CN1054795C - 钎焊组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明关于含Al-Si-Zn-In-Be或Al-Si-Zn-In-Be-Bi合金粉末和粘结剂的钎焊组合物，其中所述合金粉末中的ZN含量是该合金粉末重量的11-30%范围内。该钎焊组合物在制造蒸发器、冷凝器、散热器等换热器时，用于钎焊铝或铝合金制的管和铝或铝合金制的散热片。

Description

钎焊组合物
本发明涉及一种包含一种粘结剂和一种Al-Si-Zn-In-Be或Al-Si-Zn-In-Be-Bi合金粉末的钎焊组合物。
由铝材构成的换热器是通过使用包覆有钎焊材料的钎接金属片(brazing sheet)形成管或散热片、将它们组装成预定形状并将它们钎焊的。
但是，制造钎接金属片难度大且产率低，因此这种方法不经济。另外，其废料处理代价高，这是因为钎接金属片不适应于回收。此外，使用钎接金属片制造管需要特殊技术。并且，钎接金属片还难以加工成散热片并容易损坏模具。还有钎接金属片不容易加工至很薄，以致于难以生产小且轻的换热器。
附带说明一下，作为一种用于钎接金属片的钎焊料，已经使用一种Al-Si合金(Japanese Patent Publication告No.27037(1983))。
另外，作为另一种钎焊材料，Al-Si-Zn合金是已知的(JapanesePatent Publication No.27037(1983)，Japanese Patent Laid OpenNo.151188  (1991))。但是，通过包覆Al-Si-Zn合金组成的钎焊材料而制造钎接金属片的方法是困难的，因此实际上并不使用这种方法。
此外，当使用Al-Si合金作为钎焊材料时，为了提高耐腐蚀性，推荐使用例如火焰喷涂等方法事先在其上形成Zn膜。这就意味着对其上形成了Zn膜的散热片和管用包覆在散热片上的Al-Si合金进行钎焊。但是，这种方法包括复杂的步骤，例如形成Zn膜的步骤，因此这种方法并不优选。
在现有技术中，和这种方法一样，当力求保持足够的耐腐蚀性，则制造方法就变得复杂且不经济。与此相反，如果力求降低制造成本，则其耐腐蚀性就降低。
本发明的一个目的是提供一种钎焊组合物以使人们能够制造钎焊成本低并具有良好耐腐蚀性的多种产品。
本发明的目的是提供一种涂有本发明的钎焊组合物的铝材。
本发明的另一个目的是提供一种制造成本低、尺寸小且重量轻的换热器。
本发明的目的由一种含有Al-Si-Zn-In-Be合金(一种由Al、Si和Zn作为基本成分组成的合金)粉末和一种粘结剂的钎焊组合物来实现，其中Zn含量是该Al-Si-Zn-In-Be合金粉末重量的11-30％。
此外，本发明的目的由一种含有Al-Si-Zn-In-Be合金粉末、一种粘结剂和一种溶剂的钎焊组合物来实现，其中Zn含量是该Al-Si-Zn-In-Be合金粉末重量的11-30％。
另外，本发明的目的由一种含有Al-Si-Zn-In-Be合金粉末、一种粘结剂、一种钎焊剂和溶剂的钎焊组合物来实现，其中Zn含量是该Al-Si-Zn-In-Be合金粉末重量的11-30％。
此外，为了有效地发挥钎焊料的作用，Al-Si-Zn-In-Be合金的Si含量优选的是该合金粉末重量的6-12％(重量)。
另外，Al-Si-Zn-In-Be合金粉末中含有In是从提高耐腐蚀性观点出发的，其含量是该Al-Si-Zn-In-Be合金粉末重量的0.01-0.05％。
而Al-Si-Zn-In-Be合金粉末中的Be含量是该合金粉末重量的0.02-0.06％。此外，Al-Si-Zn-In-Be合金中还含有和Bi，Al-Si-Zn-In-Be合金粉末中的Bi含量是该合金粉末重量的0.04-0.05％。并且还允许该合金粉末含有不可避免的杂质。
尤其优选的是Al-Si-Zn合金含有In和Be，或者In和Bi。其比例与上述相同。
另外，为了有效地发挥钎焊料的作用，Al-Si-Zn合金粉末的平均粒径最好在10-200μm(尤其是10-53μm)的范围。
为了在管、集管等的表面上提供本发明的Al-Si-Zn合金粉末，使用一种粘结剂。对于这种粘结剂的特性而言，优选在钎焊温度下易于挥发的粘结剂，尤其最好是平均分子量在1000-100,000范围内的丙烯酸树脂和甲基丙烯酸树指。例如，列举的平均分子量在1000-100,000范围内的聚丙烯酸丁酯树脂。
粘结剂的混合比，是0.1-100重量份数比100重量份数的Al-Si-Zn合金粉末，尤其最好是5-20重量份数比100重量份数的Al-Si-Zn合金粉末。
为了在铝材表面上提供本发明的钎焊组合物，通常采用各种方法，例如喷涂法、流涂法、辊涂法、刷涂法等，采用这些方法涂敷本发明的钎焊组合物，使干燥后的厚度在5-200μm范围内。厚度较好是10-150μm，最好是10-60μm。尤其是，涂敷在表面上的Al-Si-Zn合金粉末的量是20-400g/m2，特别是40-150g/m2。关于涂敷Al-Si-Zn合金粉末时所使用的溶剂，列举的碳原子数为1-8的脂族醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇、戊醇等，其中，最优选的溶剂是异丙醇。
关于粘结剂和溶剂的混合比，溶剂含量的优选比例为100-10,000重量份数比100重量份数的粘结剂，最好是500-2,000重量份数。
钎焊作业使用氟化物钎焊剂，例如KF-AlF3和RbF-AlF3。这些钎焊剂可以预先加入到本发明的钎焊组合物中。当然还可使用除上述之外的钎焊剂。关于这些钎焊剂的混合比例，钎焊剂含量的优选比例为3-50重量份数比100重量份数的Al-Si-Zn合金粉末，最好是10-30重量份数比100重量份数的Al-Si-Zn合金粉末。最好是钎焊剂预先混入钎焊组合物中，但也可以在钎焊作业时加入。
本发明的一种钎焊组合物，它包含一种粘结剂和一种Al-Si-Zn-In-Be合金粉末，其中Zn含量是所述合金粉末重量的11-30％，In含量是所述合金粉末重量的0.01-0.05，而Be的含量是所述合金粉末重量的0.02-0.06％。
本发明有又一种钎焊组合物，它包含一种粘结剂和一种Al-Si-Zn-In-Be-Bi合金粉末，其中Zn含量是所述合金粉末重量的11-30％，In含量是所述合金粉末重量的0.01-0.05，Be的含量是所述合金粉末重量的0.02-0.06％，而Bi含量是所述合金粉末重量的0.04-0.05％。
本发明的再一种钎焊组合物，它包含一种Al-Si-Zn-In-Be合金粉末和一种粘结剂，其中，
Zn、Si、In和Be的含量分别是所述合金粉末重量的11-30％，6-12％，0.01-0.05％和0.02-0.06％；
所述合金粉末的平均粒径在10-200μm范围内；
所述粘结剂是甲基丙烯酸树脂，其平均分子量在1000-100,000范围内。
本发明的另一种钎焊组合物，它包含一种Al-Si-Zn-In-Be-Bi合金粉末和一种粘结剂，其中
Zn、Si、In和Be的含量分别是所述合金粉末重量的11-30％，6-12％，0.01-0.05％和0.02-0.06％，而Bi的含量比例是所述合金粉末重量的0.04-0.05％；
所述合金粉末的平均粒径在10-200μm范围内；
所述粘结剂是甲基丙烯酸树脂，其平均分子量在1000-100,000范围内。
此外，本发明的目的由其上提供了上述钎焊组合物的铝材实现。
在其上提供了本发明的钎焊组合物的铝材可以是换热器的一个组成部分，即散热片。但是，本发明的钎焊组合物最好是涂敷在管或集管的表面上。
通过将在表面上涂敷了钎焊组合物的散热片和管(及任选的集管)组装成预定的形状，并在真空或一种惰性气体气氛下，借助钎焊剂钎焊将它们接合而制造成换热器。
也就是说，本发明的目的由一种换热器实现，该换热器包括由在表面上提供了所述钎焊组合物的铝材构成的第一换热器部件(例如，管和/或集管)以及第二换热器部件(例如散热片)，其中这些部件是借助钎焊剂钎焊而进行接合。
本发明采用Al-Si-Zn合金粉末的理由和优点如下。
(1)该方法使人们能够将Zn均匀扩散，Zn在管或集管表面上显示出牺牲阳极作用，并提高管或集管的耐腐蚀性和耐点蚀性。
在使用Al-Si合金粉末代替Al-Si-Zn合金粉末的情况下，所形成的管或集管的耐腐蚀性和耐点蚀性差。
此外，在使用Al-Si合金粉末和Zn粉末的混合粉末代替Al-Si-Zn合金粉末的情况下，所形成的管或集管的耐腐蚀性和耐点蚀性差。
(2)这种方法使人们能够向所需要的区域提供必要量的钎焊材料。
在本发明中，不需要如包覆之类的工艺，因此制造过程变得十分简单。这就降低了制造成本。尤其是容易提供由Al-Si-Zn合金组成的难于包覆的钎焊料层。
(3)这种方法使人们能够将各种必须的粉末添加剂(例如用于钎焊的钎焊剂)同时供入到钎焊料膜中。
此外，因本发明不需要使用钎接金属片来制造换热器，这就降低了制造成本。并且，因本发明也不需用钎接金属片来制造散热片，故而所制成的散热片薄，而所制成的换热器小且轻。
图1是表示按照本发明的技术钎焊而成的冷凝器的略图。
实施例
下面，说明具体的实施例。
在干燥的氮气氛下，用雾化法制备表1所述的各种组成的平均粒度均在10-45μm范围内的球形粉末。
                                      表1
                   比例(重量％)             平均粒径
        si     zn    In    Be    Bi    Al    (μm)
E-1    5.0    11.0  0.00  0.04  0.00  余量    10
E-2    6.0    11.0  0.00  0.00  0.08  余量    30
E-3    14.0   11.0  0.00  0.00  0.00  余量    30
E-4    5.0    11.0  0.03  0.00  0.00  余量    20
E-5    10.0   15.0  0.00  0.03  0.00  余量    10E-6    9.9     15.0   0.00   0.00    0.08    余量    30E-7    10.2    15.0   0.02   0.04    0.00    余量    30E-8    7.0     20.0   0.02   0.00    0.05    余量    30E-9    10.0    20.0   0.02   0.02    0.04    余量    30E-10   8.2     25.0   0.00   0.00    0.00    余量    20E-11   7.0     25.0   0.03   0.00    0.00    余量    20E-12   7.0     30.0   0.00   0.02    0.00    余量    40E-13   8.0     30.0   0.00   0.00    0.08    余量    30E-14   12.0    30.0   0.02   0.03    0.00    余量    30E-15   10.0    35.0   0.03   0.00    0.05    余量    20E-16   10.0    35.0   0.02   0.02    0.05    余量    20E-17   8.1     35.0   0.00   0.00    0.00    余量    45E-18   9.0     40.0   0.00   0.00    0.00    余量    30E-19   13.0    40.0   0.00   0.00    0.00    余量    30E-20   6.0     11.0   0.00   0.02    0.15    余量    20E-21   6.0     11.0   0.00   0.06    0.03    余量    20E-22   6.0     11.0   0.01   0.00    0.10    余量    20E-23   6.0     11.0   0.08   0.00    0.04    余量    20E-24   6.0     11.0   0.05   0.02    0.00    余量    20E-25   6.0     11.0   0.01   0.06    0.00    余量    20E-26   10.0    15.0   0.00   0.01    0.00    余量    20E-27   10.0    15.0   0.00   0.00    0.02    余量    20C-1    8.0     7.0    0.00   0.00    0.00    余量    30C-2    8.0     5.0    0.01   0.00    0.00    余量    30C-3    8.0     0.0    0.00   0.00    0.00    余量    30
其中，“E”表示具体实施方案的实施例，而“C”表示对比例。
对于各个实施例，是将100重量份数的上述合金粉末、10重量份数的粘结剂(平均分子量为10,000的聚丙烯酸丁酯)、50重量份数的溶剂(异丙醇)和15重量份数的钎焊剂(KF-AlF3)混合并搅拌。从而制成钎焊组合物的样品。
接着，将上述钎焊组合物以30μm的厚度(合金粉末量60g/m2)涂敷在由厚2mm、宽20mm和长500mm的铝合金制成的挤制铝管表面上。并且将上述各钎焊组合物以150μm的厚度(合金粉末量是300g/m2)涂敷在铝合金制成的集管上将要嵌入挤制铝管的部分上。
组装这些挤制铝管、集管和散热片时，通过将它们在干燥氮气氛下，在约600℃保持5分钟进行钎焊，从而得到图1所示的汽车用冷凝器。在该图中，编号1是散热片，2是挤制铝管，3是集管。
关于换热器的钎焊速率、耐腐蚀性、耐点蚀性的试验结果示于下列表2中。
               表2
      接合率    耐腐蚀性    耐点蚀性
E-1    99％        ○          ○
E-2    99％        ○          ○
E-3    97％        ○          ○
E-4    97％        △          ◎
E-5    99％        ○          ○
E-6    99％        ○          ○
E-7     99％      △         ◎
E-8     99％      △         ◎
E-9     100％     △         ◎
E-10    97％      ○         ○
E-11    97％      △         ◎
E-12    99％      ○         ○
E-13    99％      ○         ○
E-14    99％      △         ◎
E-15    99％      △         ◎
E-16    100％     △         ◎
E-17    97％      ○         ○
E-18    97％      ○         ○
E-19    97％      ○         ○
E-20    100％     ○         ○
E-21    100％     ○         ○
E-22    99％      △         ◎
E-23    99％      △         ◎
E-24    99％      △         ◎
E-25    99％      △         ◎
E-26    99％      ○         ○
E-27    99％      ○         ○
C-1     97％      △         ×
C-2     97％      △         ×
C-3     97％      ×                    ×
C-4     93％      ×                    ×
C-5     93％      △         ○
其中，“E”表示具体实施方案的实施例，“C”表示对比例。
*在C-4中，使用70重量份数30μm大小的Al-Si合金粉末(Al：92％(重量)、 Si：8％(重量))和30重量份数30μm大小的Zn粉末的混合粉末，并和E-1相同地处理。
*在C-5中，在铝合金制的挤制铝管上用火焰喷涂形成锌膜，将30μm大小的Al-Si合金粉末(Al：92％(重量)、Si：8％(重量))的钎焊组合物涂敷在上述挤制铝管的表面上，接着进行钎焊剂钎焊。
*“耐腐蚀性”栏中的○表示：在管子上仅能发现略微腐蚀。
*△表示在整个管子上可以发现轻微腐蚀。
*×表示在整个管子上可以发现极严重的腐蚀。
*在“耐点蚀”栏中的⊙表示：仅管子表面有点腐蚀。
* ○表示在管子上可以发现略微点腐蚀。
*△表示在管子上可以发现严重点腐蚀。
*×表示在管子上可以发现许多穿透的点腐蚀。
此外，与上述实施方案相类似，将30μm的上述钎焊组合物(合金粉末量：60g/m2)涂敷在卷绕成盘管的铝制挤制铝管的表面上，继之切割成预定长度。接着，通过组装所得到的挤制铝管、集管和散热片，得到图1所示的类似上述实施方案的冷凝器。试验这种冷凝器的接合率、耐腐蚀性和耐点蚀性。结果得到和表2相同的结果。
这些结果表明，本发明的钎焊组合物具有极好的钎焊性能，优良的耐腐蚀性和耐点蚀性。
应指出，并非所有含Zn的钎焊组合物都能提供优良的耐腐蚀性和耐点蚀性。也就是说，即使使用Zn，只要钎焊组合物是Al-Si合金粉末和Zn粉末混合物的形式，则就不能获得和本发明一样的性能。
此外，仅使用Al-Si-Zn合金还不够，Al-Si-Zn合金中的Zn含量必须是10-55％(重量)。
另外，仅使用上述比例的Al-Si-Zn合金还不够，该Al-Si-Zn合金还必须是粉末状的。
如上所述，本发明使人们能够在低的温度下(例如在600℃时)钎焊铝制的管和铝合金制的散热片，因此钎焊作业变得容易，并且铝材可以避免因高温而造成损坏。

Claims (10)

1.一种钎焊组合物，它包含一种粘结剂和一种Al-Si-Zn-In-Be合金粉末，其中Zn含量是所述合金粉末重量的11-30％，In含量是所述合金粉末重量的0.01-0.05，而Be的含量是所述合金粉末重量的0.02-0.06％。
2.根据权利要求1所述的钎焊组合物，其中Si含量是所述合金粉末重量的6-12％。
3.根据权利要求1所述的钎焊组合物，其中所述合金粉末的平均粒径在10-200μm范围内。
4.根据权利要求1所述的钎焊组合物，其中所述粘结剂是在钎焊温度下挥发的。
5.根据权利要求1所述的钎焊组合物，其中所述粘结剂是甲基丙烯酸树脂，其平均分子量在1,000-100,000范围内。
6.根据权利要求1所述的钎焊组合物，它还包含一种溶剂，其含量比例按100重量份数的所述粘结剂计是100-10,000重量份数。
7.一种钎焊组合物，它包含一种粘结剂和一种Al-Si-Zn-In-Be-Bi合金粉末，其中Zn含量是所述合金粉末重量的11-30％，In含量是所述合金粉末重量的0.01-0.05，Be的含量是所述合金粉末重量的0.02-0.06％，而Bi含量是所述合金粉末重量的0.04-0.05％。
8.一种钎焊组合物，它包含一种Al-Si-Zn-In-Be合金粉末和一种粘结剂，其中，
Zn、Si、In和Be的含量分别是所述合金粉末重量的11-30％，6-12％，0.01-0.05％和0.02-0.06％；
所述合金粉末的平均粒径在10-200μm范围内；
所述粘结剂是甲基丙烯酸树脂，其平均分子量在1,000-100,000范围内。
9.根据权利要求8所述的钎焊组合物，它还包含一种溶剂，其含量比例按每100重量份数的上述粘结剂计是100-10,000重量份数。
10.一种钎焊组合物，它包含一种Al-Si-Zn-In-Be-Bi合金粉末和一种粘结剂，其中
Zn、Si、In和Be的含量分别是所述合金粉末重量的11-30％，6-12％，0.01-0.05％和0.02-0.06％，而Bi的含量比例是所述合金粉末重量的0.04-0.05％；
所述合金粉末的平均粒径在10-200μm范围内；
所述粘结剂是甲基丙烯酸树脂，其平均分子量在1,000-100,000范围内。
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