CN103624416A

CN103624416A - 真空高温铝钎料及其制备方法

Info

Publication number: CN103624416A
Application number: CN201310548258.0A
Authority: CN
Inventors: 李辰; 辛燕; 郑玉侠; 刘迅; 朱琳
Original assignee: CASIC Defense Technology Research and Test Center
Current assignee: CASIC Defense Technology Research and Test Center
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-11-07
Also published as: CN103624416B

Abstract

本发明公开了一种真空高温铝钎料及其制备方法，包括以下步骤：取经过预处理的铝锭，控制炉温为700～750℃进行铝锭熔炼；待铝锭完全熔化后，向炉中加入表面覆盖剂，使熔化后的铝液表面覆盖表面覆盖剂；立即向铝液中加入单晶硅，炉温保持在700～780℃；待硅熔化后，向铝液中加入镧盐变质剂；继续向铝液中加入金属镁，待金属镁熔化后保温30～60分钟；继续向铝液中加入金属锶，待金属锶熔化后保温8～20分钟；最后，对炉中的混合溶液精炼除渣后即可浇注获得真空高温铝钎料。本发明提供的真空高温铝钎料在铝合金表面的流动性得到明显提高，焊接后焊缝无明显漏焊等现象，并且无损检测结果也表明焊缝组织均匀，无明显虚焊、漏焊等缺陷。

Description

真空高温铝钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料焊接加工技术领域，特别是涉及用于铝合金的真空高温铝钎料及其制备方法。

背景技术

真空高温钎焊是铝合金复杂结构件加工成型的有效加工工艺，解决了传统炉中焊工艺在复杂结构件加工中不能有效去除铝合金表面氧化膜和传统炉中焊接后复杂型腔结构件残余钎剂的去除的问题。其中，钎焊工艺中所需的真空高温铝钎料的质量对加工效果起着至关重要的作用。目前，常用的真空高温铝钎料是在Al～Si共晶钎料基础上通过添加活性元素制备，但是存在的问题主要有：钎料的铺展性较差，容易形成虚焊和漏焊现象；Al～Si基体的枝晶结构塑性差，加工性能不佳；长效变质效果不佳，焊缝金相组织重现枝晶结构，导致焊缝力学性能下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种真空高温铝钎料及其制备方法，以提高铝钎材的铺展性和加工性能。

基于上述目的，本发明提供的真空高温铝钎料的制备方法包括以下步骤：

取经过预处理的铝锭，控制炉温为700～750℃进行铝锭熔炼；

待铝锭完全熔化后，向炉中加入表面覆盖剂，使熔化后的铝液表面覆盖表面覆盖剂；

立即向铝液中加入单晶硅，炉温保持在700～780℃；

待硅熔化后，向铝液中加入镧盐变质剂；

继续向铝液中加入金属镁，待金属镁熔化后保温30～60分钟；

继续向铝液中加入金属锶，待金属锶熔化后保温8～20分钟；

最后，对炉中的混合溶液精炼除渣后即可浇注获得真空高温铝钎料。

可选地，所述铝锭的预处理包括将铝锭表面进行去污或喷砂处理。

较佳地，根据铝液液面覆盖情况，及时补充适当量的表面覆盖剂使铝液表面完全被覆盖。

优选地，所述表面覆盖剂为质量比为1:0.5～2的经过煅烧处理的氯化锂和氯化钾，在使用前，将表面覆盖剂进行150～250℃干燥1～3小时。

可选地，所述金属镁为铝箔包裹的镁锭，该镁锭的烧失量控制在30～50%，在使用前，将镁锭进行100～200℃干燥1～3小时。

可选地，所述金属锶为铝箔包覆的锶锭，在使用前，将锶锭进行100～200℃干燥1～3小时。

较佳地，在使用前，将单晶硅进行100～200℃干燥1～3小时。

优选地，所述镧盐变质剂为镧钾变质剂，在使用前，将镧盐变质剂进行100～200℃干燥1～3小时。

较佳地，采用惰性气体对炉料进行精炼。

本发明还提供一种真空高温铝钎料，所述真空高温铝钎料根据上述真空高温铝钎料的制备方法制得，所述铝钎料的熔点为575～580℃。

可选地所述真空高温铝钎料由以下原料按照各重量份组成：铝锭85～95份、单质硅8～14、镧盐变质剂2～5份、镁2～4份和锶0.02～0.5份。

从上面所述可以看出，根据本发明提供的真空高温铝钎料的制备方法得到的铝钎料具有以下优点：(1)本发明提供的真空高温铝钎料在铝合金表面的流动性得到明显提高，焊接后焊缝无明显漏焊等现象，并且无损检测结果也表明焊缝组织均匀，无明显虚焊、漏焊等缺陷。(2)去除铝合金表面氧化膜效果佳。(3)长效变质效果佳，焊接后焊缝组织枝晶结构得到有效抑制。高温焊接后的焊缝组织仍具有较好的微观组织结构，焊缝组织中不存在硅枝晶结构，能有效的提升焊缝部位的力学性能，特别是抗弯曲性能（弯曲角不小于120°）。(4)焊缝力学性能有效得到提升。(5)焊缝抗腐蚀效果佳。(6)有效地改善了Ai～Si真空高温钎料的加工塑性；明显地提升了铝钎料的加工塑性，易于加工成丝材、箔材等型材，满足各类焊接需求。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

真空高温铝钎料的制备主要基于Al～Si共晶的基础上，添加变质剂、活性元素等物质，通过高温熔炼、变质、精炼等工艺加工制备而成。

作为本发明的一个实施例，所述真空高温铝钎料的制备方法包括：

首先，称取87Kg铝锭，将其表面进行去污或喷砂处理，然后将铝锭置于干燥的熔炼坩埚炉中，控制炉温在730℃左右，使铝锭在炉中熔化。

待铝锭完全熔化后，向炉中加入预先经过200℃干燥2小时预处理的表面覆盖剂，使熔化后的铝液表面覆盖该表面覆盖剂（加入量以表面覆盖剂将液体表面全部覆盖为准），防止铝液氧化，达到隔绝空气的目的。其中，所述表面覆盖剂为质量比为1:1的经过煅烧处理的氯化锂和氯化钾。

然后立即向铝液中加入预先经过120℃干燥1.8小时预处理的9.2Kg单质硅，炉温保持在760℃左右。期间，铝液液面覆盖情况，及时补充适当量的表面覆盖剂使铝液表面完全被覆盖。

待硅完全熔化后，向铝液中加入预先经过120℃干燥2.2小时预处理的3Kg镧盐变质剂。其中，所述镧盐变质剂为镧钾变质剂。

继续向铝液中加入预先经过130℃干燥2小时预处理的3.5Kg用铝箔包覆的镁锭，待镁锭完全熔化后保温40分钟左右。镁锭的烧失量控制在30～50%。

继续向铝液中加入经过125℃干燥1.9小时预处理的0.03Kg用铝箔包覆的锶锭，待锶锭完全熔化后保温10分钟左右。

最后，采用惰性气体对炉中的混合溶液精炼除渣后即可浇注，获得熔点为575℃的真空高温铝钎料。

作为本发明的另一个实施例，所述真空高温铝钎料的制备方法包括：

首先，称取93Kg铝锭，将其表面进行去污或喷砂处理，然后将铝锭置于干燥的熔炼坩埚炉中，控制炉温在755℃左右，使铝锭在炉中熔化。

待铝锭完全熔化后，向炉中加入预先经过220℃干燥2.5小时预处理的表面覆盖剂，使熔化后的铝液表面覆盖该表面覆盖剂（加入量以表面覆盖剂将液体表面全部覆盖为准），防止铝液氧化，达到隔绝空气的目的。其中，所述表面覆盖剂为质量比为1:1.5的经过煅烧处理的氯化锂和氯化钾。

然后立即向铝液中加入预先经过140℃干燥2.8小时预处理的11.5Kg单质硅，炉温保持在780℃左右。期间，铝液液面覆盖情况，及时补充适当量的表面覆盖剂使铝液表面完全被覆盖。

待硅完全熔化后，向铝液中加入预先经过105℃干燥2.1小时预处理的2.8Kg镧盐变质剂。其中，所述镧盐变质剂为镧钾变质剂。

继续向铝液中加入预先经过188℃干燥2小时预处理的2.6Kg用铝箔包覆的镁锭，待镁锭完全熔化后保温55分钟左右。镁锭的烧失量控制在30～50%。

继续向铝液中加入经过175℃干燥1.6小时预处理的0.045Kg用铝箔包覆的锶锭，待锶锭完全熔化后保温15分钟左右。

最后，采用惰性气体对炉中的混合溶液精炼除渣后即可浇注，获得熔点为578℃的真空高温铝钎料。

作为本发明的又一个实施例，所述真空高温铝钎料的制备方法包括：

首先，称取90Kg铝锭，将其表面进行去污或喷砂处理，然后将铝锭置于干燥的熔炼坩埚炉中，控制炉温在770℃左右，使铝锭在炉中熔化。

待铝锭完全熔化后，向炉中加入预先经过225℃干燥1小时预处理的表面覆盖剂，使熔化后的铝液表面覆盖该表面覆盖剂（加入量以表面覆盖剂将液体表面全部覆盖为准），防止铝液氧化，达到隔绝空气的目的。其中，所述表面覆盖剂为质量比为1:1.2的经过煅烧处理的氯化锂和氯化钾。

然后立即向铝液中加入预先经过180℃干燥2小时预处理的10.6Kg单质硅，炉温保持在720℃左右。期间，铝液液面覆盖情况，及时补充适当量的表面覆盖剂使铝液表面完全被覆盖。

待硅完全熔化后，向铝液中加入预先经过170℃干燥1.8小时预处理的4.8Kg镧盐变质剂。其中，所述镧盐变质剂为镧钾变质剂。

继续向铝液中加入预先经过155℃干燥2小时预处理的3.3Kg用铝箔包覆的镁锭，待镁锭完全熔化后保温50分钟左右。镁锭的烧失量控制在30～50%。

继续向铝液中加入经过160℃干燥3小时预处理的0.028Kg用铝箔包覆的锶锭，待锶锭完全熔化后保温13分钟左右。

最后，采用惰性气体对炉中的混合溶液精炼除渣后即可浇注，获得熔点为580℃的真空高温铝钎料。

熔融镁表面形成的氧化膜不像铝氧化膜那样阻碍氧化反应，反之，它还加速氧化过程。随着温度的升高氧化速率也迅速增大，甚至会发生自燃。一般铝镁合金的熔炼均采用直接加镁锭的方法。虽然镁的熔点比铝低10度左右，但前者的熔炼温度比后者低100度，同时考虑到镁的烧蚀和氧化因素，本发明采取在硅变质之后、精炼之前加入活化元素镁，并采用铝箔包覆镁锭加入方式，以减少镁的烧失量。

采用锶镧对硅进行长效变质。其最大特点：一，变质效果佳，钎料的塑性得到很大提高，钎料的流动性明显高于未变质铝硅钎料；二，钎焊后焊缝仍具有变质效果，提高了焊缝的机械性能，特别是焊缝的抗弯能力达到180℃。

对比测试：

将本发明提供的真空高温铝钎料在6063、3A21等型材搭接焊，并对对接焊和T字形焊等进行了焊接流动性、剪切强度、抗拉强度、抗弯曲性能等焊接性能测试。

试验结果证明：本发明提供的真空高温铝钎料的流动性明显优于传统钎料，采用T字型焊接，焊缝无漏焊、虚焊等现象。以3A21和6063为对象，采用对接焊，焊缝抗拉强度接近于母材自身强度。焊缝抗弯曲性能大大优于传统钎料，弯曲角不小于120°。

焊接性能：

钎料耐蚀性试验:

由此可知，根据本发明提供的真空高温铝钎料的制备方法得到的铝钎料具有以下优点：

(1)本发明提供的真空高温铝钎料在铝合金表面的流动性得到明显提高，焊接后焊缝无明显漏焊等现象，并且无损检测结果也表明焊缝组织均匀，无明显虚焊、漏焊等缺陷。

(2)去除铝合金表面氧化膜效果佳。

(3)长效变质效果佳，焊接后焊缝组织枝晶结构得到有效抑制，高温焊接后的焊缝组织仍具有较好的微观组织结构，焊缝组织中不存在硅枝晶结构，能有效的提升焊缝部位的力学性能，特别是抗弯曲性能（弯曲角不小于120°）。

(4)焊缝力学性能有效得到提升。

(5)焊缝抗腐蚀效果佳。

(6)有效地改善了Ai～Si真空高温钎料的加工塑性；明显地提升了铝钎料的加工塑性，易于加工成丝材、箔材等型材，满足各类焊接需求。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种真空高温铝钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

取经过预处理的铝锭，控制炉温为700～750℃进行铝锭熔炼；

立即向铝液中加入单晶硅，炉温保持在700～780℃；

待硅熔化后，向铝液中加入镧盐变质剂；

继续向铝液中加入金属镁，待金属镁熔化后保温30～60分钟；

继续向铝液中加入金属锶，待金属锶熔化后保温8～20分钟；

2.根据权利要求1所述的真空高温铝钎料的制备方法，其特征在于，所述铝锭的预处理包括将铝锭表面进行去污或喷砂处理。

3.根据权利要求1所述的真空高温铝钎料的制备方法，其特征在于，根据铝液液面覆盖情况，及时补充适当量的表面覆盖剂使铝液表面完全被覆盖。

4.根据权利要求3所述的真空高温铝钎料的制备方法，其特征在于，所述表面覆盖剂为质量比为1:0.5～2的经过煅烧处理的氯化锂和氯化钾，在使用前，将表面覆盖剂进行150～250℃干燥1～3小时。

5.根据权利要求1所述的真空高温铝钎料的制备方法，其特征在于，所述金属镁为铝箔包裹的镁锭，该镁锭的烧失量控制在30～50%，在使用前，将镁锭进行100～200℃干燥1～3小时。

6.根据权利要求1所述的真空高温铝钎料的制备方法，其特征在于，所述金属锶为铝箔包覆的锶锭，在使用前，将锶锭进行100～200℃干燥1～3小时。

7.根据权利要求1所述的真空高温铝钎料的制备方法，其特征在于，所述镧盐变质剂为镧钾变质剂，在使用前，将镧盐变质剂进行100～200℃干燥1～3小时。

8.根据权利要求1所述的真空高温铝钎料的制备方法，其特征在于，采用惰性气体对炉料进行精炼。

9.一种真空高温铝钎料，其特征在于，所述真空高温铝钎料根据权利要求1～8中任意一项所述的真空高温铝钎料的制备方法制得，所述铝钎料的熔点为575～580℃。

10.根据权利要求9所述的真空高温铝钎料，其特征在于，所述真空高温铝钎料由以下原料按照各重量份组成：铝锭85～95份、单质硅8～14份、镧盐变质剂2～5份、镁2～4份和锶0.02～0.5份。