CN106271220B

CN106271220B - 一种铝合金焊前表面预活化处理助剂及预活化处理方法

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Publication number: CN106271220B
Application number: CN201610771311.7A
Authority: CN
Inventors: 张国清; 周万盛; 高念忠; 王炜; 韩鹏; 季晨宇
Original assignee: BEIJING NON-FERROUS METAL AND RARE-EARTH APPLICATION INST
Current assignee: BEIJING NON-FERROUS METAL AND RARE-EARTH APPLICATION INST
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-10-23
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: CN106271220A

Abstract

一种铝合金焊前表面预活化处理助剂和预活化处理方法，主要用于铝及铝合金的低温钎焊连接。该助剂由以下含量的成分组成：氟化锌1.0～3.0wt％，氟化氢铵7.0～9.0wt％，氟硼酸亚锡8.0～12.0wt％，聚乙二醇1.0～5.0wt％，抗氧化剂0.5～2.0wt％，乙醇胺18.0～22.0wt％，三乙醇胺余量。该方法包括铝合金表面清洗、涂覆预活化处理助剂、炉内加热活化、烘干、清洗等步骤。铝合金焊前预活化处理后，可在表面生成厚度1.0～3.0μm的SnZn合金过渡层，可焊性得到改善，焊着率及焊接强度显著提高。该处理方法适用于纯铝、3A21及6061等多种铝及铝合金，方法简单，利于批量生产。

Description

一种铝合金焊前表面预活化处理助剂及预活化处理方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金焊前表面预活化处理方法，主要用于铝及铝合金的低温钎焊连接，属于材料和化工技术领域。

背景技术

铝合金具有密度小、比强度高、导电、导热性高、耐腐蚀性强等特点，力学性能十分优异，广泛应用于航空、航天、电子、建筑、电器、汽车、铁路机车和船舶等领域，铝合金的连接及其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，钎焊是重要的其中一种，由于钎焊连接具有焊缝成形美观、焊接变形小等特点，在航空、航天、电子电力、船舶等行业得到广泛应用，特别是对重要部件的接头一般采用钎焊连接。

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-铝低温钎焊一般采用铝表面预镀镍再钎焊的方式实现。铝合金预镀镍锡焊的优点在于其原始表面已被镀镍层屏蔽失去其原有的不良焊接性能；同时，镍与锡可组成金属间化合物，铝合金材料的焊接性能显著优化。

但是，当材料、结构或工艺要求免除表面镀镍时，铝合金材料的焊接性无法改善，特别是当铝合金与纯铝搭接焊时，或有缝隙表面与无缝隙表面搭接时，易出现焊缝偏移现象影响焊接质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金焊前表面预活化处理助剂，该助剂成分设计科学、配比合理，铝合金焊前预活化处理后，可在表面生成厚度1.0～3.0μm的合金过渡层，可焊性得到改善，焊着率及焊接强度显著提高。可推广应用于多种铝合金表面活化处理。

本发明的另一目的在于提供一种铝合金焊前表面预活化处理方法，该方法简单，有利于铝合金构件焊接的批量制造。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝合金焊前表面预活化处理助剂，该助剂由以下含量的成分制成：氟化锌1.0～3.0wt％，氟化氢铵7.0～9.0wt％，氟硼酸亚锡8.0～12.0wt％，聚乙二醇1.0～5.0wt％，抗氧化剂0.5～2.0wt％，乙醇胺18.0～22.0wt％，三乙醇胺余量。

如上所述的铝合金焊前表面预活化处理助剂，优选地，所述聚乙二醇为聚乙二醇600、聚乙二醇800和/或聚乙二醇1000。

另一方面，本发明提供如上所述的铝合金焊前表面预活化处理助剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将氟化锌、氟化氢铵按所述比例混合，搅拌均匀，得到混合粉末A；

步骤2：将氟硼酸亚锡按所述比例加入到混合粉末A中，搅拌均匀，静置12～16小时，得到混合溶液B；

步骤3：将乙醇胺按所述比例加入到混合溶液B中，搅拌均匀，静置2～4小时，得到混合溶液C；

步骤4：将三乙醇胺按所述比例加入到混合溶液C中，搅拌均匀，得到混合溶液D；

步骤5：将混合溶液D加热至70℃～80℃，加入聚乙二醇800和抗氧化剂，搅拌均匀，冷却至常温即得到铝合金焊前表面预活化处理助剂。

又一方面，本发明提供一种铝合金焊前表面预活化处理助剂，其是采用如上所述的方法制备的。

再一方面，本发明提供一种铝合金焊前表面预活化处理方法，该方法包括如下步骤：

I.铝合金表面清洗；

II.涂覆权利要求1、2或4所述的铝合金焊前表面预活化处理助剂；

III.炉内加热活化，炉温260～280℃，保温时间2～3分钟；

IV.烘干、清洗。

如上所述的铝合金焊前表面预活化处理方法，优选地，所述步骤I包括以下操作：用10～12wt％NaOH溶液浸泡2～3分钟，清水冲洗后，再用5～6wt％HNO₃溶液浸泡1～2分钟，清水冲洗后晾干。

如上所述的铝合金焊前表面预活化处理方法，优选地，所述步骤II涂覆预活化处理助剂的涂覆量为0.5～0.6mL/cm²。

如上所述的铝合金焊前表面预活化处理方法，优选地，所述步骤IV采用烘箱烘干，烘箱温度70～80℃，保温时间45～55分钟；清洗采用温水浸泡清洗，水温50～60℃。

本发明的有益效果在于：

针对SnBi系、SnAg系等低温钎料在铝及铝合金表面润湿性极差，无法实现钎焊连接的问题。本发明提供一种铝合金焊前表面预活化处理助剂和预活化处理方法，处理后可在基材表面生成厚度1.0～3.0μm的SnZn合金过渡层，可焊性得到改善，焊着率及焊接强度显著提高。

铝合金焊前表面预活化处理助剂中氟化锌和氟硼酸亚锡是核心活化剂，按一定比例混合后，在活化处理过程中，可通过与铝发生置换反应，溶解、剥离铝表面氧化物，且生成SnZn合金，沉淀在基材表面生成过渡层。氟化氢铵具备较强还原性，有利于活化处理过程中铝表面氧化物的去除。乙醇胺和三乙醇胺按一定比例混合，可作为活化剂载体，将活化剂变为均匀的溶液。添加适量的聚乙二醇，可有效调节助剂黏度，使之易于涂覆。

该助剂和方法适于纯铝、3A21及6061等多种铝及铝合金，采用SnBi系、SnAg系、SnZn系等钎料均可实现低温钎焊。该方法操作简单，利于批量生产。

附图说明

图1是实施例1制备的预活化铝板断面金相图。

具体实施方式

实施例1

(一)备料：

称取氟化锌2克、氟化氢铵14克、氟硼酸亚锡16克、聚乙二醇8002克、抗氧剂1681克、乙醇胺36克、三乙醇胺129克，合计200克。

厚度为5mm LF21铝合金板。

(二)助剂制备：

(1)将氟化锌、氟化氢铵混合，搅拌均匀，得到混合粉末A。

(2)将氟硼酸亚锡加入到混合粉末A，搅拌均匀，静置12小时，得到混合溶液B。

(3)将乙醇胺加入到混合溶液B，搅拌均匀，静置2小时，得到混合溶液C。

(4)将三乙醇胺加入到混合溶液C，搅拌均匀，得到混合溶液D。

(5)将混合溶液D加热至70℃，加入聚乙二醇800和抗氧化剂168，搅拌均匀，冷却至常温即得到表面预活化处理助剂。

(三)活化处理：

(1)LF21铝合金表面清洗，首先用10wt％NaOH溶液浸泡2分钟，清水冲洗后，再用5wt％HNO₃溶液浸泡1分钟，清水冲洗后晾干。

(2)涂覆预活化处理助剂，涂覆量为0.5mL/cm²。

(3)炉内加热活化，炉温260℃，保温时间2分钟。

(4)烘干采用烘箱烘干，烘箱温度70℃，保温时间50分钟。

(5)清洗采用温水浸泡清洗，水温50℃。

获得的预活化LF21铝合金断面金相照片如图1所示，照片可见在铝合金表面形成了约2μm的合金过渡层。

实施例2

(一)备料：

称取氟化锌8克、氟化氢铵32克、氟硼酸亚锡36克、聚乙二醇8008克、抗氧化剂1684克、乙醇胺76克、三乙醇胺236克，合计400克

厚度为4mm纯铝板。

(二)助剂制备：

(1)将氟化锌、氟化氢铵混合，搅拌均匀，得到混合粉末A。

(2)将氟硼酸亚锡加入到混合粉末A，搅拌均匀，静置14小时，得到混合溶液B。

(3)将乙醇胺加入到混合溶液B，搅拌均匀，静置3小时，得到混合溶液C。

(5)将混合溶液D加热至75℃，加入聚乙二醇800和抗氧剂168，搅拌均匀，冷却至常温即得到表面预活化处理助剂。

(三)活化处理：

(1)纯铝表面清洗，首先用10wt％NaOH溶液浸泡2分钟，清水冲洗后，再用5wt％HNO₃溶液浸泡1分钟，清水冲洗后晾干。

(2)涂覆预活化处理助剂，涂覆量为0.55mL/cm²。

(3)炉内加热活化，炉温270℃，保温时间2分钟。

(4)烘干采用烘箱烘干，烘箱温度75℃，保温时间50分钟。

(5)清洗采用温水浸泡清洗，水温55℃。

实施例3

(一)备料：

称取氟化锌18克、氟化氢铵42克、氟硼酸亚锡60克、聚乙二醇80018克、抗氧剂1689克、乙醇胺120克、三乙醇胺339克，合计600克

厚度为6mm 6061铝合金板。

(二)助剂制备：

(1)将氟化锌、氟化氢铵混合，搅拌均匀，得到混合粉末A。

(3)将乙醇胺加入到混合溶液B，搅拌均匀，静置4小时，得到混合溶液C。

(5)将混合溶液D加热至80℃，加入聚乙二醇800和抗氧剂168，搅拌均匀，冷却至常温即得到表面预活化处理助剂。

(三)活化处理：

(1)6061铝合金表面清洗，首先用10wt％NaOH溶液浸泡2分钟，清水冲洗后，再用5wt％HNO₃溶液浸泡1分钟，清水冲洗后晾干。

(2)涂覆预活化处理助剂，涂覆量为0.60mL/cm²。

(3)炉内加热活化，炉温280℃，保温时间2分钟。

(4)烘干采用烘箱烘干，烘箱温度80℃，保温时间50分钟。

(5)清洗采用温水浸泡清洗，水温60℃。

实施例4

(一)备料：

称取氟化锌12克、氟化氢铵64克、氟硼酸亚锡96克、聚乙二醇80040克、抗氧剂16816克、乙醇胺176克、三乙醇胺396克，合计800克。

厚度为3mm纯铝板。

(二)助剂制备：

(1)将氟化锌、氟化氢铵混合，搅拌均匀，得到混合粉末A。

(2)将氟硼酸亚锡加入到混合粉末A，搅拌均匀，静置13小时，得到混合溶液B。

(三)活化处理：

(2)涂覆预活化处理助剂，涂覆量为0.55mL/cm²。

(3)炉内加热活化，炉温270℃，保温时间2分钟。

(4)烘干采用烘箱烘干，烘箱温度75℃，保温时间50分钟。

(5)清洗采用温水浸泡清洗，水温55℃。

实施例5

分别将实施例1-4制备的表面预活化处理后的铝合金板材进行低温钎焊试验。作为对照，采用未经表面预活化处理的铝合金板材进行低温钎焊试验(比较例1-3)。取得试验数据见表1。结果表明，焊料SnAg4和SnAgCu3-0.5对铝合金板材不能直接焊接。与未经表面预活化处理的铝合金板材(比较例3)比较，实施例1-4制备的板材焊着率及焊接强度显著提高，焊着率高于90％。

表1

基材

过渡层厚度

焊料

焊接温度

焊着率

焊缝抗拉强度

实施例1

LF21

1.82μm

SnBi58

150℃

95.5％

31.5MPa

实施例2

纯铝

2.01μm

SnAg4

250℃

93.2％

36.5Mpa

实施例3

6061

2.67μm

SnAgCu3-0.5

250℃

94.8％

38.5Mpa

实施例4

纯铝

2.25μm

SnZn9

220℃

91.7％

42.0Mpa

比较例1

纯铝

/

SnAg4

/

比较例2

6061

/

SnAgCu3-0.5

/

比较例3

纯铝

/

SnZn9

220℃

85.1％

38.0Mpa

上述实施例中仅仅举出本发明铝合金焊前表面预活化处理及助剂制备的部分实施例，在上述本发明的技术方案中：所述的助剂组分中氟化锌、氟化氢铵、氟硼酸亚锡、聚乙二醇800、抗氧剂168、乙醇胺、三乙醇胺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

1.一种铝合金焊前表面预活化处理助剂的制备方法，其特征在于，该助剂由以下含量的成分制成：氟化锌1.0～3.0wt％，氟化氢铵7.0～9.0wt％，氟硼酸亚锡8.0～12.0wt％，聚乙二醇1.0～5.0wt％，抗氧化剂0.5～2.0wt％，乙醇胺18.0～22.0wt％，三乙醇胺余量；该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇为聚乙二醇600、聚乙二醇800和/或聚乙二醇1000。

3.一种铝合金焊前表面预活化处理助剂，其特征在于，其是采用如权利要求1或2所述的方法制备的。

4.一种铝合金焊前表面预活化处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

I.铝合金表面清洗；

II.涂覆权利要求3所述的铝合金焊前表面预活化处理助剂；

III.炉内加热活化，炉温260～280℃，保温时间2～3分钟；

IV.烘干、清洗。

5.如权利要求4所述的铝合金焊前表面预活化处理方法，其特征在于，所述步骤I包括以下操作：用10～12wt％NaOH溶液浸泡2～3分钟，清水冲洗后，再用5～6wt％HNO₃溶液浸泡1～2分钟，清水冲洗后晾干。

6.根据权利要求4所述的铝合金焊前表面预活化处理方法，其特征在于，所述步骤II涂覆预活化处理助剂的涂覆量为0.5～0.6mL/cm²。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的铝合金焊前表面预活化处理方法，其特征在于，所述步骤IV采用烘箱烘干，烘箱温度70～80℃，保温时间45～55分钟；清洗采用温水浸泡清洗，水温50～60℃。