CN102935558B - 用于焊接铝铜构件的自钎钎料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于焊接铝铜构件的自钎钎料，它是由氟化物12-15%（氟化铝30-80%，氟化铯5-35%，余量为氟化钾），铪0.01-0.3%，锗0.01-0.8%，镍0.05-2%，铜0.8-3%，硅5-17%，余量为铝按照下述方法制备而成：将原料铪、锗、镍、铜、硅和铝入真空炉中冶炼、雾化成细粉，然后与氟化物粉均匀混合、压制成复合锭，将复合锭直接挤压成丝或管，将丝绕制成卷或将管切成环状即可得到自钎钎料成品。本发明的优点在于在现有的Al-Si-Cu-Ni合金系钎料基础上引入微量元素Ge、Hf，既降低了钎料熔化温度，有助于避免焊接中铝母材的烧损，又同时提高了钎料的强度和塑性，有助于改善钎焊接头的力学性能，而钎料塑性的改善又可使产品生产效率得以提高。

Description

用于焊接铝铜构件的自钎钎料的制备方法

技术领域

本发明涉及铝铜及其合金的钎焊用钎料，尤其是涉及一种用于焊接铝铜构件的自钎钎料的制备方法。

背景技术

铝合金在工业生产和社会生活中的应用非常广泛，由于比重小、导电、导热性好、铸造性、塑性和机械加工性优良，铝合金在现代工业材料中的重要作用不可替代。采用3系（如3003铝合金）、6系（如6061铝合金）高强铝合金制造全铝结构零部件以替代铜质结构部件，已经成为全世界制造业的发展方向。但是铝铜构件的焊接难题也越来越多。

铝铜构件焊接中存在的主要问题不仅因为铝表面极易形成致密氧化膜，影响钎焊时钎料的流动性，同时还因为铝合金钎焊时极易烧损。所以，在钎焊铝质构件时要严格控制钎焊温度，温度过高将引起母材性能恶化甚至使零件报废，温度太低又使钎料不能实现有效漫流，从而影响钎焊质量。所以希望研制出一种新型钎料，该钎料的熔点相对较低，而钎焊强度相对较高。

铝硅自钎钎料是铝铜钎焊连接的最新发展方向。随着铝铜钎焊的自动化发展，无腐蚀免清洗钎焊技术的提倡以及以铝代铜技术的逐步深入，市场对铝硅自钎钎料的需求越来越大。但是，目前铝硅自钎钎料存在一些不足：钎料中硅含量较高，钎料较脆、加工性差；钎料熔点较高（固相线温度577℃，液相线温度600℃以上），与3系、6系高强铝合金的熔点非常接近，钎焊比较困难；钎料钎焊接头强度较低，不能满足工程应用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于焊接铝铜构件的具有高强度、高塑性、低熔点特点的自钎钎料制备方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的用于焊接铝铜构件的自钎钎料的制备方法，它是由氟化物以及铪、锗、镍、铜、硅和铝原料按下述质量百分配比和方法制备而成:

配比:

氟化物：12-15%，铪（Hf）：0.01-0.3%，锗（Ge）：0.01-0.8%，镍（Ni）0.05-2%，铜(Cu)：0.8-3%，硅(Si)：5-17%，余量为铝（Al）；所述氟化物包括：氟化铝 (AlF₃)30-80%，氟化铯 (CsF)5-35%，余量为氟化钾(KF)；

制备方法：

首先将原料铪、锗、镍、铜、硅和铝入真空炉中冶炼、雾化成细粉，然后与氟化物粉均匀混合、压制成复合锭，将复合锭直接挤压成丝或管，将丝绕制成卷或将管切成环状即可得到自钎钎料成品。

上述的制备方法包括下述具体步骤：

第一步，将金属锗与部分铝原料熔炼成中间合金A1，该中间合金A1中金属锗与铝的重量比为Al:Ge=95:5；将金属铪与部分铝原料熔炼成中间合金A2，该中间合金A2中金属铪与铝的重量比为Al: Hf = 99:1；

第二步，将剩余的铝原料在真空炉中熔化后，炉中铝液温度升至650-800℃后加入原料硅，保温10-20分钟后得到铝-硅中间合金液；

第三步，将原料铜、镍依次加入第二步得到的铝-硅中间合金液中，当熔液温度升至750-950℃后，保温10-20分钟，得到铝-硅-铜-镍中间合金液；

第四步，将第一步得到的中间合金A1、A2依次加入到第三步得到的铝-硅-铜-镍中间合金液中，充分熔化后用碎玻璃与冰晶石的混合物覆盖，保温10-20分钟，真空雾化成金属细粉；

第五步，将第四步得到的金属细粉与氟化物粉均匀混合、压制成型、真空烧结成复合锭；

第六步，将上述复合锭一次挤压成丝或管，将丝进行绕制、管切成环形即可得到自钎钎料成品。

丝状钎料的直径为0.8-3mm，一般取300-500mm绕成一卷。环状钎料的环径为10-50mm，丝径1.0-3mm。

第五步中所用的氟化物粉为研磨而成的目数为150的细粉。

本发明的优点在于在钎焊领域现有的Al-Si-Cu-Ni合金系钎料基础上引入微量元素Ge 、Hf，微量的Ge易与Al形成低熔点共晶，降低钎料熔点，Ge的添加又使体系中共价键减少，金属键增加，有利于改善合金本征的脆性；Hf的熔点较高，有好的抗氧化性和耐高温特性，在Al中能微量固溶，形成低熔共晶，且会加速固溶体分解、细化钎料晶粒，既降低了钎料熔化温度，有助于避免焊接中铝母材的烧损，又同时提高了钎料的强度和塑性，有助于改善钎焊接头的力学性能，而钎料塑性的改善又可使产品生产效率得以提高。

本发明自钎钎料的有益效果具体体现在：

1、与同类自钎钎料相比，本发明的自钎钎料具有强度高、塑性好、熔点低的特点，作为钎料用于铝铜构件钎焊时，具有润湿性强、钎缝强度高、塑性好等特点。   

2、本发明的自钎钎料用于火焰钎焊铝铜时，具有操作方便，适用性强的特点，该钎料还可用于铝合金的自动焊，大大提高了生产效率。

3、本发明的自钎钎料与现有铝硅自钎钎料相比，由于塑性显著改善，解决了因硅含量高、脆性大造成的难加工成形的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述。

实施例1：

本发明自钎钎料的配比包括85%的金属组分和15%的氟化物组分，其中金属组分按重量百分比取：0.05%Hf，0.1%Ge，0.5%Ni，1%Cu，8%Si，余量为Al；氟化物按重量百分比取：80%AlF₃，15%CsF，5%KF；

制备方法为：

第一步，将金属Ge与部分Al在中频炉中熔炼成中间合金A1，该中间合金A1中Ge与Al的重量比为Al:Ge=95:5；将高熔点金属Hf与部分Al熔炼成中间合金A2，该中间合金A2中Hf与Al的重量比为Al: Hf = 99:1；

第二步，将剩余的Al原料在真空炉中熔化后，炉中铝液温度升至650-800℃（优选800℃）后加入原料Si（结晶块），保温10-20分钟（优选15分钟）后得到Al-Si中间合金液；

第三步，将原料Cu、Ni依次加入第二步得到的Al-Si中间合金液中，当熔液温度升至750-950℃（优选900℃）后，保温10-20分钟（优选15分钟），得到Al-Si-Cu-Ni中间合金液；

第四步，将第一步得到的中间合金A1、A2依次加入到第三步得到的Al-Si-Cu-Ni中间合金液中，充分熔化后用碎玻璃与冰晶石的混合物（碎玻璃与冰晶石的重量比为1︰1）覆盖，保温10-20分钟（优选20分钟），真空雾化成金属细粉；

第五步，将氟化物研磨成150目的细粉，与第四步得到的金属细粉均匀混合、压制成型、真空烧结（烧结温度450℃）成复合锭；

第六步，将上述复合锭等温层流连续挤压成丝或管，将丝进行绕制、管切成环形即可得到直径为0.8～3mm、长300～500 mm的棒状自钎钎料或环径10～50mm、丝径1.0～3mm的环状自钎钎料成品。

复合锭进行挤压时，采用等温层流连续挤压，挤压前复合锭要预热，预热温度150℃，预热时间30min。

在以下实施例中，除所用原料的配方有所变化外，制备方法与实施例1相同。

实施例2：

本发明自钎钎料的配比包括86%的金属组分和14%的氟化物组分，其中金属组分按重量百分比取：0.05%Hf，0.1%Ge，0.8%Ni，1%Cu，9%Si，余量为Al；氟化物按重量百分比取：70%AlF₃，25%CsF，5%KF。

实施例3：

本发明自钎钎料的配比包括87%的金属组分和13%的氟化物组分，其中金属组分按重量百分比取：0.15%Hf，0.2%Ge，0.8%Ni，1.2%Cu，10%Si，余量为Al；氟化物按重量百分比取：65%AlF₃，30%CsF，5%KF。

实施例4：

本发明自钎钎料的配比包括88%的金属组分和12%的氟化物组分，其中金属组分按重量百分比取：0.15%Hf，0.3%Ge，0.8%Ni，1.2%Cu，10%Si，余量为Al；氟化物按重量百分比取：55%AlF₃，28%CsF，17%KF。

实施例5：

本发明自钎钎料的配比包括85%的金属组分和15%的氟化物组分，其中金属组分按重量百分比取：0.15%Hf，0.3%Ge，1%Ni，1.3%Cu，11%Si，余量为Al；氟化物按重量百分比取：45%AlF₃，35%CsF，20%KF 。

实施例6：

本发明自钎钎料的配比包括86%的金属组分和14%的氟化物组分，其中金属组分按重量百分比取：0.2%Hf，0.4%Ge，1%Ni，1.3%Cu，12%Si，余量为Al；氟化物按重量百分比取：30%AlF₃，35%CsF，35%KF。

实施例7：

本发明自钎钎料的配比包括87%的金属组分和13%的氟化物组分，其中金属组份按重量百分比取：0.2%Hf，0.5%Ge，1%Ni，1.5%Cu，14%Si，余量为Al；氟化物按重量百分比取：65%AlF₃，5%CsF，30%KF。

实施例8：

本发明自钎钎料的配比包括88%的金属组分和12%的氟化物组分，其中金属组份按重量百分比取：0.2%Hf，0.5%Ge，1.5%Ni，2%Cu，16%Si，余量为Al；氟化物按重量百分比取： 55%AlF₃，10%CsF，35%KF。

Claims (2)

1.一种用于焊接铝铜构件的自钎钎料的制备方法，其特征在于：它是由氟化物以及铪、锗、镍、铜、硅和铝原料按下述质量百分配比和方法制备而成:

配比:

氟化物：12-15%，铪：0.01-0.3%，锗：0.01-0.8%，镍：0.05-2%，铜：0.8-3%，硅：5-17%，余量为铝；所述氟化物包括：氟化铝 30-80%，氟化铯 5-35%，余量为氟化钾；

制备方法：

第一步，将金属锗与部分铝原料熔炼成中间合金A1，所述中间合金A1中金属锗与铝的重量比为Al:Ge=95:5；将金属铪与部分铝原料熔炼成中间合金A2，所述中间合金A2中金属铪与铝的重量比为Al: Hf = 99:1；

第二步，将剩余的铝原料在真空炉中熔化后，炉中铝液温度升至650-800℃后加入原料硅，保温10-20分钟后得到铝-硅中间合金液；

第三步，将原料铜、镍依次加入第二步得到的铝-硅中间合金液中，当熔液温度升至750-950℃后，保温10-20分钟，得到铝-硅-铜-镍中间合金液；

第四步，将第一步得到的中间合金A1、A2依次加入到第三步得到的铝-硅-铜-镍中间合金液中，充分熔化后用碎玻璃与冰晶石的混合物覆盖，保温10-20分钟，真空雾化成金属细粉；

第五步，将第四步得到的金属细粉与氟化物粉均匀混合、压制成型、真空烧结成复合锭；

第六步，将上述复合锭一次挤压成丝或管，将丝进行绕制、管切成环形即可得到自钎钎料成品。

2.根据权利要求1所述的用于焊接铝铜构件的自钎钎料的制备方法，其特征在于：所述氟化物粉的目数为150。