CN101134273A - 一种中温急冷铝钎料及制备方法 - Google Patents

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邹家生
赵其章
罗新锋
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本发明的一种中温急冷铝钎料及制备方法，具体涉及一种钎焊铝及铝合金的Al－Si－Cu－Zn急冷钎料及制备方法，属于铝及铝合金的连接材料领域。钎料的组分和含量(按质量百分数配比)为：Si：5.0～12.5％；Cu：15.0～30.0％；Zn：2.5～7.5％；Sr：0.001～0.5％；其余为Al。该钎料采用单辊急冷技术制备。该钎料的熔化温度为500～525℃，钎焊温度530～570℃，适用于固相线温度在530℃以上的铝及铝合金的钎焊，适用的钎焊方法有火焰钎焊、炉中钎焊、气保护钎焊及盐浴钎焊等。采用该钎料，配合QJ201钎剂炉中钎焊纯铝和6063铝合金，钎料工艺性明显好于常规熔炼技术制备的同成分钎料，接头剪切强度大于80MPa。

Description

一种中温急冷铝钎料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种中温急冷铝钎料及制备方法，具体涉及一种钎焊铝及铝合金的Al-Si-Cu-Zn急冷钎料以及制备方法，属于铝及铝合金的连接材料领域。
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。目前发展比较成熟的铝钎料主要是Al-Si共晶钎料，但Al-Si钎料的液相线温度过高(共晶点577℃)，只能钎焊纯铝和少数几种熔点较高的铝合金。因此，研发较低熔化温度的中温铝基钎料已成为该领域的研究热点之一。在Al-Si钎料中加入Cu、Zn等元素，可以降低钎料熔点，但使钎料脆性增加、耐蚀性变差，钎焊接头强度降低；加入合金元素Ge、Mg的Al-Si-Ge-Mg钎料具有低熔化温度和足够接头强度，但锗的价格使的这种钎料过于昂贵且填缝性较差。近年来有人在Al-Si-Cu钎料的基础上加Ni、Sn等元素来获得降低熔点，提高钎料综合性能的效果，但每种钎料均存在制备困难、工艺性、耐蚀性不佳等问题，未能获得广泛应用。应此，研发一种具有优良工艺性和接头力学性能的中温铝钎料及其制备方法是铝及铝合金连接材料领域急待解决的技术问题。
发明内容：
技术问题：本发明的目的是为了解决目前常用的Al-Si钎料熔点偏高的问题，提供一种熔点较低的中温急冷铝钎料以及制备方法。它采用单辊急冷技术制备Al-Si-Cu-Zn急冷钎料，并用于连接铝及铝合金，保证良好的钎焊工艺性和接头力学性能。
技术方案：为了实现上述目的，本发明的中温急冷铝钎料，其特征在于：该钎料的组分及含量(按质量百分比)为：Si：5.0～12.5％；Cu：15.0～30.0％；Zn：2.5～7.5％；Sr：0.001～0.5％；其余为Al。
上述急冷钎料是按下述步骤和工艺制备而成的：
(1)将按上述配比的原料由常规铝合金熔炼方法制备成急冷钎料的母合金，将其粉碎后，装入HVDS-II高真空单辊甩带机的石英玻璃管内。石英管喷嘴呈长方形，其长度为a＝6-8mm；宽度b＝0.5-1mm；
(2)将石英玻璃管夹装在甩带机的感应加热圈中，并将其喷嘴至铜辊表面间距调整成bn＝1-2mm，以保证喷射在铜辊上的液体是平板流，而形成稳定流状态；
(3)关闭炉门，采用机械泵抽真空至1.5×10-1Pa，分子泵抽高真空至3×10-3Pa，然后腔体充满高纯Ar气至100-200mbar；
(4)开启高频电源，将石英玻璃管内的母合金高频感应加热至完全均匀熔融后，其熔喷温度T＝903-953K，保温过热熔体1～2分钟；
(5)开启电机，使铜辊转速us＝28-32m/s(铜辊直径为230mm，铜辊宽度为40mm)；
(6)将Ar气压力调至p＝40～60kPa，用高压氩气将石英玻璃管内的过热熔体连续喷射到高速旋转的冷却铜辊表面，液态金属由于受到急冷而成箔带状，从而得到本发明急冷钎料。
有益效果：采用上述步骤和工艺制备的中温急冷铝钎料箔带厚度为0.050±0.002mm，且表面光洁，具有良好的韧性。钎料的熔化温度范围为500～525℃，钎焊温度530～570℃。该钎料适用于固相线温度在530℃以上的铝及铝合金的钎焊，适用的钎焊工艺方法有火焰钎焊、炉中钎焊、气保护钎焊及盐浴钎焊等。采用该钎料，配合QJ201钎剂炉中钎焊纯铝和6063铝合金，钎料工艺性明显好于常规熔炼技术制备的同成分钎料，接头剪切强度大于80MPa。
本发明的一种中温急冷铝钎料以及制备方法具有的优点：
(1)在Al-Si钎料中加入Cu、Zn等元素，使钎料的液相线温度比Al-Si共晶钎料下降了60℃左右。采用急冷工艺制备的Al-Si-Cu-Zn急冷钎料又比同成分的常规钎料液相线降低5℃以上，其熔化温度区间也更窄；
(2)由于急冷钎料熔化温度更低，熔化区间更窄，钎料熔化均匀，合金元素的扩散能力强，所以，采用急冷工艺获得的Al-Si-Cu-Zn急冷钎料的润湿性(包括铺展面积和填缝长度)均要明显好于常规钎料；
(3)钎料中加入的微量Sr，可以进一步提高钎料的润湿性，细化钎缝组织，提高钎焊接头性能；
(4)由于钎缝组织冶金质量及钎焊接头区域母材和钎料相互作用的程度不同，采用急冷钎料钎焊的接头强度远高于常规钎料的钎焊接头；
(5)与最近才公开的发明专利CN 1970213A相比，本发明钎料的熔化温度更低，工艺性更好。
具体实施方式：
实施例1：
组分配方：钎料的组分和含量按质量百分比为：Si：7.5％；Cu：20.0％；Zn：2.5％；Sr：0.05％；其余为Al。
制备方法：
(1)将按上述配比的原料由常规铝合金熔炼方法制备成急冷钎料的母合金，将其粉碎后，装入HVDS-II高真空单辊甩带机的石英玻璃管内。石英管喷嘴呈长方形，其长度为a＝6-8mm；宽度b＝0.5-1mm；
(2)将石英玻璃管夹装在甩带机的感应加热圈中，并将其喷嘴至铜辊表面间距调整成bn＝1-2mm，以保证喷射在铜辊上的液体是平板流，而形成稳定流状态；
(3)关闭炉门，采用机械泵抽真空至1.5×10-1Pa，分子泵抽高真空至3×10-3pa，然后腔体充满高纯Ar气至100-200mbar；
(4)开启高频电源，将石英玻璃管内的母合金高频感应加热至完全均匀熔融后，其熔喷温度T＝903-953K，保温过热熔体1～2分钟；
(5)开启电机，使铜辊转速us＝28-32m/s(铜辊直径为230mm，铜辊宽度为40mm)；
(6)将Ar气压力调至p＝40～60kPa，用高压氩气将石英玻璃管内的过热熔体连续喷射到高速旋转的冷却铜辊表面，液态金属由于受到急冷而成箔带状，从而得到本发明急冷钎料。
该钎料的熔化温度范围为511～524℃，钎焊温度为540℃，配合QJ201钎剂炉中钎焊，钎焊纯铝的接头剪切强度为84MPa，钎焊6063铝合金的接头剪切强度为81MPa。
实施例2：
组分配方：钎料的组分和含量按质量百分比为：Si：10.0％；Cu：20.0％；Zn：5.0％；Sr：0.05％；其余为Al。
制备方法：与实施例1制备方法相同。
该钎料的熔化温度范围为508～521℃，钎焊温度为540℃，配合QJ201钎剂炉中钎焊，钎焊纯铝的接头剪切强度为104MPa，钎焊6063铝合金的接头剪切强度为97MPa。

Claims (2)

1.一种中温急冷铝钎料，其特征在于：钎料的组分和含量(按质量百分比)为：Si：5.0～12.5％；Cu：15.0～30.0％；Zn：2.5～7.5％；Sr：0.001～0.5％；其余为Al。
2.制备权利要求1所述的一种中温急冷铝钎料的工艺方法，其特征在于，按下列步骤和工艺进行：(1)将按上述配比的原料由常规铝合金熔炼方法制备成急冷钎料的母合金，将其粉碎后，装入HVDS-II高真空单辊甩带机的石英玻璃管内，石英玻璃管喷嘴呈长方形，其长度为a＝6-8mm；宽度b＝0.5-1mm；(2)将石英玻璃管夹装在甩带机的感应加热圈中，并将其喷嘴至铜辊表面间距调整成bn＝1-2mm，以保证喷射在铜辊上的液体是平板流，而形成稳定流状态；(3)关闭炉门，采用机械泵抽真空至1.5×10-1Pa，分子泵抽高真空至3×10-3pa，然后腔体充满高纯Ar气至100-200mbar；(4)开启高频电源，将石英玻璃管内的母合金高频感应加热至完全均匀熔融后，其熔喷温度T＝903-953K，保温过热熔体1～2分钟；(5)开启电机，使铜辊转速us＝28-32m/s(铜辊直径为230mm，铜辊宽度为40mm)；(6)将Ar气压力调至p＝40～60kPa，用高压氩气将石英玻璃管内的过热熔体连续喷射到高速旋转的冷却铜辊表面，液态金属由于受到急冷而成箔带状，从而得到本发明急冷钎料。
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