大型计算机上安装有大量的超大功率电子元件，必须解决其散热问题。常规的大功率电子元件采用风冷散热，但是对超大功率电子元件采用风冷散热已经无能为力，因此必须采用冷却效率更高的水冷散热板进行冷却。水冷板要求采用质轻而又耐腐蚀的铝合金为基体，在其上用数控加工中心加工出曲折的水流通道，再用钎焊的方法将水流通道封闭起来。要求焊缝均匀致密，耐高压水流冲击，不能有丝毫渗漏，变形量要小于千分之一。本文对大功率电子元件水冷板的真空钎焊工艺进行了研究。

产品用材料为LF21（AL-1.5Mn）标准铝合金及复合板，钎料采用Al-11.5Si-1.5Mg合金。Al-Si-Mg三元共晶温度为551℃，Al-Si二元共晶温度为577℃，含有9.79%～10.16%Si的铝硅合金的固相线温度为577℃，其液相线温度为591℃。

真空铝钎焊炉，其主要技术指标如下。

①炉型∶单室、卧式、双开门

②最高温度∶800℃

③工作温度∶620℃

④有效热区温差∶≤士3℃（空炉、600℃、九点测温）

⑤极限真空度，≤6.7×10^-4Pa

⑥工作真空度∶≤6.7×10^-4Pa

⑦压升率∶≤0.2Pa/h

⑧升温速率;空炉由室温升至600℃小于30min

⑨冷却速率∶空炉由600℃冷至200℃小于20min

⑩最大装料量∶400kg（含夹具）

⑪温度控制，FP21可编程温控仪自动控温

⑫过程控制，PLC可编程控制器自动控制

铝及铝合金与其它金属相比，钎焊比较困难，主要原因是铝对氧的亲和力极大，表面很容易生成一层致密且化学稳定、熔点很高（2050℃）的氧化铝膜，室温时厚约50×10^-10m左右;在500℃～600℃的钎焊温度下，膜厚巨增至2000×10^-10m，阻碍钎料与母材的湿润和结合。真空无钎剂钎焊时，仅依靠真空作用难以去处这种氧化膜。因此，为了去处氧化膜并防止铝氧化，必须同时借助于某些金属活化剂的作用。实践表明，以镁作活化剂效果最好。因为镁的蒸汽压高，在真空中容易挥发，有利于清除氧化膜。镁作为活化剂加入Al-Si合金中，一部分固溶于铝中，一部分以MgSi₂化合物形态存在。镁的熔化温度为649℃，常压下镁的蒸发点为621℃，在10^-3Pa的真空条件下镁的蒸发点为250℃，在500℃～580℃范围内，镁大量地蒸发出来。镁蒸汽在真空室中，与氧化性气氛（O₂、H₂O）发生反应，起到净化介质的作用;镁蒸汽与氧化膜接触，发生还原反应，使致密平滑的Al₂O₃膜变质，生成疏松多孔的新氧化层MgAl₂O₄。

铝及铝合金真空钎焊时只能使用铝基钎料，它们的熔点都接近母材的熔点，所以必须严格地控制加热温度，在保证钎透的前提下钎焊保温时间以3～5min为宜。

由于工件表面上残留任何污染源都将使钎悍失败，故对于材料制造过程中的润滑剂及存放过程中沾污的污染源必须全部清除，表面氧化膜也应减至最小程度，为此采用下列清洗方法。

①汽油或丙酮清洗，去除表面润滑油及沾污物。

②在5%NaOH（重量浓度）水溶液浸洗1min，温度60℃。

③清水漂洗

④在5%HNO₂（体积浓度）水溶液浸洗30s，温度30℃。

⑤清水漂洗

⑥80℃烘干

为了控制工件在热态下的变形，采用高温合金材料制作的网格状夹具将工件组装定位。

将夹持在夹具中的水冷板组件放入真空炉中，并使整个工件处于水平状态。将监视工件温度的热电偶通过侧面上的工艺孔引入到工件的心部位置，以便于监测工件的实际温度，防止工件过热或欠热。

钎焊过程：

工件入炉后，开动机械真空泵同时扩散泵预热，在炉内真空度达到10°Pa时启动罗茨泵，使炉内真空度达到10³Pa，待扩散泵开始工作后，打开高真空阀，将炉内真空度抽到6.7×10^-3Pa，开始加热。在400℃之前，可以用较快的速度升温，一般为20℃/min;在400℃时应当保温30～60min，一方面使工件温度接近炉温，另一方面可以提高真空度;在400℃～570℃之间，升温速度不宜过快，一般控制在10～15℃/min;在570℃时应当保温20～40min，使工件表面与心部的温差缩小;在570℃～620℃之间，升温速度应加快，一般控制在20℃/min，使工件迅速升到钎焊温度;在620℃保温10～20min，待工件上的监测热电偶达到595℃时，关闭加热电源，开始真空冷却;待工件上的监测热电偶降到540℃时，向炉内充入99.999%的高纯氮气，并开动强冷风机进行快速冷却;待工件上的监测热电偶降到150℃时，关闭强冷系统，工作结束。

经过真空钎焊的电子元件水冷板，表面保持铝的金属光泽，无氧化;焊角形成良好，焊缝均匀致密;经过2.3MPa水压试验及1.5MPa气压试验，无渗漏现象，耐压符合产品设计要求。

设备选择：SIMUWU公司生产的RHVB系列真空钎焊炉是进行工模具真空热处理工艺的优质产品，良好的温控精度和温控均匀性确保了真空钎焊过程的有效进行。SIMUWU公司专注于真空炉的制造，拥有十多年的相关经验，在真空炉制造领域具有良好的口碑。产品线包括真空气淬炉，真空油淬炉，真空钎焊炉等，广销各发达国家与发展中国家。