CN103231180A - 铝合金低温钎焊钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金低温钎焊钎料，它是由原料锡、镓、铟、铋按下述质量百分配比熔炼而成：锡：25-29%；镓：12-17%；铟：22-26%；余量为铋；其中所用的原料镓也可以替换为镉或铅。本发明制备的铝合金钎焊钎料具有良好的铺展性和间隙填充形，非常适用于铝合金的钎焊。该钎料为铋基钎料，其熔化温度在96-121℃，即固相线温度为96℃，液相线温度为121℃；钎焊温度范围为130-140℃之间，几乎可以应用于所有铝合金的钎焊，扩展了可钎焊铝合金母材的种类。该钎料适用于钎焊的工艺方法包括火焰钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊、真空钎焊、气保护气氛钎焊和超声波钎焊等，钎料可以块状、棒状、片状、粉状、箔状、丝状或颗粒状形式使用。

Description

铝合金低温钎焊钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝及铝合金焊接领域，尤其是涉及一种适用于铝合金火焰钎焊的低温钎焊钎料。

背景技术

铝合金是目前工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为目前研究的热点之一。 纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm³），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝的晶体结构是面心立方结构，故铝具有很高的塑性，易于加工，可制成各种型材、板材，且抗腐蚀性能也较好，但是纯铝的强度很低，退火状态 σ_b 值约为80 MPa，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σ_b 值分别可达 240-600 MPa，使其“比强度”（强度与比重的比值 σ_b/ρ）超过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，如飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重，采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。

软钎料中的锡铅钎料，尤其是共晶成分的锡铅钎料多用于电子产品和电气制品的连接，在电子产品的钎焊过程中，某些对热敏感的电子元器件可能因钎焊热循环温度过高而影响其他方面的性能。而对于非电气制品，一般的钣金件和医疗、食品工业、航空航天工业中的钎焊问题，以及要求较高工作温度或者要求较低温度的场合，仅仅依靠普通锡铅钎料是难以全面满足要求的。因此，除锡铅钎料以外，还需要开发以满足较低温度的软钎料，以满足和适应不同环境条件下的应用，从而扩展铝合金钎料的种类，以适应不断发展的不同温度及工况下钎焊铝合金的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用范围广、固相线熔化温度低于100℃的铝合金低温钎焊钎料。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的铝合金低温钎焊钎料，它是由原料锡（Sn）、镓（Ga）、铟（In）、铋（Bi）按下述质量百分配比熔炼而成：锡：25-29%；镓：12-17%；铟：22-26%；余量为铋；其中所用的原料镓也可以替换为镉（Cd）或铅（Pb）。

该铝合金低温钎焊钎料的制备方法包括下述工序：

第一步，分别称取固体的纯铋块、纯锡块、纯铟块和液态的纯镓四种原料，并按25-29%的锡、12-17%的镓、22-26%的铟及余量为铋的比例对所述四种原料进行配料；

第二步，将按第一步中的质量百分比配制的四种原料放入封闭的坩埚中；

第三步，首先向封闭的坩埚中通入纯氩气，排除空气；然后继续在氩气保护条件下对上述原料加热熔炼，当温度升至160℃±5℃时合金完全熔化，保温10±1min使合金液相成分均匀化；然后持续在氩气保护下将合金液静置冷却，使其凝固为钎料合金块；

第四步，将上述钎料合金块加工成块状、棒状、片状、粉状、箔状、丝状或颗粒状钎料成品。

该铝合金低温钎焊钎料的制备方法还可采用下述工序：

第一步，分别称取固体的纯铋块、纯锡块、纯铟块和液态的纯镓四种原料，并按25-29%的锡、12-17%的镓、22-26%的铟及余量为铋的比例对所述四种原料进行配料；

第二步，将四种原料放入坩埚中，同时在四种原料上撒入一定量的保护熔剂；

第三步，用电炉将四种合金和保护溶剂加热熔炼，当温度升至160℃±5℃时合金完全熔化，并再次撒入一定量的保护熔剂；保温10±1min使合金液相成分均匀化；然后将合金液倒入成型模具中，静置冷却，使其凝固为钎料合金块；

第四步，将上述钎料合金块加工成块状、棒状、片状、粉状、箔状、丝状或颗粒状钎料成品。

所述的保护溶剂为松香或松香、三乙醇胺和溴酸的混合物。

如果将原料镓替换为镉或铅，则制备方法同上。

本发明的优点在于制备的铝合金钎焊钎料具有良好的铺展性和间隙填充形，非常适用于铝合金的钎焊。本发明制备的铝合金低温钎焊钎料为铋基钎料，其熔化温度在96-121℃，即固相线温度为96℃，液相线温度为121℃；钎焊温度范围为130-140℃之间，几乎可以应用于所有铝合金的钎焊，扩展了可钎焊铝合金母材的种类。该钎料适用于钎焊的工艺方法包括火焰钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊、真空钎焊、气保护气氛钎焊和超声波钎焊等，钎料可以块状、棒状、片状、粉状、箔状、丝状或颗粒状形式使用。如采用火焰钎焊工艺钎焊铝合金6063接头时，钎焊搭接接头的抗剪强度可达13-18MPa，钎焊对接接头的抗拉强度可达19-26 MPa。

本发明制备的铝合金低温钎焊钎料中，锡（Sn）元素的熔点低，润湿性好，可与多种金属形成金属间化合物，合金很脆时可以通过控制冷却速度来控制其晶粒度，能够一定程度上盖板钎料的力学性能；铟（In）元素的氧化能力较强，可以防止钎料与母材的氧化并可以改善钎料的润湿性，同时In元素可以固溶于铝合金母材中，起到增强钎焊工件界面强度的作用；原料镉（Cd）、铅（Pb）或镓（Ga）元素的溶点较低，可以降低钎料的熔点，但是必须严格控制添加量，如果加入量过多则会腐蚀铝合金，在钎焊铝合金过程中会产生溶蚀现象，使钎焊产品和工件性能严重下降，由于原料镉（Cd）或铅（Pb）元素可对人体和环境产生不利影响，故应慎用或不用，若选择使用镓（Ga）元素，则成品钎料可成为环保无污染的绿色钎料。

由于本发明钎焊钎料的固相线熔化温度低于100℃，同时钎焊温度的降低也可以减少钎焊加热时所需要的能量，从而也节约了能源。

附图说明

图1是实施例1制备的钎料的金相显微组织形貌图。

图2是实施例1钎料钎焊6063铝合金搭接接头的宏观形貌图。

图3是实施例1钎料钎焊6063铝合金搭接接头的界面金相显微组织形貌图。

具体实施方式

实施例1：

本发明所述的铝合金低温钎焊钎料，它是由质量百分比为26.6%的锡（Sn），15.8%的镓（Ga），22.0%的铟（In）和35.6%的铋（Bi）按下述方法熔炼而成：

第一步，按上述比例分别称取固体的纯铋块、纯锡块、纯铟块和液态的纯镓四种原料进行配料；

第二步，将四种原料放入封闭的坩埚中；

第三步，向封闭的坩埚中通入纯氩气，排除空气；然后继续在氩气保护条件下对上述原料加热熔炼，当温度升至160℃±5℃时合金完全熔化，保温10±1min使合金液相成分均匀化；然后持续在氩气保护下将合金液静置冷却，使其凝固为钎料合金块，该合金钎料的金相显微组织形貌图见图1所示；

第四步，将上述钎料合金块采用机械分割法加工成长条块状钎料。

将铝合金6063试样用砂纸打磨、丙酮清洗去除表面污物，将加工成长条块的钎料置于接头处，并在接头及钎料部位均匀撒布液态钎剂，钎剂作用时间为10秒钟。接头由夹具固定后进行火焰钎焊，钎焊温度范围为130-140℃，接头焊好后冷却至室温。接头火焰钎焊后，外观成形良好，如图2所示，界面金相显微组织形貌图如图3所示；测定钎焊接头的抗剪强度为13.2 MPa，抗拉强度为19.4 MPa。

实施例2：

本发明所述的铝合金低温钎焊钎料，它是由质量百分比为25.0%的锡（Sn），12.0%的镓（Ga），25.8%的铟（In）和37.2%的铋（Bi）按下述方法熔炼而成：

第一步，分别称取固体的纯铋块、纯锡块、纯铟块和液态的纯镓四种原料，并按25-29%的锡、12-17%的镓、22-26%的铟及余量为铋的比例对所述四种原料进行配料；

第二步，将四种原料放入坩埚中，同时在四种原料上撒入一定量的松香（或者将三乙醇胺、溴酸、松香按照5︰3︰2的比例混合使用）；

第三步，用电炉将四种合金和保护溶剂加热熔炼，当温度升至160℃±5℃时合金完全熔化，并再次撒入一定量的保护熔剂；保温10±1min使合金液相成分均匀化；然后将合金液倒入成型模具中，静置冷却，使其凝固为钎料合金块；

第四步，将上述钎料合金块采用机械分割法加工成长条块状钎料。

将铝合金6063试样用砂纸打磨、丙酮清洗去除表面污物，将加工成长条块的钎料置于接头处，并在接头及钎料部位均匀撒布液态钎剂，钎剂作用时间为10秒钟。接头由夹具固定后进行火焰钎焊，钎焊温度范围为130-140℃，接头焊好后冷却至室温。接头火焰钎焊后，外观成形良好，测定钎焊接头的抗剪强度为17.2 MPa，抗拉强度为25.7 MPa。

实施例3：

本发明所述的铝合金低温钎焊钎料，它是由质量百分比为29.0%的锡（Sn），17.0%的镓（Ga），23.4%的铟（In）和30.6%的铋（Bi）按实施例2的方法熔炼而成钎料合金块，然后采用机械分割法将其加工成长条块状钎料。

将铝合金6063试样用砂纸打磨、丙酮清洗去除表面污物，将加工成长条块的钎料置于接头处，并在接头及钎料部位均匀撒布液态钎剂，钎剂作用时间为10秒钟。接头由夹具固定后进行火焰钎焊，钎焊温度范围为130-140℃，接头焊好后冷却至室温。接头火焰钎焊后，外观成形良好，测定钎焊接头的抗剪强度为15.5MPa，抗拉强度为23.2 MPa。

实施例4:

本发明所述的铝合金低温钎焊钎料，它是由质量百分比为27.9%的锡（Sn），13.2%的镓（Ga），26.0%的铟（In）和32.9%的铋（Bi）按实施例2的方法熔炼而成钎料合金块，然后采用机械分割法将其加工成长条块状钎料。

将铝合金6063试样用砂纸打磨、丙酮清洗去除表面污物，将加工成长条块的钎料置于接头处，并在接头及钎料部位均匀撒布液态钎剂，钎剂作用时间为10秒钟。接头由夹具固定后进行火焰钎焊，钎焊温度范围为130-140℃，接头焊好后冷却至室温。接头火焰钎焊后，外观成形良好，测定钎焊接头的抗剪强度为18.3MPa，抗拉强度为26.0 MPa。

实施例5：

本发明所述的铝合金低温钎焊钎料，它是由质量百分比为28.3%的锡（Sn），14.7%的镓（Ga），22.7%的铟（In）和34.3%的铋（Bi）按实施例2的方法熔炼而成钎料合金块，然后采用机械分割法将其加工成长条块状钎料。

将铝合金6063试样用砂纸打磨、丙酮清洗去除表面污物，将加工成长条块的钎料置于接头处，并在接头及钎料部位均匀撒布液态钎剂，钎剂作用时间为10秒钟。接头由夹具固定后进行火焰钎焊，钎焊温度范围为130-140℃，接头焊好后冷却至室温。接头火焰钎焊后，外观成形良好，测定钎焊接头的抗剪强度为16.9MPa，抗拉强度为22.6 MPa。

Claims (5)

1.一种铝合金低温钎焊钎料，其特征在于：它是由原料锡、镓、铟、铋按下述质量百分配比熔炼而成：锡：25-29%；镓：12-17%；铟：22-26%；余量为铋。

2.根据权利要求1所述的铝合金低温钎焊钎料，其特征在于：所述原料镓可以替换为镉或铅。

3.根据权利要求1所述的铝合金低温钎焊钎料的制备方法，其特征在于：它包括下述工序：

第一步，分别称取固体的纯铋块、纯锡块、纯铟块和液态的纯镓四种原料，并按25-29%的锡、12-17%的镓、22-26%的铟及余量为铋的比例对所述四种原料进行配料；

第二步，将按第一步中的质量百分比配制的四种原料放入封闭的坩埚中；

第三步，首先向封闭的坩埚中通入纯氩气，排除空气；然后继续在氩气保护条件下对上述原料加热熔炼，当温度升至160℃±5℃时合金完全熔化，保温10±1min使合金液相成分均匀化；然后持续在氩气保护下将合金液静置冷却，使其凝固为钎料合金块；

第四步，将上述钎料合金块加工成块状、棒状、片状、粉状、箔状、丝状或颗粒状钎料成品。

4.根据权利要求1所述的铝合金低温钎焊钎料的制备方法，其特征在于：它包括下述工序：

第一步，分别称取固体的纯铋块、纯锡块、纯铟块和液态的纯镓四种原料，并按25-29%的锡、12-17%的镓、22-26%的铟及余量为铋的比例对所述四种原料进行配料；

第二步，将四种原料放入坩埚中，同时在四种原料上撒入一定量的保护熔剂；

第三步，用电炉将四种合金和保护溶剂加热熔炼，当温度升至160℃±5℃时合金完全熔化，并再次撒入一定量的保护熔剂；保温10±1min使合金液相成分均匀化；然后将合金液倒入成型模具中，静置冷却，使其凝固为钎料合金块；

第四步，将上述钎料合金块加工成块状、棒状、片状、粉状、箔状、丝状或颗粒状钎料成品。

5.根据权利要求4所述的铝合金低温钎焊钎料的制备方法，其特征在于：所述的保护溶剂为松香或松香、三乙醇胺和溴酸的混合物。

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