝母材温度超过 620℃（铝的再结晶温度，超过此温度会加速铝原子向铜中扩散）；
- 测温与控温：采用红外测温仪实时监测铜铝结合区温度（精度 ±3℃），PLC 自动调节高频功率（5-15kW），避免局部过热（如铜排导热快，需适当提高功率；铝片薄，需降低功率，确保温度均匀）；
- 对比传统焊接：火焰焊温度波动 ±50℃以上，易导致局部超温生成脆性相，而高频加热的温度稳定性可使脆性相厚度控制在 2μm 以内（≤2μm 的脆性相对焊缝强度影响可忽略）。
铜铝原子扩散形成脆性相的程度与加热时间正相关（扩散深度≈√(Dt)，D 为扩散系数，t 为时间），高频加热通过 “快速升温、瞬时焊接” 缩短时间：
- 加热时间：从室温升至钎料熔点仅需 2-5 秒（传统火焰焊需 15-30 秒），整个焊接过程（加热 + 钎料填充）控制在 8 秒内，大幅减少铜铝原子扩散时间；
- 避免保温：高频钎焊 “即热即停”，钎料填充后立即切断加热，通过铜排、铝片自身散热快速冷却（冷却速度≥100℃/ 秒），终止原子扩散，将脆性相厚度限制在 1-2μm。
铜铝片（尤其是薄铝片、厚铜排组合）易因加热不均导致局部超温，需通过线圈与工装优化：
经上述技术控制的铜铝高频钎焊接头，可实现：
铜铝片高频钎焊避免脆性相生成的核心是 “精准控制热输入”：通过低熔点钎料降低焊接温度、高频感应实现 ±5℃精准控温、秒级加热缩短高温时间，配合仿形线圈与工装加压，最终将脆性相厚度抑制在无害范围。这种技术让铜铝连接从 “易断裂” 变为 “可靠耐用”，在电力、散热、新能源等领域的铜铝复合部件制造中，成为兼顾性能与效率的最优解。
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