CN102699577B - 一种中温低铯氟铝酸盐钎剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种中温低铯氟铝酸盐钎剂及其制备方法，可用于纯铝及铝合金的炉中和火焰钎焊，属于钎焊材料领域。本发明钎剂成分质量百分比为：三氟化铝32~42%、氟化钾28~36%、氟化铯1~20%、氯化钾和溴化钾中的一种或两种17~22%。所述钎剂可采用去离子水沸煮法或熔炼法进行制备。该钎剂熔点为490℃~521℃，贵金属盐CsF的含量在1%~20%，在空气中不发生潮解，焊后钎剂残渣对接头无腐蚀性，火焰适应性好，适合于铝及铝合金的火焰钎焊和炉中钎焊。
Description
技术领域
本发明涉及一种中温低铯氟铝酸盐钎剂及其制备方法，属于铝及铝合金的钎焊材料领域。
背景技术
铝及铝合金由于具有密度小，热导率和电导率高等优点，在工业中被广泛采用。钎焊相对于熔焊和压焊具有焊接接头变形和应力小，尺寸精度高等优点，是一种常用的铝及铝合金的连接技术。
在铝及铝合金的火焰或炉中钎焊时，首先要选用合适的钎料和低熔点钎剂。钎焊过程中铝钎剂先于钎料熔化，除去铝及铝合金表面致密的氧化膜并保护钎料不被高温氧化，使钎料与母材润湿、填充母材间隙形成牢固的接头。所以，钎剂在铝及铝合金的火焰钎焊和炉中钎焊中起着十分重要的作用。由于钎剂的熔点要低于钎料和母材的熔点，为了满足钎焊低熔点铝合金的要求，低熔点钎剂的开发一直是国内外的研究热点，也是限制钎焊技术在铝合金生产中广泛应用的难点之一。
1986年，学者Suzuki K提出了一种中温不溶性钎剂CsF-AlF3，钎剂的主要成分为氟铝酸铯。该专利指出，此种钎剂的熔化温度是440℃～480℃，专利保护的成分为，该种钎剂有三大优点：(1)钎剂不吸潮，焊后残渣无腐蚀性。解决了传统氯化物钎剂吸潮、腐蚀性强的问题。(2)钎剂熔点较低，适焊铝合金种类多。在该专利中CsF-AlF3无腐蚀钎剂的熔化温度为440℃～480℃，可以钎焊除2系列和7系列之外的大部分铝合金。(3)火焰适应性好。该种钎剂的火焰适应性较常用的无腐蚀AlF3-KF(NOCOLOK)钎剂好，十分适合进行火焰钎焊。但是，CsF-AlF3钎剂中的主要成分为贵金属盐CsF，钎剂价格昂贵，难以应用于大规模的工业生产。为了降低CsF-AlF3钎剂中贵金属盐CsF的含量，很多学者在不断进行新型钎剂的开发。
2001年学者Chen R对AlF3-KF-CsF三元相图进行了研究，指出在AlF3-KF-CsF相图的成分处，存在480℃左右的共晶点。相对于CsF-AlF3钎剂，AlF3-KF-CsF钎剂中CsF含量大大降低，钎剂的主要成分为氟铝酸盐——氟铝酸钾和氟铝酸铯。但是，即使采用AlF3-KF-CsF相图中共晶点成分作为钎剂的成分，钎剂中贵金属盐CsF的含量仍旧偏高(32wt％)，价格依然比较昂贵。
2009年，中南大学贺军四在其硕士毕业论文《氟铝酸铯-氟铝酸钾钎剂的合成》中，根据学者Chen R绘制的相图，用化学法制备出了CsF摩尔百分比为18％的AlF3-KF-CsF钎剂，熔点在520℃左右，但经过换算，钎剂中CsF的质量百分比仍在30％左右。
2003年，Hu Jia，Zhang Qiyun等学者还对AlF3–KF–KCl三元系相图的研究，指出该三元体系有温度为534℃的共晶点。与AlF3-KF-CsF体系相比，该体系不含贵重金属铯，因此可以很大程度上节约钎剂的成本，但该共晶点的熔点(534℃)较高，适合焊接的铝合金种类有限。
上世纪80年代，有学者提出AlF3-RbF、AlF3-InF、和AlF3-BeF钎剂，该类钎剂存在温度较低(480℃左右)的成分点，但RbF、InF和BeF(剧毒)的价格较CsF的价格更高，钎剂更为昂贵，难以推广使用。
综上所述，开发一种无腐蚀、熔点较低且贵金属盐CsF含量较低的新型氟铝酸盐钎剂对铝和铝合金钎焊技术的发展有着重要意义，并具有巨大的经济价值。
发明内容
本发明目的是要解决在低熔点、无腐蚀性CsF-AlF3钎剂中，贵金属盐CsF的含量较高，钎剂的价格昂贵，无法实现大规模的工业应用的技术问题。提出一种中温低铯氟铝酸盐钎剂，钎剂中CsF含量不超过20wt％，熔点为490℃～521℃，钎剂不吸潮、无腐蚀性，且适合进行火焰钎焊。
本发明是通过以下措施实现的：
本发明钎剂由三氟化铝、氟化钾、氟化铯和氯化钾或溴化钾的一种或两种所组成，其具体成分的质量百分比为：三氟化铝32～42％、氟化钾28～36％、氟化铯1～20％，氯化钾或氟化钾中的一种或两种17～22％。
本发明提出的中温低铯氟铝酸盐钎剂的制备方法有二种：
方法一为去离子水沸煮法，具体步骤为：(1)将分析纯试剂三氟化铝、氟化钾、氯化钾、溴化钾、氟化铯在300℃～400℃下分别脱水3～4小时；再放入真空干燥箱，在110℃～150℃、相对真空度为-0.05～-0.1MPa条件下干燥10～12小时，干燥完成后将试剂研磨成粉末；(2)按权利要求1中所述钎剂配方称出试剂粉末放入坩埚中，加入60℃～100℃的去离子水，制成均匀的混合液；(3)将装有混合液的坩埚放入150℃～400℃的坩埚炉中加热，至混合液沸腾，并煮沸5～10分钟，期间不断搅拌至混合液蒸干；(4)将蒸干的药剂从坩埚炉中取出，放入真空干燥箱中，在相对真空度为-0.05～-0.1MPa，110℃～150℃温度下干燥16～24小时，取出后研磨过筛，制成100～200目白色粉末，即为本发明钎剂。
所述钎剂的第二种制备方法为熔炼法，具体步骤为：(1)将分析纯试剂三氟化铝、氟化钾、氯化钾、溴化钾、氟化铯在300℃～400℃下分别脱水4小时；再放入真空干燥箱，在110℃～150℃、相对真空度为-0.05～-0.1MPa条件下干燥10～12小时，干燥完成后将试剂研磨成粉末；(2)按钎剂配方称量试剂粉末，并放入不锈钢或铂金坩埚中；(3)将盛有试剂粉末的坩埚放入坩埚炉中，加热至600℃～700℃，使试剂完全熔化，熔化试剂相互作用形成钎剂熔液，保温5～10分钟后，将坩埚取出炉外冷却，(4)取出冷却后的块状钎剂，放入球磨机中并研磨成100目～200目的粉末。
本发明具有的优点是：
(1)本发明钎剂通过在AlF3-KF-KCl和AlF3-KF-KBr三元体系中加入一定量的CsF，使钎剂的熔点下降到490℃～521℃，可以钎焊除2系列和7系列之外的大部分铝合金。
(2)本发明钎剂相对于现有的AlF3-CsF(CsF：71.4wt％)和AlF3-KF-CsF(CsF：32wt％)两种钎剂，钎剂中贵金属盐CsF的含量(1％～20％)大幅度降低，降低了钎剂的成本。
(3)本发明钎剂热稳定性好，适用于氧-乙炔和液化石油气-氧气作为气源的火焰钎焊，钎剂不吸潮，焊后工件不需清理。
(4)本钎剂的制备方法简单，易于大规模工业生产。
具体实施方式
下面以实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明所述钎剂的具体成分如表1；
表1中钎剂1～钎剂6按照本发明中第一种制备方法进行制备，具体步骤为：将分析纯试剂三氟化铝、氟化钾、氯化钾、溴化钾、氟化铯在300℃下分别脱水4小时；再放入真空干燥箱，在110℃、真空度为-0.07MPa条件下干燥12小时；干燥完成后将试剂研磨成粉末；(2)按权利要求1中所述钎剂配方称出试剂粉 末放入坩埚中，加入60℃～100℃的去离子水，制成均匀的混合液；(3)将装有混合液的坩埚放入150℃～400℃的坩埚炉中加热，至混合液沸腾，并煮沸5～10分钟，期间不断搅拌至混合液蒸干；(4)将蒸干的药剂从坩埚炉中取出，放入真空干燥箱中，在真空度为-0.07MPa，110℃温度下干燥24小时，取出后研磨过筛，制成100～200目白色粉末，即为本发明钎剂。
表1中钎剂7～钎剂11按照本发明中第二种制备方法进行制备，具体步骤为：(1)将分析纯试剂三氟化铝、氟化钾、氯化钾、溴化钾、氟化铯在300℃下分别脱水4小时；再放入真空干燥箱，在110℃、真空度为-0.07MPa条件下干燥12小时；干燥完成后将试剂研磨成粉末；(2)按钎剂配方称量试剂粉末，并放入不锈钢或铂金坩埚中；(3)将盛有试剂粉末的坩埚放入坩埚炉中，加热至600℃～700℃，使试剂完全熔化，熔化试剂相互作用形成钎剂熔液，并保温5～10分钟后，将坩埚取出炉外冷却，(4)取出冷却后的块状钎剂，放入球磨机中并研磨成100目～200目的粉末，即为本发明钎剂。
对上述制得的钎剂进行DTA差热分析实验，以测试钎剂的熔点；并按照GB/T11364-89《钎料铺展性及填缝性试验方法》和GB11363-89《钎焊接头强度试验方法》中规定的要求，对该钎剂配合Al-Si-Cu-Ni钎料使用时的钎料铺展面积和钎焊接头抗剪切强度进行了测试，测试结果如表1所示。 表1 钎剂使用效果表（钎料为Al-Si-Cu-Ni钎料）
Claims (4)
1.一种中温低铯氟铝酸盐钎剂，其特征是由三氟化铝、氟化钾、氟化铯、氯化钾所组成，其成分的质量百分比为：三氟化铝32-42％、氟化钾28-36％、氯化钾17-22％、氟化铯1-20％。
2.根据权利要求1所述的中温低铯氟铝酸盐钎剂，其特征是可应用溴化钾替换氯化钾。
3.根据权利要求1所述的中温低铯氟铝酸盐钎剂，其特征是可应用氯化钾与溴化钾的组合替换氯化钾。
4.根据权利要求1或2或3所述中温低铯氟铝酸盐钎剂的制备方法，其特征是采用去离子水沸煮法，具体步骤为：(1)将分析纯试剂三氟化铝、氟化钾、氯化钾、溴化钾、氟化铯在300℃-400℃下分别脱水3-4小时；再放入真空干燥箱，在110℃-150℃、相对真空度为-0.05--0.1MPa条件下干燥10-12小时，干燥完成后将试剂研磨成粉末；(2)按权利要求1或2或3中所述钎剂配方称出试剂粉末放入坩埚中，加入60℃-100℃的去离子水，制成均匀的混合液；(3)将装有混合液的坩埚放入150℃-400℃的坩埚炉中，加热至混合液沸腾，并保温5-10分钟，期间不断搅拌，直至混合液被蒸干；(4)将蒸干的药剂从坩埚炉中取出，放入真空干燥箱中，在相对真空度为-0.05--0.1MPa，110℃-150℃温度下干燥16-24小时，取出后研磨过筛，制成100-200目白色粉末。
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