CN103341702B - 无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺 - Google Patents

无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺,其特征是,包括以下步骤:(1)原料准备:分别称取氟铝酸钾、氟锌酸钾、硅粉和丙烯酸树脂;(2)溶剂制备:将丙二醇甲醚和丙二醇丁醚混合,得到溶剂;(3)向溶剂中加入丙烯酸树脂颗粒,充分搅拌至丙烯酸树脂颗粒完全溶解,得到液态胶水;(4)分别将氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉在搅拌条件下,依次分多次加入到液态胶水中,每次加完搅拌后再继续加入;完全加入后,高速搅拌,得到钎剂悬浮液初产品;(5)向钎剂悬浮液初产品中加入溶剂,调整钎剂悬浮液黏度满足所需的要求,即得到所述的无腐蚀性钎剂悬浮液。本发明无需额外加入钎料,钎焊前无需在铝材表面电弧喷锌。

Description

无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺
技术领域
本发明涉及一种无腐蚀性钎剂及其悬浮液的配置工艺,尤其是一种免钎料、免喷锌的铝钎焊用无腐蚀性钎剂,属于铝及铝合金钎焊技术领域。
背景技术
钎焊时,焊件是通过熔化的钎料凝固后连接起来的。铝钎焊多采用铝硅共晶钎料,一般为含7%~12%硅的铝硅合金。钎焊温度下,铝硅共晶钎料熔融为液态,并通过毛细作用自由渗入接合面,冷却后,钎料凝固并形成金相接头。
而铝钎焊与其他金属相比要难得多,主要原因是铝表面存在一层极为致密且化学性质非常稳定的氧化膜。铝的化学性质非常活泼,正是这层氧化膜的保护,才使得铝及其合金有可能成为今日的重要材料。铝钎焊时必须破坏这层氧化膜,氧化膜会阻止熔融的钎料流动,即钎料被氧化膜包覆,不能充分润湿铝材表面或通过毛细作用自由渗入接合面,而且钎焊温度下铝在空气中还会瞬间被氧化,即可随时生成氧化膜。所以在铝钎焊时通常还需使用钎剂,去除铝材表面的氧化膜以使钎料能够自由流动,并防止铝材表面被重新氧化。多年来有许多钎剂和钎焊工艺曾经应用于铝钎焊中,而无腐蚀性钎剂的钎焊工艺是当今颇为推崇的工艺。此种钎剂在水中溶解度很小,使用时一般制成水悬浮液喷布于工件上。
为了提高铝的抗腐蚀性,有时还需钎焊前在铝材表面电弧喷锌,锌可以作为牺牲阳极材料而有效保护铝材,防止在使用过程中发生腐蚀。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种无腐蚀性钎剂及其悬浮液的配置工艺,采用所述钎剂钎焊时无需额外加入钎料,钎焊前也无需在铝材表面电弧喷锌;所述钎剂悬浮液具有较好的流动性,易于快速烘干固化,钎剂悬浮液烘干后具有较高的牢固度,钎剂层不易脱落。
按照本发明提供的技术方案,所述无腐蚀性钎剂,其特征是,包括以下组份:氟铝酸钾、氟锌酸钾、硅粉和丙烯酸树脂,其中,氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉的质量比为37~47:28~38:20~30,丙烯酸树脂的质量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的20~40%。
所述氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉的粉末颗粒度满足:不少于50%的粉末颗粒为2~6μm,且最大颗粒≤30μm。
所述无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺,其特征是,包括以下步骤:
(1)原料准备:分别称取氟铝酸钾、氟锌酸钾、硅粉和丙烯酸树脂,其中,氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅的质量比为37~47:28~38:20~30,丙烯酸树脂的质量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的20~40%;
(2)溶剂制备:将丙二醇甲醚和丙二醇丁醚按重量比1:2~2:1混合,得到溶剂;
(3)向得到的溶剂中加入丙烯酸树脂颗粒,充分搅拌至丙烯酸树脂颗粒完全溶解,得到液态胶水;所述溶剂的用量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的80%~100%;
(4)分别将氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉在搅拌条件下,依次分多次加入到液态胶水中,每次加完以500~700转/分钟的搅拌速度搅拌至少10min,搅拌后再继续加入;完全加入后,开始高速搅拌,搅拌速度为700~1000转/分钟,搅拌至少2小时,得到钎剂悬浮液初产品;上述加料过程中保持恒温23~27℃;
(5)调整黏度:向步骤(4)得到的钎剂悬浮液初产品中加入溶剂,充分混合均匀,至钎剂悬浮液黏度满足所需的要求,即得到所述的无腐蚀性钎剂悬浮液。
所述钎剂悬浮液初产品中无≥75μm的结团。
在所述无腐蚀性钎剂悬浮液中,氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉的总的质量百分浓度为20%~50%。
本发明具有以下优点:(1)本发明所述钎剂具有更高的活性,去除氧化膜的能力更强,且能更好地提高钎料的铺展性和填缝性;(2)本发明所述钎剂在钎焊前无需在铝材表面电弧喷锌,可以降低加工成本;(3)本发明所述钎剂在钎焊时无需额外加入钎料,且以硅代替常规铝硅共晶钎料,原材料成本更低;(4)本发明所述钎剂悬浮液流动性好,可适用于喷涂、辊涂、刷涂等各种涂布方式;(5)本发明所述钎剂悬浮液中的溶剂具有有合适的挥发速率,易于快速烘干固化;(6)本发明所述钎剂悬浮液烘干后,膜面光洁平整、牢固度好,不易脱落;(7)本发明所述钎剂悬浮液和烘干后的钎剂均可以长期存放和使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明在常规无腐蚀性钎剂(氟铝酸钾)的基础上,加入氟锌酸钾和硅,使钎焊时无需额外加入钎料,钎焊前无需在铝材表面电弧喷锌,并提高了钎剂的各项性能;且以硅代替常规铝硅共晶钎料,原材料成本更低。
本发明所使用的氟铝酸钾为常规无腐蚀性钎剂,即KF-AlF3共晶钎剂,是K3AlF6+KAlF4的共晶混合物,主相为KAlF4,次相为K3AlF6,主要化学成分为F:49%~53%、K:28%~31%、Al:16%~18%,熔化温度为565~572℃,呈白色粉末状,无腐蚀性,不吸潮,在水中的溶解度很小,在常温和钎焊温度(一般为590~600℃,略高于钎剂及钎料熔化温度)下均不与铝发生反应。氟铝酸钾是钎剂的主成分,它控制着钎剂的熔点。钎焊时,氟铝酸钾熔为液态,是钎剂中其他功能组分及钎料的溶剂。熔融的氟铝酸钾可以置换或溶解铝材表面的氧化膜,能非常有效地将氧化膜彻底清除,同时其以液态薄膜覆盖在铝材表面,可以起到隔绝空气的作用,防止铝材表面被重新氧化。它还可以起到界面活性剂的作用,降低钎料与铝材之间的界面张力,增加钎料的流动性和铺展性,提高铝材的润湿性。冷却后的氟铝酸钾会在铝材表面形成一层厚度约为1-2μm且附着力很强的薄膜,该残留层无腐蚀性,不吸潮,不溶于水性溶剂,且薄膜不易破裂,是铝材表面加强防腐的保护层。而且该残留层具有优良的外观,可以免去焊后残渣清理和刷漆等表面处理,以降低加工成本。采用氟铝酸钾钎剂,具有焊后工件外形美观,焊缝成形良好,焊接强度高等优点。
本发明所使用的氟锌酸钾,即KF-ZnF2共晶钎剂,主相为KZnF3,熔化温度为565~572℃,主要化学成分为F:32%~37%、K:22%~26%、Zn:38%~42%,呈白色粉末状,无腐蚀性,不吸潮,在水中的溶解度很小,在常温和钎焊温度下均不与铝发生反应。另外,氟锌酸钾中的锌还可以作为牺牲阳极材料而有效保护铝材,防止铝材在使用过程中发生腐蚀。从而可以免去钎焊前在铝材表面电弧喷锌,以降低加工成本。并且,氟化锌(ZnF2)可以提高氟铝酸钾的活性及其他性能,并可以提高钎料的铺展性和填缝性。但是氟化锌熔点较高(872℃),全部溶入熔融的氟铝酸钾也需要时间,而氟铝酸钾在熔融状态下反应活性时间较短,故不宜直接使用氟化锌,而改为加入与氟铝酸钾非常类似的氟锌酸钾更好。
本发明使用硅粉代替铝钎焊时所需的钎料—铝硅合金。硅粉在熔融的氟铝酸钾中,可渗入铝材表面,与铝形成低熔点的铝硅共晶,并熔融为钎料。直接采用硅粉而非铝硅合金,一方面可以免去将硅制成铝硅合金,另一方面配置钎剂悬浮液只能使用粉末,且颗粒度越小越好,而硅是一种易碎的物料,故硅粉较之铝硅合金粉末更易制备,也较易实现更细的颗粒度。所以采用硅的原材料成本更低。另外,硅还可以提高氟铝酸钾的活性。因硅的传质作用,硅可以加强钎剂去除氧化膜的能力。
本发明所使用的氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉的粉末颗粒度满足:不少于50%的粉末颗粒为2~6μm,且最大颗粒≤30μm。氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉的颗粒越细,钎剂悬浮液中的流动性就越好,涂出的均匀性也就越好。在钎剂悬浮液的制备过程中,过了使颗粒的分散更好,搅拌盘应采用有利于悬浮颗粒分散的齿式分散盘,它可使悬浮液搅得更均匀、更充分、悬浮颗粒更细,搅拌时悬浮液会因搅拌做功而升温,当其温度偏高时,溶剂挥发加剧,粘合剂也可能会发生变质反应,所以搅拌时还需对悬浮液进行恒温控制。
本发明所使用的丙烯酸树脂((C3H4O2n)是一种热塑性固体丙烯酸树脂,也叫溶剂型固体丙烯酸树脂,因为他们一般都是溶于溶剂的,如苯类、酯类、酮类、氯化类、醚类、醇类等,根据合成的不同溶解性就有不同。这种丙烯酸树脂的燃点是:393℃,一般为米粒大小的白色透明晶体,无腐蚀性,不吸潮,在水中的溶解度很小,在常温下具有较好的稳定性,而且短时间内耐热温度可以达到300℃以上。这种丙烯酸树脂从溶剂中析出凝固后,具有较高的牢固度,作粘合剂可保证钎剂层不易脱落。由于其具有较高的短时间内耐热温度,烘干钎剂时可以承受较高的烘干温度,从而可以提高烘干效率。而在钎焊温度下,它将完全燃烧掉,无任何固体残留物,即钎焊时钎剂只剩下三种功能组分,且燃烧废气只有CO2、H2O,无需作废气处理,环境友好,无污染。
本发明所使用的溶剂为丙二醇醚,本发明实施例中采用的是丙二醇甲醚(CH3CHOHCH2OCH3)和丙二醇丁醚(HOC3H6OC4H9)两种丙二醇醚按质量比1:2~2:1配成混合溶液作溶剂。丙二醇醚类,呈无色透明液体,毒性极低,醚味微弱,安全性较高,是一种绿色环保型高级溶剂。由于其分子结构中既有醚基又有羟基,因而它的溶解性能十分优异,又有合适的挥发速率以及反应活性等特点,从而获得了非常广泛的应用。丙二醇醚类是丙烯酸树脂的优良溶剂,且烘干后的膜面光洁平整、牢固度好。丙二醇醚类还是优良的分散剂和稀释剂,用于配置钎剂悬浮液,悬浮颗粒易于分散且不易沉降析出。丙二醇醚类合适的挥发速率更是非常适用于钎剂的涂布及烘干—常温涂布时其挥发速度不快,故其含量不会过快地降低,而高温烘干时其蒸发速度却较快,即烘干效率较高。而使用丙二醇甲醚和丙二醇丁醚按质量比1:2~2:1配成混合溶液,能更好的结合两种丙二醇醚各自的特点,更有利于丙烯酸树脂的溶解以及悬浮颗粒的分散。
实施例一:一种无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺,包括以下步骤:
(1)原料准备:分别称取氟铝酸钾、氟锌酸钾、硅粉和丙烯酸树脂,其中,氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅的质量比为37:28:20,丙烯酸树脂的质量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的20%;
(2)溶剂制备:将丙二醇甲醚和丙二醇丁醚按重量比1:2混合,得到溶剂;
(3)向得到的溶剂中加入丙烯酸树脂颗粒,充分搅拌至丙烯酸树脂颗粒完全溶解,得到液态胶水;所述溶剂的用量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的80%;
(4)分别将氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉在搅拌条件下,依次分多次加入到液态胶水中,每次加完以500转/分钟的搅拌速度搅拌10min,搅拌后再继续加入;完全加入后,开始高速搅拌,搅拌速度为700转/分钟,搅拌2小时,得到钎剂悬浮液初产品;上述加料过程中保持恒温23℃;所述钎剂悬浮液初产品中无≥75μm的结团;
(5)调整黏度:向步骤(4)得到的钎剂悬浮液初产品中加入溶剂,充分混合均匀,至钎剂悬浮液黏度满足所需的要求,室温下黏度为10mPa·s,即得到所述的无腐蚀性钎剂悬浮液。该钎剂悬浮液可立即使用,也可密封保存一个月以上,而不会发生变质反应,每次使用前只需再搅匀即可,而且烘干后的钎剂稳定性极好,涂布好的工件无需立即进行钎焊,可以在常规环境下存放半年以上,而不会影响钎焊效果。
实施例二:一种无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺,包括以下步骤:
(1)原料准备:分别称取氟铝酸钾、氟锌酸钾、硅粉和丙烯酸树脂,其中,氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅的质量比为47:38:30,丙烯酸树脂的质量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的40%;
(2)溶剂制备:将丙二醇甲醚和丙二醇丁醚按重量比2:1混合,得到溶剂;
(3)向得到的溶剂中加入丙烯酸树脂颗粒,充分搅拌至丙烯酸树脂颗粒完全溶解,得到液态胶水;所述溶剂的用量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的100%;
(4)分别将氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉在搅拌条件下,依次分多次加入到液态胶水中,每次加完以700转/分钟的搅拌速度搅拌15min,搅拌后再继续加入;完全加入后,开始高速搅拌,搅拌速度为1000转/分钟,搅拌2.5小时,得到钎剂悬浮液初产品;上述加料过程中保持恒温27℃;所述钎剂悬浮液初产品中无≥75μm的结团;
(5)调整黏度:向步骤(4)得到的钎剂悬浮液初产品中加入溶剂,充分混合均匀,至钎剂悬浮液黏度满足所需的要求,室温下黏度为30mPa·s,即得到所述的无腐蚀性钎剂悬浮液。
实施例三:一种无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺,包括以下步骤:
(1)原料准备:分别称取氟铝酸钾、氟锌酸钾、硅粉和丙烯酸树脂,其中,氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅的质量比为40:30:25,丙烯酸树脂的质量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的30%;
(2)溶剂制备:将丙二醇甲醚和丙二醇丁醚按重量比2:3混合,得到溶剂;
(3)向得到的溶剂中加入丙烯酸树脂颗粒,充分搅拌至丙烯酸树脂颗粒完全溶解,得到液态胶水;所述溶剂的用量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的90%;
(4)分别将氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉在搅拌条件下,依次分多次加入到液态胶水中,每次加完以600转/分钟的搅拌速度搅拌20min,搅拌后再继续加入;完全加入后,开始高速搅拌,搅拌速度为800转/分钟,搅拌3小时,得到钎剂悬浮液初产品;上述加料过程中保持恒温25℃;所述钎剂悬浮液初产品中无≥75μm的结团;
(5)调整黏度:向步骤(4)得到的钎剂悬浮液初产品中加入溶剂,充分混合均匀,至钎剂悬浮液黏度满足所需的要求,室温下黏度为20mPa·s,即得到所述的无腐蚀性钎剂悬浮液。

Claims (3)

1.一种无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺,其特征是,包括以下步骤:
(1)原料准备:分别称取氟铝酸钾、氟锌酸钾、硅粉和丙烯酸树脂,其中,氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅的质量比为37~47:28~38:20~30,丙烯酸树脂的质量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的20~40%;
(2)溶剂制备:将丙二醇甲醚和丙二醇丁醚按重量比1:2~2:1混合,得到溶剂;
(3)向得到的溶剂中加入丙烯酸树脂颗粒,充分搅拌至丙烯酸树脂颗粒完全溶解,得到液态胶水;所述溶剂的用量为氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉总重量的80%~100%;
(4)分别将氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉在搅拌条件下,依次分多次加入到液态胶水中,每次加完以500~700转/分钟的搅拌速度搅拌至少10min,搅拌后再继续加入;完全加入后,开始高速搅拌,搅拌速度为700~1000转/分钟,搅拌至少2小时,得到钎剂悬浮液初产品;上述加料过程中保持恒温23~27℃;
(5)调整黏度:向步骤(4)得到的钎剂悬浮液初产品中加入溶剂,充分混合均匀,至钎剂悬浮液黏度满足所需的要求,即得到所述的无腐蚀性钎剂悬浮液。
2.如权利要求1所述的无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺,其特征是:所述钎剂悬浮液初产品中无≥75μm的结团。
3.如权利要求1所述的无腐蚀性钎剂悬浮液的配置工艺,其特征是:在所述无腐蚀性钎剂悬浮液中,氟铝酸钾、氟锌酸钾和硅粉的总的质量百分浓度为20%~50%。
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