CN100496868C

CN100496868C - 一种无腐蚀性氟化物钎剂及制备方法

Info

Publication number: CN100496868C
Application number: CNB2007101325922A
Authority: CN
Inventors: 邹家生
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: CN101125398A

Abstract

本发明涉及一种钎焊6063铝合金的无腐蚀性氟化物钎剂及制备方法，属于铝及铝合金的钎焊材料领域。钎剂的组分按重量百分数配比为：中性QF钎剂：99.0～99.7%；ZnSiF₆：0.3～1.0%。中性QF钎剂采用化学合成法制备，其K⁺/Al³⁺比为1.9175。该钎剂的熔点为560℃，钎焊温度580～620℃。该钎剂配合Al-11.7Si共晶钎料氮气保护炉中钎焊6063铝合金，钎料的等间隙填缝长度大于160mm，钎缝正反面成型良好、焊根均匀、表面无气孔、夹渣等缺陷。钎焊接头剪切强度大于120MPa。本发明钎剂制备工艺和原料价格低，不吸潮，在大气中长期保存不失效，适宜于广泛应用。

Description

一种无腐蚀性氟化物钎剂及制备方法

技术领域

本发明涉及一种无腐蚀性氟化物钎剂及制备方法，具体涉及一种钎焊6063铝合金的含有ZnSiF₆的无腐蚀性氟化物钎剂及制备方法，属于铝及铝合金的钎焊材料领域。

背景技术

铝及铝合金由于优良的物理、化学性能，良好的加工、表面处理和耐蚀性能，在近代工业材料中占有很重要的地位，被广泛应用于航天航空、建筑、电器、汽车和船舶等部门。实现铝及铝合金的连接也显得尤为重要。配合Al一Si共晶钎料使用的无腐蚀性氟化物钎剂(KF—AlF₃共晶钎剂，简称QF钎剂)在上世纪七十年代由加拿大的ALCAN公司首先研制开发，和氯化物类钎剂相比，其最大的优点是焊后残渣无腐蚀性，QF钎剂在钎焊纯铝和LF21铝合金时均具有良好的钎焊性。但纯铝和LF21铝合金强度低，且无法热处理强化，因此在许多结构中，目前大多采用6063铝合金(LD31)取代纯铝和LF21铝合金，以改善和提高结构件的强度和寿命。6063铝合金采用氯化物类钎剂钎焊是具有良好的钎焊性，但使用氯化物类钎剂钎焊最致命的弱点是接头焊后的腐蚀。采用QF钎剂钎焊6063铝合金和钎焊纯铝、LF21铝合金相比，钎料的流动性下降，钎剂高温容易失效，钎缝中易产生气孔等缺陷。6063铝合金中的合金元素Mg是使钎剂失效和恶化钎缝质量的主要原因。一方面，Mg和QF钎剂相互作用使钎剂流动性下降、活性降低；另一方面，6063铝合金中的Mg钎焊温度下在表面的富集使熔化钎料中氧化夹杂和含氢量增大，导致钎缝气孔倾向增大；另外，表面形成的MgO膜，增大了液态钎料和母材间的界面张力，阻害了钎料和母材的结合。一般当铝合金中含Mg量超过0.5％时，采用QF钎剂钎焊就很困难。因此。研制一种能钎焊如6063合金的无腐蚀氟化物钎剂是含Mg铝合金钎焊技术领域急待解决的技术问题。目前国内外报道的解决含Mg铝合金钎焊的钎剂均为CsF—AlF₃系列，如国内最近公开的发明专利CN 1390673A，因为含有大量的CsF，导致价格太贵，无法广泛应用于实际，而且CsF—AlF₃二元熔盐钎剂去除MgO膜的效果不是很好。

发明内容

技术问题：本发明为了解决目前常用无腐蚀性氟化物钎剂钎焊6063铝合金钎焊性的上述不良问题，提供一种新型无腐蚀性氟化物钎剂及制备方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明是通过以下措施实现的：

本发明的用于钎焊6063铝合金的一种无腐蚀性氟化物钎剂由中性QF钎剂和ZnSiF6组成。其特征在于：钎剂的组分和含量(按重量百分比)为：中性QF钎剂：99.0～99.7％；ZnSiF₆：0.3～1.0％。其中中性QF钎剂采用化学合成法制备时，通过滴加KOH使钎剂呈中性，这样制得的中性QF钎剂中K⁺过量，最后成分偏向K₃AlF₆侧，由K₃AlF₆+(KAlF₄+K₃AlF₆)共晶组成，其K⁺/Al³⁺比为1.9175。

中性QF钎剂和共晶QF钎剂不同，共晶QF钎剂由KF和AlF₃按共晶成分配制，最后完全有(KAlF₄+K₃AlF₆)共晶组成，其K⁺/Al³⁺比为1.7678。

制备本发明的一种无腐蚀性氟化物钎剂的方法包括以下步骤：

(1)将已知组成的Al(OH)₃与热KOH溶液反应制成KAlO₂的澄清溶液，制备过程中通过滴加KOH使溶液呈中性，此时的K⁺/Al³⁺比正好为1.9175；

(2)将按步骤(1)所得的溶液加入适量的HF转化，则沉淀析出KAlF₄和K₃AlF₆的混合物；

(3)将按步骤(2)所得的混合物蒸干并在200℃烘烤以除去少量游离酸，则得到中性QF钎剂；

(4)将中性QF钎剂和ZnSiF₆粉末按配方比例称重混合；

(5)将按步骤(4)所得的混合粉末置于研钵中加适量蒸馏水搅拌研磨，直至均匀；

(6)在150℃下保温2小时烘干水份；

(7)冷却后再研磨成细粉末，即获得无腐蚀性氟化物钎剂。

有益效果：本发明的无腐蚀性氟化物钎剂的熔点为560℃，钎焊温度580～620℃。该钎剂适用于配合Al—11.7Si共晶钎料、Al-1OSi-4Cu钎料钎焊6063铝合金。适用的钎焊工艺方法有火焰钎焊、炉中钎焊、氮气保护炉中钎焊。采用该无腐蚀性氟化物钎剂，配合Al—11.7Si共晶钎料氮气保护炉中钎焊6063铝合金，钎料的等间隙填缝长度大于160mm，钎缝正反面成型良好、焊根均匀、表面无气孔、夹渣等缺陷。钎焊接头剪切强度大于120MPa。

本发明的一种无腐蚀性氟化物钎剂及制备方法具有的优点：

(1)通过在QF钎剂中添加微量的活性剂ZnSiF₆大大提高了去除6063铝合金表面MgO和Al₂O₃膜的能力，从而提高钎料的润湿性和填缝能力；

(2)中性QF钎剂中过量的K₃AlF₆对氧化夹杂有吸附作用，它在除去夹杂的同时能除去液态钎料中的氢。另外冰晶石K₃AlF₆的热分解作用也有除气作用；所以提高QF钎剂中的K₃AlF₆的量有利于减小焊后钎缝气孔倾向，但K₃AlF₆的量也不能过高，否则将使钎剂熔点急剧升高，活性降低；

(3)本发明钎剂可在大气中研磨制备，工序简单，无需任何保护措施，对操作人员健康无影响，成品钎剂不吸潮，在大气中长期保存不失效；

(4)制备工艺和原料价格低，适宜于广泛应用。

具体实施方式：

实施例1：

组分配方：钎剂的组分和含量(按重量百分比)为：中性QF钎剂：99.5％；ZnSiF₆：0.5％。

制备方法：

(3)将按步骤(2)所得的混合物蒸干并在200℃烘烤以除去少量游离酸，则得到中性QF钎剂。

(4)将中性QF钎剂和ZnSiF₆粉末按配方比例称重混合；

(6)在150℃下保温2小时烘干水份；

(7)冷却后再研磨成细粉末，即为本发明钎剂。

实施例2：

组分配方：钎剂的组分按重量百分数配比为：中性QF钎剂：99.7％；ZnSiF₆：0.3％。

制备方法：与实施例1制备方法相同。

实施例3：

组分配方：钎剂的组分按重量百分数配比为：中性QF钎剂：99.0％；ZnSiF₆：1.0％。

制备方法：与实施例1制备方法相同。

Claims

1、一种无腐蚀性氟化物钎剂，其特征在于：钎剂的组分和含量(按重量百分比)为：中性QF钎剂：99.0～99.7％；ZnSiF₆：0.3～1.0％。

2、根据权利要求1所述的一种无腐蚀性氟化物钎剂，其特征在于：所述的中性QF钎剂其K⁺/Al³⁺比为1.9175。

3、制备权利要求1所述的一种无腐蚀性氟化物钎剂的工艺方法，其特征在于，按以下步骤制备：(1)将已知组成的Al(OH)₃与热KOH溶液反应制成KAlO₂的澄清溶液，制备过程中通过滴加KOH使溶液呈中性，此时的K⁺/Al³⁺比正好为1.9175；(2)将按步骤(1)所得的溶液加入适量的HF转化，则沉淀析出KAlF₄和K₃AlF₆的混合物；(3)将按步骤(2)所得的混合物蒸干并在200℃烘烤以除去少量游离酸，则得到中性QF钎剂；(4)将中性QF钎剂和ZnSiF₆粉末按配方比例称重混合；(5)将按步骤(4)所得的混合粉末置于研钵中加适量蒸馏水搅拌研磨，直至均匀；(6)在150℃下保温2小时烘干水份；(7)冷却后再研磨成细粉末，即获得无腐蚀性氟化物钎剂。