CN102862006B - 一种铝合金钎剂纳米粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
环保性好，工艺简单，助焊性好的一种铝合金钎剂纳米粉的制备方法，取无水氯化铝和二水合氟化钾，分别配制成水溶液，无水氯化铝与二水合氟化钾的摩尔比为1:4.33，两种水溶液浓度各为0.40～0.65mol/L，在二水合氟化钾水溶液中加入分散剂和HNO3，分散剂的加入质量为二水合氟化钾质量的5～12%，HNO3的加量是使二水合氟化钾水溶液的pH为2～5，将所述两种水溶液逐量混合，混合液于室温下搅拌至反应完了，分离提取反应后物料中的沉淀物，提取的沉淀物经洗涤后干燥，得主晶相为K2AlF5的铝钎剂纳米粉体。本发明适用制作铝合金钎剂。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料领域中的一种钎焊材料，特别涉及一种纳米铝及铝合金无腐蚀钎剂的制备方法。
背景技术
早期，铝及铝合金钎焊工业中常选用氯化物钎剂来清除铝及其合金表面的氧化膜，但氯化物钎剂具有吸湿，不易保存，钎焊后难以清洗，对母材腐蚀性大等缺点。20世纪70年代迅速发展起来的一种无腐蚀不溶性钎剂(non-corrosive insoluble flux, 简称Nocolok钎剂)很快取代了氯化物钎剂。这是采用KF-AlF3系的共晶点组成的KAlF4与K3AlF6氟铝酸盐作为钎剂。该钎剂具有熔点低、不吸湿、流动性好、制备方便、钎缝无任何焊接缺陷、焊后不需要清洗等优点，被广泛应用于航天工业、军事工业、化学工业、机械制造、汽车工业、仪表及电气工业等领域。传统制备Nocolok钎剂的方法有四种，分别为熔炼法、机械混合法、烧结法和水调法。采用上述方法制备的氟铝酸钾钎剂含有游离的氟化物，这些游离的氟化物易溶于水，对焊接工作有腐蚀。其中的机械混合法还存在吸潮性强和成分容易不均匀等缺点；熔炼法虽然解决了成分偏析的问题，但仍存在生产耗能高、成本高和易污染等问题。近年来，有报道采用化合法合成Nocolok钎剂(揭晓华, 梁兴华, 卢国辉. 一种纳米粉体铝合金钎剂的制备方法: CN , 101007355A[P], 2007-8-1; 梁兴华, 揭晓华. 焊接设备与材料，2006， 35(2): 51-53; 黄惠平, 揭晓华, 梁兴华, 卢国辉. 热加工工艺, 2008, 37 (9) : 1-3; 张慧, 尹淑梅, 张则甡,李宁. 化学工业与工程, 2004, 21 (3): 1-2)。化合法可制得粒径极小、成分均匀准确、熔点低、钎焊性能好的钎剂粉体，但是制备过程中无一例外地引入了氢氟酸(HF)，其对人体伤害极大，在操作上难以控制，不利于环保，这些都为工业化生产后废液的处理带来较大的麻烦。
开发出一种环保性好、工艺简单、原料易得、成本低廉的在水溶液体系和常温常压下制备形貌规则、成分均匀、助焊性能良好的纳米氟铝酸钾钎剂，将是目前焊接材料领域钎剂类产品开发研究的方向和重点。
发明内容
本发明要解决现有氟铝酸钾钎剂制备工艺中存在的问题，这些问题主要是制备中由于用料选择的原因，对作业人员身体健康伤害大，对环境不利影响大，制备操作控制难度大，为此提供本发明的一种铝合金钎剂纳米粉的制备方法。本发明以无水氯化铝（AlCl3）和二水合氟化钾（KF·2H2O）为原料，加入一定量的分散剂，通过HNO3调节pH，利用化学沉淀法制备主晶相为K2AlF5的铝合金钎剂钠米粉体；本发明工艺简单，环保性好，对人员健康危害小。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案其特殊之处在于：取无水氯化铝和二水合氟化钾，分别配制成水溶液，无水氯化铝与二水合氟化钾的摩尔比为1: 4.33，两种水溶液浓度各为0.40～0.65 mol/L，在二水合氟化钾水溶液中加入分散剂和HNO3，分散剂的加入质量为二水合氟化钾质量的5～12%，HNO3的加量是使二水合氟化钾水溶液的pH为2～5，将所述两种水溶液逐量混合，混合液于室温下搅拌至反应完了，分离提取反应后物料中的沉淀物，提取的沉淀物经洗涤后干燥，得主晶相为K2AlF5的铝钎剂纳米粉体。
本发明所述分散剂可以是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、烷基磷酸酯二乙醇胺盐抗静电剂P、脂肪醇聚氧乙烯醚IW、酯季铵盐型阳离子表面活性剂1227、脂肪醇聚氧乙烯醚硅烷WA、溴代十六烷基吡啶中的一种。
本发明所述两种水溶液逐量混合是指所述两种水溶液各以各自的速度v流注于一混合容器混合，v=V/t，v为单位时间内水溶液流注于混合容器的体积，V为水溶液总体积，t为水溶液完全流注于混合容器所需时间，所述t为25～45分钟。
所述混合液于室温下搅拌至反应完了是指所述两种水溶液逐量混合的同时于室温下搅拌直至两种水溶液完全混合后再继续搅拌0.5～1小时。本发明反应后体系中沉淀物经离心分离，分离出的沉定物经水洗涤后再乙醇洗涤，可以是水洗二次，再乙醇洗一次，洗涤后于120℃真空干燥，得本发明的铝钎剂纳米粉体。
分散剂（Dispersant）在制备纳米粉体的过程中被广泛应用，其作用在于阻止粉体的团聚，加入分散剂可以达到控制粉体状态、粒径和形貌的效果，不同的分散剂在制备某一特定纳米粉体时有其最佳用量。适合本发明的分散剂可以是非离子型，如：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、烷基磷酸酯二乙醇胺盐抗静电剂P、脂肪醇聚氧乙烯醚IW；阳离子型，如酯季铵盐型阳离子表面活性剂1227、脂肪醇聚氧乙烯醚硅烷WA、阴离子型，如溴代十六烷基吡啶。
在本反应中，无水氯化铝水溶液和二水合氟化钾水溶液以逐量加入至一溶器中混合，在分散剂存在的情况下，逐量加入有利于分散剂在生成的产物固体颗粒表面吸附，形成保护层，防止产物颗粒长大和团聚；如果两种水溶液同时一次性加入混合，或者逐量加入速度过快，这种情况下分散剂不能及时充分地吸附于产物颗粒表面，生成的粉体颗粒容易团聚，粉体粒径变大。
本发明的制备方法不使用对人体有害的氢氟酸，可谓是绿色环保；本发明工艺简单、生产成本低，本发明的产品钎剂粉体粒径小、形貌规则、成分均匀，助焊性能良好。
附图说明
图1为实施例1制得的纳米铝钎剂的扫描电子显微镜照片；
图2为实施例1制得的纳米铝钎剂的X射线粉末衍射图；
图3为实施例1制得的纳米铝钎剂的差热失重曲线图。
具体实施方式
实施例1
室温下将31.14 g 二水合氟化钾配制成650 ml浓度为0.5 mol/L的氟化钾水溶液，将1.71 g聚乙烯吡咯烷酮加入并溶解于所述水溶液(二水合氟化钾与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1: 0.05)，再于所述水溶液中加入硝酸调节溶液pH=3；称取10.00 g无水AlCl3，配制成150ml浓度为0.5 mol/L的AlCl3水溶液。然后将氟化钾水溶液和AlCl3水溶液分别以20 毫升/分钟和5毫升/分钟的滴速在常温常压下混合，同时用磁力搅拌器搅拌，滴加完后继续搅拌30 min。将生成的沉淀离心分离，所得沉淀物蒸馏水洗涤2次，再乙醇洗涤1次，最后在120 ℃真空干燥，得到平均粒径为50 nm、熔点为557 ℃的棒状铝钎剂粉体。
实施例2
室温下将36.66 g 二水合氟化钾配制成650 ml浓度为0.6 mol/L的氟化钾水溶液，然后称取4.40 g溴代十六烷基吡啶溶于上述水溶液(二水合氟化钾与溴代十六烷基吡啶的质量比为1: 0.12)，加入硝酸调节溶液pH=4；称取11.77 g无水AlCl3，配制成250 ml浓度为0.35mol/L的AlCl3水溶液。然后将上述前、后两种溶液分别以15 毫升/分钟和6 毫升/分钟的滴速在常温常压下混合，同时用磁力搅拌器搅拌，滴加完后继续搅拌1h。将生成的沉淀离心分离，所得沉淀物蒸馏水洗涤2次，乙醇洗涤1次，最后在120 ℃真空干燥，所制的粉体为棒状、尺寸为70 nm。
实施例3
室温下将20.09 g 二水合氟化钾配制成500 ml浓度为0.4 mol/L的氟化钾水溶液，然后称取1.41 g抗静电剂P-烷基磷酸酯二乙醇胺盐溶于上述钾盐溶液(二水合氟化钾与抗静电剂P的质量比为1: 0.07)，加入硝酸调节溶液pH=5；称取6.45 g无水AlCl3，配制成200 ml浓度为0.24 mol/L的AlCl3水溶液。然后将前、后两种溶液分别以20 毫升/分钟和8毫升/分钟的滴速在常温常压下混合，同时用磁力搅拌器搅拌，滴加完后继续搅拌1.5h。将生成的沉淀离心分离，所得沉淀物蒸馏水洗涤2次，乙醇洗涤1次，最后在120 ℃真空干燥，所制的粉体为棒状、尺寸为90 nm。
实施例4
室温下将27.50 g 二水合氟化钾配制成450 ml浓度为0.65 mol/L的氟化水溶液，然后称取1.65 g季铵盐型阳离子表面活性剂1227溶于上述水溶液（二水合氟化钾与季铵盐型阳离子表面活性剂1227的质量比为1: 0.06），加入硝酸调节溶液pH=5；称取8.83 g无水AlCl3，配制成150 ml浓度为0.44 mol/L的AlCl3水溶液。然后将是样前、后两种溶液分别以15 毫升/分钟和5毫升/分钟的滴速在常温常压下混合，同时用磁力搅拌器搅拌，滴加完后继续搅拌2h。将生成的沉淀进行离心分离，所得沉淀物蒸馏水洗涤2次，乙醇洗涤1次，最后在120 ℃真空干燥，所制的粉体为类球形、尺寸为80 nm。
Claims (3)
1.一种铝合金钎剂纳米粉的制备方法，其特征是取无水氯化铝和二水合氟化钾，分别配制成水溶液，无水氯化铝与二水合氟化钾的摩尔比为1:4.33，两种水溶液浓度各为0.40～0.65mol/L，在二水合氟化钾水溶液中加入分散剂和HNO3，分散剂的加入质量为二水合氟化钾质量的5～12％，HNO3的加量是使二水合氟化钾水溶液的pH为2～5；将所述两种水溶液各以各自的速度v流注于一混合容器混合，v＝V/t，v为单位时间内水溶液流注于混合容器的体积，V为水溶液总体积，t为水溶液完全流注于混合容器所需时间，所述t为25～45分钟；所述两种水溶液混合的同时于室温下搅拌直至两种水溶液完全混合后再继续搅拌0.5～1小时；分离提取反应后物料中的沉淀物，提取的沉淀物经洗涤后干燥，得主晶相为K2AlF5的铝钎剂纳米粉体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、烷基磷酸酯二乙醇胺盐抗静电剂P、脂肪醇聚氧乙烯醚IW、酯季铵盐型阳离子表面活性剂1227、脂肪醇聚氧乙烯醚硅烷WA、溴代十六烷基吡啶中的一种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述分离为离心分离，所述洗涤为水洗涤后再乙醇洗涤，所述干燥为120℃真空干燥。
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