CN106624438B - 锌铝钎料 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种锌铝钎料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：Al 18～24％、Si 4～8％、Cu 5～10％、P 0.4～2％、MgF2 0.02～0.16％与Ti 0.05～0.4％，余量为锌。该锌铝钎料具有焊接强度高与抗腐蚀性好的优点。

Description

锌铝钎料
技术领域
本发明属于钎焊材料技术领域，具体涉及一种锌铝钎料。
背景技术
进入二十一世纪以来，随着低碳经济的发展，大众交通工具轻量化、以铝代钢的趋势十分明显。汽车、地铁车辆、铁路客车、高速客车的车体、底盘结构件材料，车门窗、货架、汽车发动机零部件、空调器、散热器、车身板、轮毂等都有用铝材制造。平均每辆汽车需要铝加工品100公斤以上，且全铝汽车快速发展，高速轨道车辆(高速列车)的高强度铝合金结构件用量占整车材料总量的70％，民航机上用的铝合金结构件占整机材料的80％。其他交通设备如航空、航天器，各种小型民用车辆的制造业也大量需要各种铝合金结构件。工业用铝合金的总量于2009年已超过200万吨，仅汽车行业的用量就达到130万吨。在上述设备所用铝合金结构件中，大约有15～20％的铝合金结构件经过钎焊加工构成，按照1％的钎焊平均耗材率计算，锌铝钎料的需求量约为3000～4000吨。
钎焊方法是流水线钎焊工艺，且其成本低、生产效率高，焊接质量优于熔焊，是极具应用潜力的方法，但目前接头质量和可靠性仍有待提高。以制冷行业为例，为将铜制蒸发器和铝制冷凝管连接起来。目前一般采用外购电阻焊铝/铜管接头，再通过钎焊法将铝/铜管的铜端与铜制蒸发器、铝端铝制冷凝管连接起来。相对而言，铝铜管直接钎焊是更方便快捷、成本更低的方法，然而铝铜钎焊接头强度低、抗腐蚀性不佳的特点制约了其应用。已报道的铝/铜钎焊钎料包括Al-Si基、Sn-Zn基和Zn-Al基。Al-Si基钎料钎焊铝/铜时，易生成大量的CuAl2和Cu3Al2脆性化合物，接头强度低(剪切强度约20～30MPa)，且其钎焊温度高，焊接时铝母材易熔化；Sn-Zn基钎料用于铝/铜软钎焊可获得剪切强度40MPa以上的钎焊接头，但在水中或盐水中浸泡1～4周便会发生脱落；Zn-Al基钎料与Sn-Zn基钎料相比，抗腐蚀性好得多，而熔点较Al-Si基钎料又低得多，适用于制冷行业最常用的火焰钎焊方法。目前市场上各种Zn-Al基钎料的问题仍在于钎焊强度低，接头剪切强度仅30～40MPa左右，抗腐蚀性差，接头可靠性不能得到保证。制冷设备使用时，若铝铜管接头发生泄漏，有毒的制冷剂可能造成人身伤害，因此制冷部件的可靠性极为重要。在其它如电力、汽车行业设备上，接头失效会导致“打火”现象，可能引发事故，这些都限制了铝铜钎焊技术的应用。
发明内容
本发明提出一种锌铝钎料，该锌铝钎料具有焊接强度高与抗腐蚀性好的优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种锌铝钎料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 18～24％、Si 4～8％、Cu 5～10％、P 0.4～2％、MgF20.02～0.16％与Ti 0.05～0.4％，余量为锌。
进一步，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 20～24％、Si 5～8％、Cu 6～9％、P 0.8～1.8％、MgF20.04～0.15％与Ti 0.1～0.3％，余量为锌。
进一步，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 22％、Si 7％、Cu 8％、P 1.4％、MgF20.11％与Ti 0.2％，余量为锌。
进一步，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 18％、Si 8％、Cu 9％、P 2％、MgF20.16％与Ti 0.4％，余量为锌。
进一步，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 24％、Si 4％、Cu 5％、P 0.4％、MgF20.02％与Ti 0.05％，余量为锌。
本发明的一种锌铝钎料制备方法，包括以下步骤：
(1)将成分为Al、Si、Cu、P、MgF2与Ti的钎料箔以及锌粉按照上述比例加入到真空非自耗电弧炉中，将炉内抽成真空，真空度为2×10-3Pa，然后向炉内冲入压强为0.12MPa的氩气作为保护气体；
(2)打开电弧炉电源向原料中打入电弧，对原料进行熔炼，调节电流使原料以每秒20℃的速率升温，熔炼过程中通过电弧产生的推力搅拌熔融合金，熔炼温度上升至1100～1200℃后，切断电弧炉电源自然冷却；
(3)将熔炼后的原料取出并翻转后重新送入电弧炉，按照上述方法再进行1至2次熔炼；熔炼结束后，得到的合金自然冷却；
(4)将冷却后的合金块取出，置于乙醇与丙酮的混合溶剂中超声波清洗，去除合金块表面的残杂和氧化膜；
(5)将清洗过的合金块晾干后放入单辊熔体快淬设备的石英管内，加热使合金块熔化，然后将熔化后的合金通过设备的喷嘴喷至辊轮上，经甩带制成锌铝钎料。
本发明的有益效果：
1、本发明锌铝钎料，其中加入P与MgF2可提高钎料的电极电位，提高抗腐蚀性。由于铝/铜接头的电化学腐蚀发生在焊缝与Cu母材的界面上，对于搭接接头，该界面被钎料形成的接头圆角覆盖，因而钎料抗腐蚀性的改善将使接头抗腐蚀性能提高。
2、本发明提供的Zn-Al钎料熔化温度低(470℃左右，低于Al-Si共晶钎料熔点近100℃)，无需使用钎剂即可用于低熔点铝合金的钎焊，接头焊后热处理，可获得很高的钎焊强度和良好的抗腐蚀性。
3、Ti作为锌铝合金常用的晶粒细化剂，可细化焊缝和界面组织的晶粒。采用先制备Zn-Al普通钎料，然后再转化制备Zn-Al急冷钎料的方法，不仅使整个制备工艺过程简单化，而且还可先筛选工艺性能、力学性能良好的Zn-Al普通钎料。
具体实施方式
实施例1
一种锌铝钎料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 22％、Si 7％、Cu 8％、P 1.4％、MgF20.11％与Ti 0.2％，余量为锌。
铝/铜钎焊采用高频感应钎焊方式进行，搭接长度5mm，钎焊时间为35s左右，钎缝间隙0.2mm，焊后空冷。接头腐蚀试验通过人造海水(成分为2.7％NaCl+0.1％KCl+0.1％CaCl2+0.6％MgCl2+H2O，温度(20±3)℃)中浸泡30天实现。接头腐蚀后的剪切强度为67.8MPa，腐蚀前的剪切强度为70.3MPa。
实施例2
一种锌铝钎料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 18％、Si 8％、Cu 9％、P 2％、MgF20.16％与Ti 0.4％，余量为锌
铝/铜钎焊采用高频感应钎焊方式进行，搭接长度5mm，钎焊时间为35s左右，钎缝间隙0.2mm，焊后空冷。接头腐蚀试验通过人造海水(成分为2.7％NaCl+0.1％KCl+0.1％CaCl2+0.6％MgCl2+H2O，温度(20±3)℃)中浸泡30天实现。接头腐蚀后的剪切强度为66.6MPa，腐蚀前的剪切强度为68.3MPa。
实施例3
一种锌铝钎料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 24％、Si 4％、Cu 5％、P 0.4％、MgF20.02％与Ti 0.05％，余量为锌。
铝/铜钎焊采用高频感应钎焊方式进行，搭接长度5mm，钎焊时间为35s左右，钎缝间隙0.2mm，焊后空冷。接头腐蚀试验通过人造海水(成分为2.7％NaCl+0.1％KCl+0.1％CaCl2+0.6％MgCl2+H2O，温度(20±3)℃)中浸泡30天实现。接头腐蚀后的剪切强度为67.5MPa，腐蚀前的剪切强度为71.5MPa。
实施例4
一种锌铝钎料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 20％、Si 8％、Cu 10％、P 1.2％、MgF20.04％与Ti 0.026％，余量为锌。
铝/铜钎焊采用高频感应钎焊方式进行，搭接长度5mm，钎焊时间为35s左右，钎缝间隙0.2mm，焊后空冷。接头腐蚀试验通过人造海水(成分为2.7％NaCl+0.1％KCl+0.1％CaCl2+0.6％MgCl2+H2O，温度(20±3)℃)中浸泡30天实现。接头腐蚀后的剪切强度为66.8MPa，腐蚀前的剪切强度为70.6MPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锌铝钎料，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 18～24％、Si 4～8％、Cu 5～10％、P 0.4～2％、MgF2 0.02～0.16％与Ti 0.05～0.4％，余量为锌。
2.根据权利要求1所述的锌铝钎料，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 20～24％、Si 5～8％、Cu 6～9％、P 0.8～1.8％、MgF2 0.04～0.15％与Ti 0.1～0.3％，余量为锌。
3.根据权利要求1或2所述的锌铝钎料，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 22％、Si 7％、Cu 8％、P 1.4％、MgF2 0.11％与Ti 0.2％，余量为锌。
4.根据权利要求1所述的锌铝钎料，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 18％、Si 8％、Cu 9％、P 2％、MgF2 0.16％与Ti 0.4％，余量为锌。
5.根据权利要求1所述的锌铝钎料，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
Al 24％、Si 4％、Cu 5％、P 0.4％、MgF2 0.02％与Ti 0.05％，余量为锌。
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