CN1052438C - 钎焊用防蚀性铝材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
钎焊防蚀用铝材料,在铝材的表面上形成有由钎焊用金属和锌或锌的合金相混合的喷镀层。钎焊用金属是铝和硅的混合体和/或铝-硅系合金,或者是硅。该钎焊用防蚀铝材是把由钎焊用金属构成的第1粉末和含锌防蚀用的第2粉末混合后,作为混合粉末,并将该混合粉末通过喷镀在铝材的表面上而制造的。
Description
本发明涉及例如用钎焊方法制作热交换器构成部件时所使用的钎焊用防蚀铝材,尤其适于有耐蚀性要求的构件所使用的钎焊用防蚀铝材及其制造方法。
本说明书中使用的有关铝的用语,其含意包括铝的合金。
日本专利申请特开昭63-34495公开了一种铝热交换器,它包括热交换管,以及通过钎焊连接在热交换管外壁的铝制散热片。其特征是,热交换的外壁表面上喷射有铝合金组成的钎料,所述Al合金中含有Si、Zn中的至少一种金属。
利用喷镀,把由硅-铝系合金所构成的钎料层,覆盖在铝材表面上,而形成钎焊用材料的技术是公知的,但是仅仅靠所形成的钎料层,在钎焊后,并不能使其具有耐蚀性。
有关制造具有耐蚀性的钎焊用铝材的方法,已有的方案是在喷镀形成钎料层之前,先将锌或锌的合金喷镀到铝材表面,形成防蚀层,而后再喷镀钎料(例如,特开平1-157794,特开平2-46969)。
然而按这种方法,由于防蚀层和钎料层是顺次分别形成的,必须在前后两段配置喷镀装置,因而存在生产线长、并由此带来成本高的缺点。
而且由于在防蚀层上形成钎料层,而使钎料层的表面与大气相接触,容易形成坚固的氧化膜,该氧化膜妨碍钎焊性,从而有不能进行良好的钎焊的缺点。因此现实是这样的钎焊用的防蚀铝材料是不实用的。
本发明的目的就是提供一种利用喷镀制造的具有耐蚀性的钎焊用铝材,其为不会造成生产线过长,而且钎焊性良好的钎焊用防蚀铝材。
本发明的另一个目的是提供上述的钎焊用铝材的制造方法。
为完成上述目的,本发明提供一种钎焊用防蚀铝材料,其特征在于,它包括铝材层,和在该铝材层的至少一个表面上形成的,钎焊用的金属与Zn或Zn合金相混的喷镀层。
所述钎焊用金属由选自Al和Si的混合体、Al-Si系合金、Si中的1种或2种以上的金属组成,
而且,所述钎焊用金属由多个颗粒状的非熔融组织构成,这些颗粒分散于经熔融凝固的Zn或Zn合金中,
当钎焊用金属选自Al和Si的混合体、Al-Si系合金时,所述钎焊用金属粉末中的硅量占喷镀后钎料的5-40重量%,
当钎焊用金属选自硅粉末时,所述硅粉的纯度为98%以上,
对于防蚀用的Zn或Zn合金相混的粉末,Zn含量占40重量%以上,
钎焊用金属与Zn或Zn合金的重量比是30∶70~95∶5。
为达致本发明目的,本发明还提供一种钎焊用防蚀铝材料的制法,其特征在于,
将第1粉末与第2粉末混合成为混合粉末,所述第1粉末由选自Al和Si的混合粉末、Al-Si系合金粉末、Si粉末中的一种或两种以上的钎焊用金属粉末构成,所述第二粉末由Zn粉末或Zn合金粉末构成防蚀用第2粉末,
当第一粉末选自Al和Si的混合体,Al-Si系合金时,粉末中的硅量占喷镀后钎料的5-40重量%,
当第一粉末选自硅粉末时,应使用纯度为98%以上的硅粉,
对于防蚀用的第二粉末,即Zn单质或Zn合金相混的粉末,Zn含量应占40重量%以上,而且第一粉末与第二粉末的重量比是30∶70~95∶5;
在将上述混合粉末喷镀于铝材料的表面时,一方面使第2粉末熔融,另一方面,使第1粉末或者保持原有的固体状态或者仅使表面部分熔融,以进行喷镀。
本发明的其它目的和特征以及优点,将参照附图,由以下的说明予以阐述。
图1是实施例中喷镀工序的概略构成图。
图2是图1主要部分的放大剖面图。
图3是实施例中使用的喷镀枪的放大剖面图。
图4是按实施例制作的多道(マルチフロ-)型铝制热交换器的正面图。
图5是图4的热交换器的管道和波纹散热片分离的斜视图。
图6是实施例1中2号试料的钎焊用铝材的喷镀层的金相组织的照片。所显示的是(a)喷镀层的整体,(b)只是锌成分。
图7是相同的2号试料的钎焊用铝材料喷镀层的金相组织的照片,所显示的是(c)为喷镀层中的硅成分,(d)为喷镀层中的铝成分。
图8是表示图6中的照片模式示意图。
图9是表示实施例1中3号试料的钎焊用铝材料喷镀层的金相组织的照片,其显示的(a)为镀层的全体,(b)为喷镀层中的锌成分。
图10是相同的3号度料的钎焊用铝材的喷镀层的金相组织,所显示的是(c)为喷镀层中的硅成分,(d)仅是铝成分。
图11是按图9中的照片模式的示意图。
本发明中对所使用的铝材的组成,并未加以特别限定,可以使用有关用途所要求的各种材质的铝材。并且对铝材的加工方法也不做特别限定,可以用挤压材料,轧制材料、铸造材料以及其他各种材料。对铝材的断面形状也未作限定,可以做成按相关用途所决定的任意形状。
铝材表面的喷镀层中,钎焊用金属是具有钎料机能的金属。具有代表性的钎焊用金属是例如硅—铝系合金。此处的硅—铝系合金,并不意味着仅仅是含有铝、和硅的硅铝合金,还可以是添加了硅铝之外的第3种成分的例如铝—硅、锌合金,也可以是铝—硅合金和铝—硅—锌合金的混合体。只要具有钎料机能的金属都可用作钎焊用的金属,因此也可以用铝单质和硅单质的混合体,Al-Si系合金与Al单质以及Si单质的混合体也可用。钎焊用金属也可以由硅单质构成。该硅在其后的钎焊加热时,和铝材的基质铝反应后,形成作为钎料的铝—硅合金,从而可以进行钎焊。
上述的锌或锌合金,可使钎焊后的铝材具有耐蚀性。具体地说,它们可以是锌单质、或锌—铝系合金,以及锌和锌—铝合金的混合体。而锌—铝系合金,并不意味着仅仅包含锌和铝的锌—铝合金,也可以添加除锌、铝之外的第3种成分,例如可以是锌—铝—硅合金。
另外,可将焊剂粒子分散剂喷镀层上。对这种情况,当钎焊时,就不必另外在接合部涂布焊剂了。
有关上述铝材的制造方法,将在下面进行说明。
即,首先准备好由钎焊用金属所组成的第1粉末和含有锌的防蚀用的第2粉末。对第一种粉末,可以是如上所述的铝—硅系合金粉末;还可以是铝粉末和硅粉末的混合粉末,也可以是在铝粉末和硅粉末的混合粉末中再混合进铝—硅的合金粉末,也可以用仅由硅粉末所构成的粉末。
当第一粉末使用的是铝—硅系合金粉末和/或铝粉末和硅粉末的混合粉末时,考虑到因喷镀所造成的铝、硅量的变化,粉末中的硅量可按喷镀后占钎料的5%~40%(重量)来进行设定。当其不足5%或者超过40%(重量)时,液相线温度变高而使钎焊变得困难。最好按照使喷镀后,钎料中的硅量为8~13%(重量)来设定第1粉末中的硅量。另外,当所用的第1粉末仅用硅粉末时,为了使硅粉末能在钎焊时形成优质的铝-硅合金,所以希望使用纯度为98%以上的硅粉。
另一方面,对含有锌的防蚀用的第2粉末,其可以是锌单质的粉末。或者是锌-铝系的合金粉末,进而还可以是锌粉末和锌-铝系合金粉末的混合粉末。而且希望在这样的第2粉末中,应确保锌含量占40%(重量)以上。当其不足40%(重量)时,因锌量不足而不可能形成充分的锌扩散层,这不仅使钎焊后的耐蚀性降低而且将有可能导致因熔点上升而造成使后述的“糊状(のり)效果”降低的危险。最好是确保第二粉末中的锌含量在85%(重量)以上。
上述的第1粉末和第2粉末,和将它们混合后所做成的混合粉末,当第一粉末使用的是铝-硅系合金粉末和/或铝粉末和硅粉末的混合粉末时,第1粉末和第2粉末的混合比应设定为按重量为30∶70~95∶5。当第1粉末大大超过95%(重量)时,在喷镀时,将存在着与铝材的密合性恶化的危险,而另一方面,当第1粉末的重量比下降到30%以下时,将有因钎料成分减少而引起钎焊不良的危险。第1粉末和第2粉末所特别希望的混合物比率为按重量比是65∶35~90∶10。另外,当第1粉末使用的是硅粉末时,根据同样的理由,第1粉末和第2粉末的混合比按重量可以是30∶70~95∶5,较好的是按45∶55~90∶10进行设定。
可以在第1粉末和第2粉末的混合粉末中混入焊剂。对焊剂的种类没作特别的限定,但从非腐蚀性的角度考虑,以氟化物系为最好。作为氟化物系的焊剂可使用例如由氟化钾(KF)和氟化铝(AlF3)按重量比45.8∶54.2所构成的共晶成分,实质上其已被配合成按接近该共晶成分范围的配合混合物;KAlF4;K2AlF5;K3AlF6等的配合物。在使用了焊剂的情况下,第1粉末和第2粉末的总和与焊剂的混合比应设定为按重量比为95∶5~60∶40,当焊剂不足5%(重量)时,因所附着的焊剂量少,而使得在钎焊时不能充分发挥其去除氧化膜的作用。相反,焊剂量超过40%(重量)越多,所造成的因过度钎焊,而使得在钎焊或铝材料表面残留的焊剂就越多,从而就越容易使外观品质变坏。第1粉末和第2粉末的总合与焊剂的最佳混合比,按重量比为90∶10~80∶20来设定。
通过上述第1粉末和第2粉末的混合汾末或者再混合进焊剂的混合粉末的喷镀,在铝材的表面形成钎焊用金属和锌或者锌合金混合交错的喷镀层或者进而和焊剂混合交错的喷镀层。为了确保良好的钎焊性和钎焊后良好的耐蚀性,喷镀层厚度应做成10μm以上。另外最好将喷镀后锌的付着量设定为6~20克/米2。当锌附着量不满6克/米2时,将不能得到所期望的良好的皮膜密合性和耐蚀性。另一方面,当其超过20克/米2时,就会有加速初期腐蚀的危险。最佳的锌附着量应为8~12克/米2。另外,当使用焊剂时,希望焊剂的附着量为1~10克/米2。当附着量不满1克/米2时,因焊剂绝对量过于少,会出现不能充分钎焊的情况。相反,当附着量超过10克/米2时,会出现或过度钎焊,或者使钎焊后在铝材表面的焊剂残渣增多的情况,从而容易造成外观品质的恶化。特别希望的焊剂附着量应为2~7克/米2。
对于喷镀条件没做特别的限定,但希望防蚀用的第2粉未能溶融(希望能完全熔融),而对钎焊用的第1粉末,则最好能抑制熔融,在维持固体状态下进行或只使表面熔融下进行,其理由如下所述。
即,不希望第1粉末熔融的理由在于,在完全熔融的状态下,表面上容易生成坚固的氧化膜,从而阻碍钎焊性。另外还因为如果完全熔融的活,在喷镀后的凝固中,连粉末粒子的内部也会变成与进行了钎焊一样的组织状态,在其后的钎焊中就已经不可能充分地发挥钎焊功能。另一方面,使防蚀用的第2粉末熔融的理由,是因为,通过使该第2粉末熔融成液化状态后,它能粘接在固体状态或者仅表面熔融的第1粉末粒子的周围,或者填充到第1粉末的粒子之间,而发挥“糊状效果”,并作为粘合剂保持第1粉末粒子,同时与铝材表面相密合。由此,在第2粉末被溶融的同时,抑制第1粉末熔融并进行喷镀的情况下,保持在第1粉末中的多数钎焊用金属粒子,将分散到第2粉末的熔融凝固了的锌或锌合金中,而且通过锌或锌合金可以将铝材表面上所形成的喷镀层保持在铝材的表面上。当然第1粉末中的一部分也可以是完全熔融的,而第2粉末中的一部分可以是不熔融的。
由于进行这种抑制第1粉末的熔融而使第2粉末熔融的喷镀,因此作为具体喷镀条件的喷镀温度可以不使用像等离子喷镀那样的高温,而是1000~3000℃就行(最好是2300~2900℃)(但应在第1粉末使用的是铝-硅系合金粉末和/或铝粉末和硅粉的混合粉末的情况下)。当喷镀温度不足1000℃时,因粉末表面的熔融不充分而有可能使其铝材表面的密合性变差。相反,如果超过3000℃时,则有可能连内部也全都被充分熔融了。另外,在第1粉末使用硅粉末的情况下,根据同样理由,喷镀温度为2000°~4000°就可以了(较好的为2500~3500℃)。实现这样的喷镀温度域的喷镀法有例如火焰喷镀法。
第1粉末使用铝-硅系合金粉末和/或铝粉末和硅粉末的混合粉末时,希望喷镀距离为50~500毫米。当不足50毫米时,因粉末过度熔化不仅使钎焊用金属粒子氧化而且将使铝材本身因热而产生形状改变和组织改变。而当超过500毫米时,则粉末因再度凝固而降低了附着量,并为此而降低了钎焊性。最好的喷镀距离为150~300毫米。当第1粉末是硅粉末时,希望喷镀距离为50~400毫米(最好为200~300毫米)。而且混合粉末的供给量可以设定为30~180克/分。当其供给量不足30克/分时,相对于第1粉末,钎料的绝对量不足,有可能降低钎焊性,而当其超过180克/分时,将会使喷镀层膜变厚,要冷却时由于收缩差而造成密合性的降低,同时使经济性变坏,因此最好按90~150克/分进行设定。
此外,为防止熔融,第1粉末的粒径球状或类似形状比扁平的喷雾粉末更好。如果第1粉末的粒径过小,就容易完全熔融,因此应确保粉末粒径为10微米以上。当粒径平均超过200微米,在相邻接的第1粉末之间就容易产生间隙而使钎料金属粒子减少,因此以取10~200微米为好。第1粉末的最佳粒径为50~150微米。
另一方面,为了在“糊状效果”的基础上确保良好的粘合作用和密合性,第2粉末的粒径应取为10~200微米。当其不足10微米时,由于总的表面积变大,而使氧化物层变大,因而使密合性变坏,而如果其超过200微米时,将难于熔融,因此降低了“糊状效果”。第2粉末的最佳粒径为10~150微米。
为了使第1、第2粉末平滑地从喷镀枪的细喷咀通过,希望10%(重量)以上,最好是50%(重量)以上的粉末是球形的粒子。焊剂的粒径应为10~200微米。
为了防止粉末粒子的氧化,上述的喷镀应在氮气等气氛的非氧化性的气氛中进行为好。而且第1,第2粉末可使用氧气浓度为0.05%(重量)以下的氧化度小的粒子。当氧气浓度超过0.05%(重量)时,在喷镀过程中不但会使密合性变坏,而且钎焊性也将变坏。
为了提高生产率,喷镀应在卷状的铝材拆卷时或者当铝材是挤压材料的情况下进行,即在铝材从挤压机中压出的同时,连续地进行喷镀。
通过上述工序形成了与本发明的铝材有关的混合粉末喷镀层。然后将铝材作为钎焊品的构成部件供钎焊使用,并将其加热到600℃左右的温度。在通过加热而升高温度的过程中,在400℃时,喷镀层中的锌或者锌合金,在钎焊表面的氧化膜破坏的同时开始熔融,同时在铝材表面上进行扩散而形成防蚀层。另外,在钎焊用金属是硅的情况下,该硅和铝材中的铝反应形成铝-硅系合金。随着温度的上升钎焊用金属熔融,而实现钎焊连接。在喷镀层中的焊剂被分散的情况下,利用钎焊加热,使该焊剂熔融而破坏和去除氧化膜,以确保钎焊用金属的良好的濡湿性。
根据本发明,由于是用由钎焊用金属组成的第1粉末和防蚀用的第2粉末的混合粉末进行喷镀,因此,就不必要按顺序形成防蚀层和钎料层,用一台喷镀装置就能完成该过程,因而可以防止因设置多台喷镀设备而使生产线加长及成本高的缺点。而且在喷镀层中由于同第2粉末所对应的防蚀用的锌或锌合金与同第1粉末相对应的钎焊用金属是以混在一起的状态存在,因此可以抑制钎料和大气相接触的面积,并能抑制氧化皮膜的形成、从而可以减轻对钎焊性的阻害。
另外,使用本发明的铝材进行钎焊时,随着因加热而造成温度升高,低熔点的锌或锌合金先熔化而去除了焊料表面的氧化膜,所以可以进一步抑制因氧化膜所引起的钎焊不良,从而可以进行更加良好的钎焊。
另外,在一边让第2粉末熔化,一边抑制第1粉末熔化进行喷镀的情况下,可以防止第1粉末呈完全熔融的高温状态和抑制粒子的氧化,从而能更好地防止钎焊不良的产生。而且第1粉末粒子至少芯部没有熔融,仍维持在喷镀前的组织状态,所以可以防止第1粉末粒子完全变成与进行钎焊后相同的凝固组织,进而利用芯部能完成良好的钎焊。因此就更能完成良好的钎焊接合和提供出高品质的钎焊品。
并且在喷镀时熔融的锌或锌合金附着在第1粉末粒子的周围或者充填到第1粉末粒子之间,起到作为保持该粒子的粘合剂作用,同时由于其密合性良好地附着在铝材表面上,所以即使第1粉末不熔融,也不会产生喷镀层的剥离,而可以把第1粉末粒子的钎焊金属粒子稳定地保持在铝材的表面上。
对于喷镀层含焊剂的情况,在钎焊前不必在接合部涂布焊剂,从而使钎焊工序得以简化。
实施例
(实施例1)
本实施例是钎焊用的第1粉末使用铝-硅合金粉末或铝粉末和硅粉末的混合粉末的实施例。
把由JIS 1070铝合金构成的宽16毫米×3毫米×厚0.5毫米的多孔扁平挤压材料按图1和图2所示,从挤压机(10)中压出之后,用冷却水槽(30)进行冷却,然后连续地卷成卷(60)。在冷却用水槽(30)出口侧的挤压材料(20)的上下按和卷方向成倾斜状态配置喷镀枪(40)(40)。喷镀枪(40)使用的是如图3所示的那种带喷咀部的火焰枪。由该喷镀枪将经过传送管(41)供给的燃烧气体和氧气的混合燃料气体从喷咀的前端喷出,点火而形成圆柱形的火焰,其对经粉末输送管(42)送别火焰中的原料粉末43和载体气体一起进行加热。然后利用压缩空气输送管(44)中所输送的压缩空气的喷射使被加热过的粉末成雾状向前方飞溅,并附着在挤压材料(20)的表面上。图3中(45)所示的是空气流。另外本实施例的喷镀枪其燃料气体使用的是:氧气:700升/分,丙烯:68升/分的混合气,压缩空气量取为800升/分。而火焰温度(喷镀温度)约为2700℃。
在上述的结构中如表1和表2所示,将喷镀的粉末种类、硅量、锌量、喷镀条件进行多种变化,在抑制第1粉末熔融的同时,熔融第2粉末并进行喷镀,在挤压材料(20)的上下两面上包覆形成了喷镀层(50)、(50)。
然后,在所得到的钎焊用铝材上测量喷镀层的膜厚。其结果如表2所示。在目视观察这些钎焊用铝材的喷镀层时,可能认为No 10、12各试料仅在局部上有一点点剥离,但实用上没问题。而对于No17的试料在喷镀时能看到喷射材料有伸缩现象。
以下将上面制作的各种钎焊用铝材用于热交换管,如图4和图5所示将其组装成各种多道流动形的铝制热交换器。图4及图5所示的热交换器设有呈水平状态上下平行配置并由上述钎焊用铝材组成的多根管(71)和在相邻管(71)之间配置的波纹散热片(72),以及与各管的两端接通的左右共1对的中空筒状集管(73)、(74),而且在左集管(73)的上下周面上连接有冷却介质入口管(75)和冷却介质出口管(76),同时在左右集管上可设置将冷却介质回路隔断成蛇形回路的隔板(77)。对于波纹散热片(72)使用的是厚度为0.15mm的JIS 3003铝合金。
将上述各热交换器的组装物,涂布焊剂悬蚀液,并进行干燥后,在氮气气氛里并在600℃下加热3分钟,把管(71)和波纹散热片(72)及管(71)和集管(73)、(74)和其它结构件进行钎焊。这里,管(71)和波纹散热片(72)的接合是利用在管表面上的前述喷镀层来实现的,而管(71)和集管(73)、(74)的接合是利用散热器内外面上具有包层的钎焊材来实现的。
根据所要求的与波纹散热片(72)的接合率来评价各热交换器的管(71)的钎焊性。接合率是指在波纹形散热片(72)的波峰处将散热片切下,所残留的散热片部分的数目相对于全部波峰的接合比例,部分残留的,则按把波峰等分为4等分来计算。
作为比较例(试料No 21)是利用直流电孤喷镀把锌皮膜(膜厚为1.6微米)包覆到JIS 1070铝合金制的挤压管材的表面上。而波纹散热片使用的是在JIS 3003铝合金芯材的两面上包层(复合)铝-硅系钎料的硬钎焊薄板(钎料的单面厚度为20微米)的成型体。用这些管和波纹散热片装配如图4及图5所示的热交换器,在和上述相同的条件下进行钎焊,检查散热片接合率。
以上的结果如表2所示。
表1
试料号 | 第一粉末 | 第二粉末 | 第一粉末和第二粉末混合比(重量比) | 球状粒子的比例(重量%) | |||||||
种类(注) | 平均粒径(微米) | 氧化浓度O2重量% | 硅量(重量%) | 种类(注) | 平均粒径(微米) | 氧化浓度O2重量% | 锌量(重量%) | ||||
实施 | 1 | A | 100 | 0.01 | 12 | C | 50 | 0.01 | 95 | 70∶30 | 60 |
2 | A | 90 | 0.03 | 12 | C | 45 | 0.02 | 95 | 85∶15 | 50 | |
3 | A | 80 | 0.03 | 12 | E | 45 | 0.02 | 45 | 85∶15 | 50 | |
4 | A | 120 | 0.01 | 11 | D | 40 | 0.01 | 100 | 65∶35 | 100 | |
5 | A | 110 | 0.02 | 10 | C | 40 | 0.02 | 98 | 60∶40 | 60 | |
6 | A | 150 | 0.01 | 12 | C | 80 | 0.01 | 85 | 80∶20 | 70 | |
7 | B | 50 | 0.01 | 9 | C | 30 | 0.01 | 95 | 70∶30 | 70 | |
8 | A | 120 | 0.01 | 11 | D | 40 | 0.01 | 100 | 95∶5 | 100 | |
9 | A | 110 | 0.02 | 10 | C | 40 | 0.02 | 98 | 50∶50 | 60 | |
10 | A | 250 | 0.01 | 12 | C | 50 | 0.01 | 95 | 70∶30 | 70 | |
11 | A | 5 | 0.01 | 12 | C | 40 | 0.01 | 95 | 70∶30 | 70 |
表1续
试料号 | 第一粉末 | 第二粉末 | 第一粉末和第二粉末混合比(重量比) | 球状粒子的比例(重量%) | |||||||
种类(注) | 平均粒径(微米) | 氧化浓度O2重量% | 硅量(重量%) | 种类(注) | 平均粒径(微米) | 氧化浓度O2重量% | 锌量(重量%) | ||||
实施 | 12 | A | 100 | 0.01 | 12 | C | 5 | 0.01 | 95 | 70∶30 | 70 |
13 | A | 90 | 0.01 | 12 | C | 150 | 0.01 | 95 | 70∶30 | 70 | |
14 | A | 100 | 0.01 | 4 | C | 50 | 0.01 | 96 | 70∶″30 | 70 | |
15 | A | 100 | 0.01 | 20 | C | 50 | 0.01 | 94 | 70∶30 | 70 | |
16 | A | 100 | 0.01 | 12 | C | 50 | 0.01 | 60 | 70∶30 | 70 | |
17 | A | 100 | 0.01 | 12 | C | 50 | 0.01 | 95 | 70∶30 | 5 | |
18 | A | 100 | 0.1 | 12 | C | 50 | 0.02 | 95 | 70∶30 | 70 | |
19 | A | 100 | 0.02 | 12 | C | 50 | 0.09 | 95 | 70∶30 | 70 | |
20 | A | 100 | 0.01 | 12 | C | 50 | 0.01 | 95 | 70∶30 | 70 | |
比较 | 21 | 锌涂覆管+钎焊(焊料)材包层硬钎焊薄板散热片 |
(注)A:铝-硅合金粉 B:铝粉和硅粉的混合粉
C:锌-铝合金粉 D:锌粉
E:铝-45重量% 锌-5.5重量%硅合金粉
表2
试料号 | 喷镀条件 | 喷镀层厚度(微米) | 钎焊性(散热片接合率(%) | 耐蚀性(管腐蚀深度(微米) | 备注 | ||
喷射距离(mm) | 粉末供给量(g/分) | ||||||
实施 | 1 | 200 | 120 | 20 | 100 | 130 | 喷镀温度约2700℃ |
2 | 150 | 120 | 20 | 98 | - | ||
3 | 150 | 120 | 20 | 97 | - | ||
4 | 200 | 120 | 25 | 98 | - | ||
5 | 200 | 120 | 30 | 97 | - | ||
6 | 200 | 120 | 22 | 99 | - | ||
7 | 200 | 120 | 20 | 98 | - | ||
8 | 200 | 120 | 25 | 84 | - | ||
9 | 200 | 120 | 30 | 89 | - | ||
10 | 200 | 120 | 22 | 75 | - | ||
11 | 200 | 120 | 20 | 87 | - | ||
12 | 200 | 120 | 20 | 81 | - | ||
13 | 200 | 120 | 20 | 86 | - | ||
14 | 200 | 120 | 20 | 82 | - | ||
15 | 200 | 120 | 20 | 73 | - |
表2续
试料号 | 喷镀条件 | 喷镀层厚度(微米) | 钎焊性(散热片接合率(%) | 耐蚀性(管腐蚀深度(微米) | 备注喷镀温度约2700℃ | ||
喷射距离(mm) | 粉末供给量(g/分) | ||||||
实施 | 16 | 200 | 120 | 20 | 70 | - | |
17 | 200 | 120 | 20 | 83 | - | ||
18 | 200 | 120 | 20 | 88 | - | ||
19 | 200 | 120 | 20 | 92 | - | ||
20 | 200 | 120 | 5 | 66 | - | ||
比较 | 21 | - | - | - | 99 | 140 | - |
另外有关No 2和No 3试验品,在装配成热交换器之前,用显微镜观察挤压管表面喷镀层断面的金相组织,其显微镜照片如图6、图7(试料No 2)和图9、图10(试料No 3)所示。在这些照片中。(a)显示的是喷镀层的整体,(b)显示的是锌成分,(c)显示的仅是喷镀层中的硅成分,(d)显示的仅是铝成分。图8、图11分别表示的是图6照片的模式图和图9照片的模式图。
正如图6、图7、图9和图10的金相组织照片所代表的那样,由于喷镀层(50)中钎料粒子(51)(图8、图11中所示)被保持成球形,所以本发明的实施样品在喷镀时仅熔融粒子的表面,其芯部则仍保持在非熔融状态,或者保持完全没进行熔融的固体状态。而且在该钎粒粒子表面上,付着着已熔融的锌(52),另外根据表2的结果可知,这种本发明的实施样品,在接合部可以形成充分的角焊缝,具有和用硬钎焊薄板的比较样品(试样No 21)同等或者在其之上的良好的钎焊性。
用与试料No 1所示的本发明实施样品以及试料No 21的比较品有关的热交换器做CCT腐蚀试验(复合腐蚀试验),对经120周期后的管的腐蚀深度进行调查时,如表2所示,实施样品为130微米,而比较品为140微米。因此可以确认根据本发明能够获得良好的耐蚀性。
(实施例2)
本实施例所示的是第1粉末使用硅粉末的实施例。
喷镀的粉末种类、锌量、混合比率、喷镀条件等除了如表3及表4的各种变化之外,其它均按与实施例1同样的条件进行喷镀,在铝制挤压材料(20)的上下两面上包覆形成喷镀层。另外,硅粉末使用的纯度是98%。可看到试料No 47在喷镀时喷镀材料有一点伸缩。
测定所得到的钎焊用铝材中硅粉末和锌或锌合金粉末的总付着量,如表4所示,对硅粉末粒径大的试料No 43、锌合金粉末粒径大的试料No 46、喷镀距离长的试料No 51,喷镀温度低的试料No 52来说付着原料利用率差和附着量较少。在检查放大的各试料的喷镀层的断面的金相组织状态时,试样No 41、43、44、47、49、50、54~56中保持着硅粒子形状,而且由于喷镀抑制硅粒子的熔融,从而使其以非熔融的状态存在,另一方面在这种硅粒子的相互间隙间充填着熔融的锌合金。试料No 45、46、52中的锌合金熔融的不十分充分。而在试料No 48中,锌合金虽然熔融了,但其绝对量稍显不足。而对试料No 51,可看到在锌合金粒子的一部分中有熔融后的再凝固。对试料No 42及No 53,锌合金粒子促进了硅料子的熔融。而对No50试料,其硅表面的氧化很激烈。
以下对上述所得到的各种钎焊用的铝材进行以下试验。
[密合性试验]
评价喷镀层的密合性。密合性是用把切成长为600毫米的各个管和直径为500毫米的圆环相配合而弯曲成反U字形,再弯曲成与已弯曲方向相反的U字状,将其作为一个周期,重复10次这种操作后根据此时喷镀层有无剥离来评价的。
[钎焊性试验]
利用和实施例1相同的方法,检查散热片的接合率。
耐蚀性试验
用和实施例1同样的方法检查试料No41、54的耐蚀性。其检查结果如表4所示。
表3
试料号 | 硅粉末 | 锌或锌合金粉末(锌系粉末) | 硅粉末和锌粉末的混合比(重量比) | |||||
平均粒径(μm) | 球状粒子的比率(wt%) | 种类(注1) | 锌量(wt%) | 平均粒子径(μm) | 球状粒子的的比率(wt%) | |||
实施 | 41 | 50 | 50 | A | 95 | 100 | 50 | 80∶20 |
42 | 4 | 50 | A | 95 | 100 | 50 | 80∶20 | |
43 | 250 | 50 | A | 95 | 109 | 50 | 80∶20 | |
44 | 50 | 0 | A | 95 | 100 | 50 | 80∶20 | |
45 | 50 | 50 | A | 10 | 100 | 50 | 80∶20 | |
46 | 50 | 50 | A | 95 | 300 | 50 | 80∶20 | |
47 | 50 | 50 | A | 95 | 100 | 0 | 80∶20 | |
48 | 50 | 50 | A | 95 | 100 | 50 | 98∶2 | |
49 | 50 | 50 | A | 95 | 100 | 50 | 30∶70 | |
50 | 50 | 50 | A | 95 | 100 | 50 | 80∶20 | |
51 | 50 | 50 | A | 95 | 100 | 50 | 80∶20 | |
52 | 50 | 50 | A | 95 | 100 | 50 | 80∶20 | |
53 | 50 | 50 | A | 95 | 100 | 50 | 80∶20 | |
54 | 50 | 50 | B | 100 | 100 | 50 | 80∶20 | |
55 | 70 | 30 | B | 100 | 80 | 60 | 70∶30 | |
56 | 30 | 70 | A | 60 | 120 | 60 | 50∶50 |
(注) A:锌-铝合金粉
B:锌粉
表4
试料号 | 喷镀条件 | 硅、锌系粉末的付着量(g/m2) | 密合性(注2) | 钎焊性(散热片接合率(%) | 耐蚀性(管腐蚀深度)(微米) | ||
喷镀距离(mm) | 喷镀温度℃ | ||||||
实施 | 41 | 250 | 3200 | 14 | ◎ | 100 | 130 |
42 | 250 | 3200 | 16 | ◎ | 81 | - | |
43 | 250 | 3200 | 8 | ◎ | 70 | - | |
44 | 250 | 3200 | 12 | ◎ | 96 | - | |
45 | 250 | 3200 | 15 | ○ | 89 | - | |
46 | 250 | 3200 | 10 | ○ | 88 | - | |
47 | 250 | 3200 | 12 | ◎ | 97 | - | |
48 | 250 | 3200 | 15 | ○ | 84 | - | |
49 | 250 | 3200 | 13 | ◎ | 86 | - | |
50 | 40 | 3200 | 17 | ◎ | 77 | - | |
51 | 500 | 3200 | 9 | ○ | 75 | - | |
52 | 250 | 1000 | 11 | ○ | 76 | - | |
53 | 250 | 9000 | 16 | ◎ | 80 | - | |
54 | 250 | 3200 | 15 | ◎ | 100 | 130 | |
55 | 200 | 2800 | 16 | ◎ | 100 | - | |
56 | 200 | 2500 | 13 | ◎ | 100 | - |
(注2)◎完全不能看出剥离。
○一部分剥离但实用上没问题。
×看到大范围的剥离。
从上述结果可以了解到,本发明的实施样品相对铝材的喷镀槽的密合性是良好的,而且钎焊性、耐蚀性方面也是优越的。尤其当一方面使锌或锌合金粉末被完全熔融,而另一方面抑制硅粉末的熔融对实施样品(No 41、44、47、54~56)进行喷镀时,比锌或锌合金粉末充分熔融的No 45、46、51、52的实施品的密合性更优越,而且比促进硅粒子熔融的试料No 42、53具有更好的钎焊性。而且如果粉末中的锌或锌合金的绝对量少(No 48)会使密合性稍稍变坏。而在硅粉末绝对量少的情况下,(No 49),因喷镀距离短,而造成硅粒子产生激烈氧化时(NO 50),其钎焊性就会稍稍变坏。而且在付着量少的情况下(试料No 43,46、51、52)其钎焊性也会稍稍变坏。
(实施例3)
在实施例2中表3所示的试料No 41~44中的第1粉末和第2粉末的混合粉末中混合了焊剂后作为喷镀材料来使用。第1粉末和第2粉末的合计值和焊剂的重量比,取为85∶15及90∶10。
然后按与实施例2的No 41~44相同的条件进行喷镀,同时在钎焊实验中,把没涂布焊剂悬浊液的点去除,按和实施例2相同的条件制造热交换器,检查散热片接合率等,可得到几乎和实施例2的No 41~44一样的数值。
Claims (8)
1.一种钎焊用防蚀铝材料,其特征在于,
它包括铝材层,和在该铝材层的至少一个表面上形成的,钎焊用的金属与Zn或Zn合金相混的喷镀层,
所述钎焊用金属由选自Al和Si的混合体、Al-Si系合金、Si中的1种或2种以上的金属组成,
而且,所述钎焊用金属由多个颗粒状的非熔融组织构成,这些颗粒分散于经熔融凝固的Zn或Zn合金中,
当钎焊用金属选自Al和Si的混合体,Al-Si系合金时,所述钎焊用金属粉末中的硅量占喷镀后钎料的5-40重量%,
当钎焊用金属选自硅粉末时,所用硅粉的纯度为98%以上,
对于防蚀用的Zn或Zn合金相混的粉末,Zn含量占40重量%以上,
钎焊用金属与Zn或Zn合金的重量比是30∶70~95∶5。
2.根据权利要求1所述的钎焊用防蚀铝材料,其中,在喷镀层中分散有焊剂。
3.根据权利要求2所述的钎焊用防蚀铝材料,其中,钎焊用金属和Zn或Zn合金的总量与焊剂的重量比为95∶5~60∶40。
4.一种钎焊用防蚀铝材料的制法,其特征在于,
将第1粉末与第2粉末混合成为混合粉末,所述第1粉末由选自Al和Si的混合粉末、Al-Si系合金粉末、Si粉末中的一种或两种以上的钎焊用金属粉末构成,所述第二粉末由Zn粉末或Zn合金粉末构成防蚀用第2粉末,
当第一粉末选自Al和Si的混合体,Al-Si系合金时,所述粉末中的硅量占喷镀后钎料的5-40重量%,
当第一粉末选自硅粉末时,应使用纯度为98%以上的硅粉,
对于防蚀用的第二粉末,即Zn单质或Zn合金相混的粉末,Zn含量应占40重量%以上,
而且第一粉末与第二粉末的重量比是30∶70~95∶5;
在将上述混合粉末喷镀于铝材料的表面时,一方面使第2粉末熔融,另一方面,使第1粉末或者保持原有的固体状态或者仅使表面部分熔融,以进行喷镀。
5.根据权利要求4所述的钎焊用防蚀铝材料的制法,其中,在第1粉末与第2粉末的混合粉末中,再混合入焊剂粉末。
6.根据权利要求5所述的钎焊用防蚀铝材料的制法,其中,第1粉末和第2粉末的总量与焊剂粉末的重量比为95∶5~60∶40。
7.根据权利要求4-6中任何一项所述的钎焊用防蚀铝材料的制法,其中,第1粉末由Al和Si的混合粉末和/或Al-Si系合金粉末组成,喷射温度为1000~3000℃。
8.根据权利要求4~6中任何一项所述的钎焊用防蚀铝材料的制法,其中,第1粉末由Si粉末组成,喷射温度为2000~4000℃。
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