CN104858566A - 一种铝基低熔点真空钎料及其制备方法 - Google Patents

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曹慧丽
张国清
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Abstract

本发明涉及一种铝基低熔点真空钎料及制备方法，其钎料组分按重量百分比由18.0％～22.0％的Cu、4.0％～8.0％的Si、0.8％～1.2％的Ni、1.0％～2.0％的Mg和余量Al组成。其制备方法，包括以下步骤：原材料选用，合金熔铸，非晶甩带，箔带轧制。本发明适于3A21、5A05、5A06、6063及6061等多种铝合金中温或分级真空钎焊；箔状钎料厚度达0.05mm，宽度50mm，适用于多种规格铝合金构件真空钎焊；熔化温度低：500℃～520℃，对铝合金可在530℃～550℃时完成真空钎焊；钎焊工艺性好，润湿角小于15℃；焊缝耐蚀性好，焊缝经96小时中性盐雾腐蚀，强度基本不降低。

Description

一种铝基低熔点真空钎料及其制备方法
技术领域
本发明涉及的铝合金低熔点真空钎料配方及其制备方法，属于冶金和压延加工技术领域领域。
背景技术
铝及铝合金具有优异的力学性能，其密度小，比强度高，导电、导热性高，耐腐蚀性强，已广泛的应用于航空、航天、电力、电子、汽车和船舶等领域，因此铝合金的连接及其加工工艺在产品制造中起着非常重要的作用。铝合金的连接方式多种多样，钎焊就是十分重要的一种，与传统熔焊比较，钎焊具有母材不熔化、工作温度低、接头平整美观、焊接变形小、焊件尺寸精度高、可连接不同材料等多种优点。随着工业与科技的飞速发展，钎焊工艺技术在材料连接的工程实际中得到了越来越广泛的应用。特别是对重要部件的接头一般采用真空钎焊，因真空钎焊具有不需要任何钎剂，不需要焊前焊后的复杂清理工作，操作简单，生产率高，接头强度高以及加工装配简单等特点，从长远看，其应用必将愈来愈广泛。
铝-铝钎焊较之其它合金难于钎焊之处，在于其表面有一层极为致密的氧化膜，这层氧化膜的性能非常稳定，又能在旧膜破坏时随时生成新膜。而铝钎焊时必须破坏这层膜，否则熔化的钎料无法与母材润湿。铝合金真空钎焊一般采用AlSiMg合金钎料，钎焊温度一般在595℃～605℃，用于2A50、6061等可热处理强化铝合金真空钎焊时，母材容易过烧，焊后焊接接头软化严重，强度系数降低，也易使母材过度溶解，产生溶蚀缺陷，无法保证产品的焊接质量。此外，针对复杂的铝合金构件，常常需要进行二次钎焊，选用相同的钎料会带来一次焊缝失效等问题，不能满足应用需求。铝硅铜系钎料具有熔点低的特点，可用于二次钎焊，但由于其脆性极强，采用常规的加工方式无法制备出满足规格要求的箔状钎料产品。
发明内容
针对以上问题本发明提供了一种低熔点铝基真空钎料的具体配方，实现了铝基低熔点真空合金态箔状钎料的制造。
为了解决以上问题本发明提供了一种铝基低熔点真空钎料，其特征在于：钎料组分按重量百分比由18.0％～22.0％的Cu、4.0％～8.0％的Si、0.8％～1.2％的Ni、1.0％～2.0％的Mg和余量Al组成。
本发明钎料熔化温度范围为500℃～520℃，可在530℃～550℃条件下实现真空钎 焊连接，从而实现LF21、6063、6061及5A05、5A06等铝合金的中温真空钎焊。本发明钎料熔化温度低、钎焊工艺性好、焊缝抗剪切强度高、耐蚀性好等优点，采用此方法可制备出厚度0.05mm，宽度50mm的箔状钎料，试验表明其适用于LF21、6063、6061及5A05、5A06等铝合金中温真空钎焊，大大拓展了铝合金真空钎焊工艺规范及适用材料的范围，在先进连接领域具有广泛的应用前景及社会效益。
一种铝基低熔点真空钎料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：原材料选用 
铝：选用高纯铝，纯度大于等于99.995％；硅选用多晶硅；铜选用无氧铜；镍：纯度大于等于99.99％；镁：纯度大于等于99.99％；
步骤2：合金熔铸 
1)设备：超音频感应炉；
2)模具：水冷铜模：Φ50mm×100mm；
3)配料：每炉按小于等于1.0公斤配料，按照各组分的重量百分比称取原料；
4)操作：将高纯铝放入超音频感应炉的石墨坩埚中，升温，待铝锭全部熔化后，依次加入Cu、Ni、Si，待合金全部熔清后，升温至650℃～700℃，保温10分钟，用石墨罩将六氯乙烷压入合金液底部搅拌进行脱气、造渣，六氯乙烷用量为炉量的0.3～0.4％，扒渣完毕，撒少许精炼剂后，除去表面浮渣，控制温度至620℃～650℃，添加镁块，充分搅拌，浇铸得直径为50mm的棒状锭坯；
步骤3：非晶甩带
1)设备：单辊非晶甩带机
2)喷射气体：氩气
3)操作：将制得的棒状锭坯放入石英管，采用超音频感应加热，待合金全熔后，控制温度至650℃～680℃；开启电机，控制铜辊转速为2800r/min～3000r/min，向石英管冲入高压氩气，控制压力在0.8MPa～1.2MPa，合金熔体高速喷在旋转铜辊后，甩制得到厚0.08mm～0.1mm、宽55mm～60mm的合金带坯；
步骤4：箔带轧制
1)设备：Φ120mm和Φ360mm四辊轧机
2)操作：采用四辊轧机对带坯进行精密轧制，道次加工率小于等于5％，经裁边处理后制得厚度0.05mm、宽度50mm的箔带产品。
本发明适于3A21、5A05、5A06、6063及6061等多种铝合金中温或分级真空钎焊；箔状钎料厚度达0.05mm，宽度50mm(如图1所示)，适用于多种规格铝合金构件真空钎焊；熔化温度低：500℃～520℃，对铝合金可在530℃～550℃时完成真空钎焊；钎焊工艺性好，润湿角小于15℃；焊缝耐蚀性好，焊缝经96小时中性盐雾腐蚀，强度基本不降低；制备设备、工艺简单，操作方便，利于批量生产。
附图说明
图1本发明钎料实物图。
图2本发明钎料钎焊样件图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
实施例1：炉量为0.5公斤
准备纯铝0.358公斤、无氧铜0.090公斤、多晶硅0.040公斤、纯镍带0.005公斤、纯镁0.007公斤，先用超音频感应炉将原料熔铸成Al-Cu-Si-Ni-Mg合金锭坯，再进行非晶甩带，最后通过精轧制得箔带产品。
实施例2：炉量为0.6公斤
准备纯铝0.429公斤、无氧铜0.120公斤、多晶硅0.036公斤、纯镍带0.006公斤、纯镁0.009公斤，先用超音频感应炉将原料熔铸成Al-Cu-Si-Ni-Mg合金锭坯，再进行非晶甩带，最后通过精轧制得箔带产品。
实施例3：炉量为0.8公斤
准备纯铝0.564公斤、无氧铜0.168公斤、多晶硅0.048公斤、纯镍带0.008公斤、纯镁0.012公斤，先用超音频感应炉将原料熔铸成Al-Cu-Si-Ni-Mg合金锭坯，再进行非晶甩带，最后通过精轧制得箔带产品。
实施例4：炉量为1.0公斤
准备纯铝0.715公斤、无氧铜0.220公斤、多晶硅0.040公斤、纯镍带0.010公斤、纯镁0.015公斤，先用超音频感应炉将原料熔铸成Al-Cu-Si-Ni-Mg合金锭坯，再进行非晶甩带，最后通过精轧制得箔带产品。
分别将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备的箔状钎料用于物理测试和铝合金真空钎焊试验(如图2所示)，取得试验数据见表1。其中Te指钎料固相温度，Tf指钎料液相温度。
表1
  固相温度 液相温度 母材 钎焊温度 润湿角 焊缝抗剪切强度
实施例1 500.1℃ 518.2℃ LF21 550℃ 13.1° 61.5MPa
实施例2 500.6℃ 517.8℃ LF21 550℃ 14.9° 57.5Mpa
实施例3 500.2℃ 516.3℃ LF21 550℃ 14.5° 58.5Mpa
实施例4 500.0℃ 515.0℃ LF21 550℃ 13.8° 60.0Mpa
上述实施例中仅仅举出本发明铝基低熔点真空钎料及其制备方法部分的实施例，在上述本发明的技术方案中：所述的合金组分中银、铜、镁的含量在规定范围内可自由选择，此处不再一一列举，故以上的说明所包含的技术方案应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种铝基低熔点真空钎料，其特征在于：钎料组分按重量百分比由18.0％～22.0％的Cu、4.0％～8.0％的Si、0.8％～1.2％的Ni、1.0％～2.0％的Mg和余量Al组成。
2.根据权利要求1所述的一种铝基低熔点真空钎料，其特征在于：钎料熔化温度范围为500℃～520℃，真空钎焊温度范围为530℃～550℃。
3.根据权利要求1所述的一种铝基低熔点真空钎料，其特征在于，其厚度0.05mm，宽度为50mm。
4.一种权利要求1所述的铝基低熔点真空钎料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：原材料选用
铝：选用高纯铝，纯度大于等于99.995％；硅选用多晶硅；铜选用无氧铜；镍：纯度大于等于99.99％；镁：纯度大于等于99.99％；
步骤2：合金熔铸
1)设备：超音频感应炉；
2)模具：水冷铜模：Φ50mm×100mm；
3)配料：每炉按小于等于1.0公斤配料，按照各组分的重量百分比称取原料；
4)操作：将高纯铝放入超音频感应炉的石墨坩埚中，升温，待铝锭全部熔化后，依次加入Cu、Ni、Si，待合金全部熔清后，升温至650℃～700℃，保温10分钟，用石墨罩将六氯乙烷压入合金液底部搅拌进行脱气、造渣，六氯乙烷用量为炉量的0.3～0.4％，扒渣完毕，撒少许精炼剂后，除去表面浮渣，控制温度至620℃～650℃，添加镁块，充分搅拌，浇铸得棒状锭坯；
步骤3：非晶甩带
1)设备：单辊非晶甩带机
2)喷射气体：氩气
3)操作：将制得的棒状锭坯放入石英管，采用超音频感应加热，待合金全熔后，控制温度至650℃～680℃；开启电机，控制铜辊转速为2800r/min～3000r/min，向石英管冲入高压氩气，控制压力在0.8MPa～1.2MPa，合金熔体高速喷在旋转铜辊后，甩制得到合金带坯；
步骤4：箔带轧制
1)设备：Φ120mm和Φ360mm四辊轧机
2)操作：采用四辊轧机对带坯进行精密轧制，道次加工率小于等于5％，经裁边处理后制得厚度0.05mm、宽度50mm的箔带产品。
5.根据权利要求4所述的一种铝基低熔点真空钎料的制备方法，其特征在于：步骤2浇铸的棒状锭坯直径为50mm。
6.根据权利要求4所述的一种铝基低熔点真空钎料的制备方法，其特征在于：步骤3甩制得到的合金带坯厚0.08mm～0.1mm、宽55mm～60mm。
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