铝合金因其低密度,高强度,良好的焊后加工性等优点被广泛运用于各个领域。而低温钎焊作为一种精密的连接技术,是焊接铝合金的一种可靠的方法。Sn9Zn钎料因其优异的性能应用于铝合金低温钎焊,但是仍存在低温连接时钎料与铝合金界面结合程度较弱的问题,不能极大发挥接头的潜能,为解决此问题通常有合金改性和第二相颗粒增强两种方法,然而两种方法都存在一定的局限性。因此研发新型钎料,使用第二相颗粒和元素共同添加而进行混合改性,探究钎料对于铝合金的润湿现象和机理,具有重要的意义。本课题在Sn9Zn钎料的基础上,添加了一定量的Al₂O₃纳米颗粒和不同量的Cu元素,系统地研究了Cu元素的含量对于钎料本身性质的影响;Cu元素对钎料润湿6061铝合金、钎料低温钎焊6061铝合金微观形貌的影响,和析出的原位颗粒Cu₅Zn₈对于钎焊接头机械性能的作用机理;观察Cu元素的含量对钎料润湿6061铝合金散热过程的影响;并引入超声辅助,将制备的钎料应用于多晶Si太阳能电池板铝背极和6061铝合金的连接,探究最优的工艺参数。向Sn9Zn-1Al₂O₃钎料中添加Cu元素后,复合钎料的组织形貌和综合性能皆有所提高。Sn9Zn-1Al₂O₃-4.5Cu的熔点比Sn9Zn-1Al₂O₃复合钎料降低了0.6℃;Sn9Zn-1Al₂O₃-4.5Cu中SnZn共晶组织最为细小,钎料中出现了黑色的Cu₅Zn₈相;Sn9Zn-1Al₂O₃-4.5Cu复合钎料的显微硬度和抗拉强度分别达到了45.8Hv_0.3和67.6MPa,抗拉强度比Sn9Zn-1Al₂O₃提高了56.49%,主要是由于Al₂O₃纳米颗粒的钉扎作用,Cu₅Zn₈原位颗粒的弥散强化作用和Sn-Zn共晶的细晶强化作用。Sn9Zn-1Al₂O₃-xCu复合钎料对于6061铝合金有良好的润湿性。Sn9Zn-1Al₂O₃-4.5Cu表现出了最优良的润湿效果,生成了成分为Al-Cu-Zn固溶体的前驱膜,宽度为1095μm;铺展面积为0.75cm²,比Sn9Zn-1Al₂O₃提高了27.12%;润湿角为28.6°,比Sn9Zn-1Al₂O₃的润湿角小了32.39%;润湿界面的长度为15.32μm;微观界面厚度为0.67μm,润湿界面处Zn元素发生了较强的扩散。对Sn9Zn-1Al₂O₃-xCu复合钎料钎焊6061铝合金的接头进行分析。接头的界面结合处,出现了Al₄Cu₃Zn固溶层,固溶层厚度随Cu元素的增加而先变小后变大,Cu含量为4.5wt.%时,厚度为0.65μm。Cu元素不断增加的过程中,界面固溶层硬度和接头剪切强度同样显示出先增加后减小的规律,在Cu含量为4.5wt.%时分别为47.17HV_0.3和91.7MPa,比Sn9Zn-1Al₂O₃分别高出了28.14%和75.6%。接头的断口中均有韧窝出现,Sn9Zn-1Al₂O₃-4.5Cu钎焊接头中,韧窝数量最多且分布更加分散。使用Sn9Zn-1Al₂O₃-4.5Cu钎料对多晶Si片铝背极和6061铝合金进行连接。当超声工艺参数为350W的超声功率,220℃的钎焊温度,和10s超声时间时,钎料和铝背极的扩散层中出现了大量胞状Al,扩散厚度达到了22.3μm,扩散层硬度值为99.97HV_0.3,接头剪切强度为12.4MPa,且接头的断裂全部发生在Si片上,接头微观断口上类似韧窝的小凹坑尺寸最小。对Sn9Zn-1Al₂O₃-xCu润湿6061铝合金的散热过程进行热成像分析。钎料部分大约保温2-3min后才有明显的降温;钎料部分的初始温度:中间温度>边缘温度>中心温度;不同钎料中,中间区域的平均冷却速度皆最大;钎料中Cu元素的含量越高,钎料中间区域的平均冷却速度越高。