CN102717207B - 一种中温无腐蚀铝钎剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种中温无腐蚀铝钎剂及其制备方法，属铝及铝合金的钎焊材料领域。本发明组元的质量百分比为：三氟化铝35~45%、氟化钾32~42%、氯化钾15~25%、二氯化锌1~5%、氟化锂和氟化钠中的一种或两种1~5%。其制备方法为去离子水沸煮法，步骤为：（1）按钎剂配方将所需试剂脱水、真空干燥，研磨成粉末；（2）按钎剂配方称量试剂粉末；（3）在称量好的试剂中加入去离子水，制成均匀混合液；（4）将混合液加热至沸腾，并保温5~10分钟，直至混合液被蒸干；（5）将蒸干的药剂取出，真空干燥后研磨成100目~200目的粉末。本发明不吸潮，对钎焊接头无腐蚀性；对火焰的适应性好，适合用于铝及铝合金的火焰钎焊和炉中钎焊。

Description

一种中温无腐蚀铝钎剂及其制备方法

技术领域

    本发明涉及一种中温无腐蚀铝钎剂及其制备方法，适用于铝及铝合金的火焰钎焊及炉中钎焊，属于钎焊材料领域。

背景技术

铝及铝合金具有优良的物理、化学性能，良好的加工、表面处理和耐腐蚀性能，在航空航天、汽车、机械制造、电子、化工、轻工等领域获得了广泛的应用。而钎焊作为一种重要的材料连接技术，具有焊后工件热应力小，变形小的优点，且适用于多缝多零件的一次性连接成形，一直是铝及铝合金零部件加工制造的常用工艺。但铝及其合金的钎焊性较钢、铜及铜合金的钎焊性差的多，原因在于铝及其合金表面易形成一层极为致密的氧化膜。在火焰钎焊和炉中钎焊时，需要配合专用的铝钎剂，以除去铝及铝合金表面的氧化膜。

1963年一篇荷兰的专利首先提出了利用AlF₃-KF共晶盐作为铝用钎剂，其主要成分为KAlF₄。AlF₃-KF钎剂具有去氧化膜效果好、不潮解、无腐蚀、焊后不用清洗等优点。AlF₃-KF钎剂的出现，解决了部分传统氯化物钎剂易潮解，焊后残渣腐蚀性强的问题，很快被推广采用。

但是，AlF₃-KF钎剂有一个很大的缺点——熔点偏高，AlF₃-KF共晶成分钎剂的理论熔点为558℃。由于钎焊中钎剂的熔点必须低于钎料的熔点，这样钎剂才能先于钎料熔化，去除铝表面氧化膜并保护钎料免于氧化。所以，AlF₃-KF钎剂目前只能配合熔点较高的Al-Si钎料（共晶成分熔点577℃）使用。基于钎焊温度高于钎料熔点30℃~50℃的原则，这样钎焊温度就被抬高到600℃左右。但是，绝大多数铝合金的熔点或过烧温度低于600℃，所以在对这些熔点较低的铝合金进行钎焊时，无法采用AlF₃-KF钎剂。目前，AlF₃-KF钎剂只适用于熔点较高的纯铝和3003等少数铝合金的钎焊。而且，AlF₃-KF钎剂不太适合进行火焰钎焊，这是因为在火焰钎焊时，可燃气体燃烧以后的废气主要是CO₂和水蒸气，水蒸气在高温作用下使AlF₃-KF钎剂的主要成分KAlF₄水解，而使钎剂失效。

为了解决AlF₃-KF钎剂熔点较高的问题，从上世纪六十年代开始，众多学者尝试在AlF₃-KF二元钎剂中加入第三种组元，以降低AlF₃-KF钎剂的熔点。1964年，Thoma发表了KF-AlF₃-LiF系熔盐相图的报道，这个相图指出组成为、、处为有一温度为490℃的三元共晶点。Yamawaki根据Thoma的相图申报了这个成分钎剂的专利保护。但经后续学者的反复实验，证明Yamawaki的专利不可信，连同Thoma的相图也被后来学者所质疑。

Hu Jia，Zhang Qiyun在《Thermochimica Acta》，404（2003）3-7上发表的论文“Investigation of pseudo-ternary system AlF₃–KF–KCl”中论及AlF₃–KF–KCl三元系相图的研究，发现在、的成分点处， AlF3–KF–KCl三元体系有理论熔点为534℃的共晶点。但该文献只是对此三元体系进行了理论研究，对该体系钎剂的潮解性，去除氧化膜的能力和钎剂的腐蚀性都没有进行研究，且钎剂534℃的熔点也略高。

上世纪60年代，有学者提出CsF-AlF₃、AlF₃-KF-CsF、AlF₃-RbF、AlF₃-InF、和AlF₃-BeF钎剂，该类钎剂存在温度较低（460℃左右）的成分点，但该类钎剂中都含有大量的贵金属盐，成本昂贵，根本无法大规模工业应用。

所以，研制一种熔点较低、不吸潮、无腐蚀性、价格低廉且适合用于火焰钎焊的新型铝钎剂，对铝及铝合金钎焊技术的发展有重大的意义。

发明内容

    本发明为解决目前AlF₃-KF钎剂熔点过高，且不太适合于火焰钎焊的问题，提供了一种中温无腐蚀铝钎剂及其制备方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明是通过以下措施实现的：

本发明钎剂由三氟化铝、氟化钾、氯化钾、二氯化锌和氟化锂或氟化钠中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35~45%、氟化钾32~42%、氯化钾15~25%，二氯化锌1~5%，氟化锂或氟化钠中的一种或两种之和1~5%。

本发明提出的中温无腐蚀铝钎剂的制备步骤为：

（1）将分析纯试剂三氟化铝、氟化钾、氯化钾、二氯化锌、氟化锂、氟化钠在300℃~400℃下分别脱水3~4小时；再放入真空干燥箱中，在110℃~150℃、真空度为-0.05~-0.1MPa条件下干燥12~16小时，干燥完毕后将试剂研磨成粉末。

（2）按钎剂配方称出试剂粉末放入坩埚中，加入60℃~100℃的去离子水，用玻璃棒不停搅拌，使其混合均匀，制成混合液。

（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，期间不断搅拌，保温5~10分钟直至混合液被蒸干。

（4）将坩埚取出，放入温度为110℃~150℃的真空干燥箱中，在真空度为-0.05~-0.1MPa条件下，干燥16~24小时。

（5）将完全干燥的药剂从坩埚中取出，制成100~200目的粉末，即为成品钎剂。

本发明的一种无腐蚀铝钎剂及其制备方法具有的优点：

（1）通过在AlF₃-KF二元体系中加入一定量的氯化钾、氟化锂、氟化钠，使钎剂的熔点由558℃下降到524℃~543℃；本发明钎剂不但可钎焊纯铝和3003铝合金，还可钎焊部分5系列和6系列的铝合金；

（2）在本发明钎剂中加入的二氯化锌中的Zn²⁺阳离子可与铝母材发生反应，提高钎剂的活性，使其去除铝合金表面氧化膜的能力增强，从而提高了钎料的润湿性和填缝能力；

（3）本发明钎剂在火焰钎焊时，钎剂熔化后KCl和ZnCl包裹着KAlF₄，使KAlF₄与火焰燃烧后的废气隔开，避免了KAlF₄的水解失效，钎剂的火焰适应性大幅度提高。

（4）本发明的钎剂制备方法工序简单，成品钎剂不吸潮，在大气中长期保存不失效；使用该种钎剂钎焊后，钎剂残渣不吸潮，对接头无腐蚀性。

（5）制备工艺简单，原料价格低廉，适宜于大规模工业应用。

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和表2所示；

本发明钎剂的制备步骤如下：

（1）将分析纯三氟化铝、氟化钾、氯化钾、二氯化锌、氟化锂、氟化钠在300℃下脱水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，干燥完毕后将试剂研磨成粉末；（2）按钎剂配方称出试剂粉末放入坩埚中，加入60℃~100℃的去离子水，用玻璃棒不停搅拌，使其混合均匀，制成混合液；（3）将混合液放入400℃的坩埚炉中煮沸5~10分钟，期间不断搅拌，直至混合液被蒸干；（4）然后将坩埚取出，放入真空干燥箱中，在110℃、真空度为-0.07MPa条件下，将蒸干药剂干燥24小时；（5）将完全干燥的药剂从坩埚中取出，研磨成100~200目的白色粉末，即为本发明钎剂成品。

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共晶钎料和Al-Si-Cu-Ni钎料使用时的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和表2所示。

表1  钎剂使用效果表（Al-Si共晶钎料）

表2  钎剂使用效果表（Al-Si-Cu-Ni钎料）

Claims (2)

1.一种中温无腐蚀铝钎剂，其特征是由三氟化铝、氟化钾、氯化钾、二氯化锌及氟化锂与氟化钠中的一种或两种所组成，其成分的质量百分比为：三氟化铝35～45％、氟化钾32～42％、氯化钾15～25％、二氯化锌1～5％、氟化锂和氟化钠中的一种或两种1～5％。

2.如权利要求1所述的一种中温无腐蚀铝钎剂的制备方法，其特征在于制备步骤为：

(1)将分析纯试剂三氟化铝、氟化钾、氯化钾、二氯化锌、氟化锂、氟化钠在300℃～400℃下分别脱水3～4小时；再放入真空干燥箱中，在110℃～150℃、相对真空度为-0.05～-0.1MPa条件下干燥12～16小时，干燥完毕后将试剂研磨成粉末；

(2)按钎剂配方称出试剂粉末放入坩埚中，加入60℃～100℃的去离子水，用玻璃棒不停搅拌，使其混合均匀，制成混合液；

(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，期间不断搅拌，保温5～10分钟直至混合液被蒸干；

(4)将坩埚取出，放入温度为110℃～150℃的真空干燥箱中，在真空度为-0.05～-0.1MPa条件下，干燥16～24小时；

(5)将完全干燥的药剂从坩埚中取出，制成100～200目的粉末，即为成品钎剂。