CN108127290B - 多孔材料焊接用钎焊材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔材料焊接用钎焊材料及其应用。所述多孔材料焊接用钎焊材料包括：合金粉，其成分为Cu30‑45Ni38‑50Si1.0‑3.0Mn12‑ 25B0.5‑2.0M0‑2.5，M选自辅助提升润湿性能的元素；粘结组分，其包括溶剂、增稠剂、流变剂、活化剂中的任意一种或两种以上的组合；并且所述钎焊材料为膏状。本发明的多孔材料焊接用钎焊材料在熔化过程中，会形成粘性金属间化合物，该粘性金属间化合物会堵塞跌基生坯的表面孔洞，防止被完全熔化后的金属液体被孔洞的毛细力所吸走；利用本发明提出的多孔材料的钎焊技术所生产的零件强度高，表面光洁无残留，特别适用于复杂形状的大尺寸粉末冶金零件的组装。

Description

多孔材料焊接用钎焊材料及其应用
技术领域
本发明涉及一种钎焊材料，特别涉及一种多孔材料焊接用钎焊材料及其应用，属于材料科学领域。
背景技术
近二十年来，随着粉末冶金工业的快速发展，大量复杂形状的零件的设计和制造都开始采用粉末作为原料来实现最终的应用性能。其主要工艺流程大致分为：制粉、压型、烧结、整形和热处理。但对于形状特别复杂的零件，尤其是尺寸较大的复杂零件而言，由于模具设计制造困难，压型时又无法解决密度均匀化和脱模等问题，传统粉末冶金工艺无法制造此类型产品。因此，将零件进行分割，逐步成型，再对生坯进行一次性烧结和钎焊连接就成为了一种新的有效解决途径。
一般而言，零件的材质多是以跌基零件为主，对于跌基材料的焊接多是采用纯铜或铜基合金材料，但由于粉末冶金零件生坯具有多孔的结构，孔隙率超过8％，且孔隙联通，为一种具有多孔和毛细力特征的多孔材料，常规铜合金在熔化后因为毛细力的作用快速进入孔隙而无法留在焊缝处。另一方面，由于零件形状复杂，一般的钎焊材料(如丝状、环状或粉末状)无法贴合放置于焊缝处，而只能采用膏体的形式，通过自动化点胶设备进行涂覆。CN103659053B公开了用于制造铜基钎焊膏的技术，这种钎焊膏可被用于钎焊跌基零件，但因为孔隙毛细力的作用而无法用于钎焊多孔材料。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多孔材料焊接用钎焊材料及其应用，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种多孔材料焊接用钎焊材料，其包括：
合金粉，其成分为Cu30-45Ni38-50Si1.0-3.0Mn12-25B0.5-2.0M0-2.5，M选自辅助提升润湿性能的元素；
粘结组分，其包括溶剂、增稠剂、流变剂、活化剂中的任意一种或两种以上的组合；
并且所述钎焊材料为膏状。
本发明实施例还提供了所述的多孔材料焊接用钎焊材料于焊接领域的用途。
本发明实施例还提供了一种焊接方法，其包括：
提供所述的多孔材料焊接用钎焊材料，
将所述多孔材料焊接用钎焊材料填充于待焊接的生坯焊缝处，之后在1000～1150℃、还原性气氛或真空状态下进行烧结和钎焊，所述烧结和钎焊的时间为30～120分钟。
与现有技术相比，本发明提供的多孔材料焊接用钎焊材料所焊接的零件强度高，表面光洁无残留，特别适用于复杂形状的大尺寸粉末冶金零件的组装。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种多孔材料焊接用钎焊材料，包括：
合金粉，其成分为Cu30-45Ni38-50Si1.0-3.0Mn12-25B0.5-2.0M0-2.5，M选自辅助提升润湿性能的元素；
粘结组分，其包括溶剂、增稠剂、流变剂、活化剂中的任意一种或两种以上的组合；
并且所述钎焊材料为膏状。
进一步的，所述合金粉的成分为Cu30-45Ni38-50Si1.0-3.0Mn12-25B0.5-2.0M0.1-2.5。
优选的，M包括Ce、Ag、P中的任意一种元素或两种以上元素的组合，但不限于此。
进一步的，所述的多孔材料焊接用钎焊材料包含78～95wt％合金粉。
进一步的，所述钎焊材料的粘度60000～110000cPs。
进一步的，所述钎焊材料的密度2.6～4.2g/cm3。
进一步的，所述合金粉采用两种以上的金属元素或一种以上金属元素与一种以上非金属元素通过熔炼雾化或扩散方式制成的已合金化的金属粉体。
进一步的，所述粘结组分包括60-98wt％溶剂、0.5-8wt％增稠剂、0.2-35wt％流变剂以及0.1-5wt％活化剂。
优选的，所述溶剂包括去离子水、二乙二醇单乙醚、二丙二醇单甲醚、乙基卡必醇、乙二醇中的一种或两种以上的组合，但不限于此。
优选的，所述增稠剂包括羟乙基淀粉、羟丙基瓜尔胶、羟丙基纤维素、聚甲基丙烯酸甲异丁酯、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或两种以上的组合，但不限于此。
优选的，所述流变剂为氢化蓖麻油、丙二醇、矿物油、改性蓖麻油中的一种或两种以上的组合，但不限于此。
优选的，所述活化剂为氟铝酸钾、氟化钠、硝酸钾、氟化铯、氯化锌中的一种或两种以上的组合，但不限于此。
本发明实施例还提供了所述的多孔材料焊接用钎焊材料于焊接领域的用途。
本发明实施例还提供了一种焊接方法，包括：
提供所述的多孔材料焊接用钎焊材料，
将所述多孔材料焊接用钎焊材料填充于待焊接的生坯焊缝处，之后在1000～1150℃、还原性气氛或真空状态下进行烧结和钎焊，所述烧结和钎焊的时间为30～120分钟。
进一步的，所述生坯至少选自铁基生坯，其具有多孔结构。
更进一步的，所述生坯焊缝的间隙小于0.1mm。
具体的，至少以注射的方式将钎焊材料注射于具有多孔结构的生坯的焊缝处，将所述生坯送入炉中烧结和钎焊，实现烧结和钎焊一次性完成，所述钎焊材料中的合金材料在熔化过程中，在950-1000℃形成粘性金属间化合物，所述粘性金属间化合物能够堵塞生坯表面的孔洞，完全熔化后的金属液能够填充焊缝，与生坯金属表面发生冶金固溶或冶金反应。
如下将结合具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
实施例1-实施例7按照表1组份配制多孔材料焊接用钎焊材料。
表1实施例1-7多孔材料焊接用钎焊材料的组份配比
Figure BDA0001520526420000041
Figure BDA0001520526420000051
Figure BDA0001520526420000061
将实施例1-实施例7的多孔材料焊接用钎焊材料直接通过注射装置(如点胶机或膏体分配器)将注射于需要焊接的跌基生坯的焊缝处(铁基生坯焊缝宽度均为0.05mm)，再将铁基生坯送入炉中，用相同的工艺(烧结和钎焊的温度为1120℃，气氛为氮氢混合气氛，时间为30分钟)进行烧结和钎焊，实现烧结钎焊一次性完成，获得实施例产品1-7。其中的合金体系在熔化过程中，会形成先粘性金属间化合物，该化合物会堵塞跌基生坯的表面孔洞，防止被完全熔化后的金属液体被孔洞的毛细力所吸走，完全熔化后的金属液快速填充焊缝，与金属表面发生冶金固溶或冶金反应，实现冶金结合，由此生产的产品(如下简称实施例产品)强度高，表面光洁无残留，特别适用于复杂形状的大尺寸粉末冶金零件的组装。
对比例1：参照前述实施例1-7的方案，利用CN103659053B记载的钎焊膏对铁基生坯进行烧结和钎焊处理(烧结和钎焊时间温度为1120℃、气氛为氮氢混合气氛，时间为30分钟)，铁基生坯焊缝宽度为0.05mm，获得对比例1产品。
对比例2：按表2提供的组份配比配制钎焊膏，并参照前述实施例及对比例1的方案对铁基生坯进行钎焊处理，铁基生坯焊缝宽度为0.05mm，(烧结和钎焊处理的温度为1120℃，气氛为氮氢混合气氛，时间为30分钟)，获得对比例2产品。
表2对比例2中钎焊膏的组份配比
Figure BDA0001520526420000062
Figure BDA0001520526420000071
使用实施例1提供的钎焊材料钎焊后的零件(可理解为前述实施例产品1)，连接部位密实有金属光泽，无气孔或焊渣，抗拉强度为180～250MPa。
使用实施例2提供的钎焊材料钎焊后的零件(可理解为前述实施例产品2)，连接部位密实有银色金属光泽，无气孔或焊渣，抗拉强度为230～260MPa。
使用实施例3-7提供的钎焊材料钎焊后的零件(可理解为前述实施例产品3-7)，连接部位密实有银色金属光泽，无气孔或焊渣，抗拉强度均能够达到180～260MPa。
使用对比例1提供的钎焊膏钎焊零件，焊缝处可观察到部分钎焊材料，大部分焊缝未填满，可判断铜基钎料在热处理过程中被吸入多孔跌基零件内，而未能填充焊缝，抗拉强度无法测量。
使用对比例2提供的钎焊膏钎焊零件，焊缝处可观察到部分钎焊材料，大部分焊缝未填满，可判断铜基钎料在热处理过程中被吸入多孔跌基零件内，而未能填充焊缝，抗拉强度无法测量。
本发明提供的多孔材料焊接用钎焊材料所焊接的零件强度高，表面光洁无残留，特别适用于复杂形状的大尺寸粉末冶金零件的组装。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种多孔材料焊接用钎焊材料，其特征在于，包含：78～95wt％合金粉，以及，粘结组分；所述合金粉的成分为 Cu30-45Ni38-50Si1.0-3.0Mn12-25B0.5-2.0M0.1-2.5，M为P，并且，所述合金粉是采用两种以上的金属元素或一种以上金属元素与一种以上非金属元素通过熔炼雾化或扩散方式制成的已合金化的金属粉体；所述粘结组分包括溶剂、增稠剂、流变剂、活化剂中的任意一种或两种以上的组合；所述钎焊材料为膏状。
2.根据权利要求1所述的多孔材料焊接用钎焊材料，其特征在于：所述钎焊材料的粘度60000~110000cPs。
3.根据权利要求1所述的多孔材料焊接用钎焊材料，其特征在于：所述钎焊材料的密度2.6~4.2g/cm3。
4.根据权利要求1所述的多孔材料焊接用钎焊材料，其特征在于：所述粘结组分包括60-98wt%溶剂、0.5-8wt%增稠剂、0.2-35wt%流变剂以及0.1-5wt%活化剂。
5.根据权利要求1或4所述的多孔材料焊接用钎焊材料，其特征在于：所述溶剂包括去离子水、二乙二醇单乙醚、二丙二醇单甲醚、乙基卡必醇、乙二醇中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1或4所述的多孔材料焊接用钎焊材料，其特征在于：所述增稠剂包括羟乙基淀粉、羟丙基瓜尔胶、羟丙基纤维素、聚甲基丙烯酸甲异丁酯、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1或4所述的多孔材料焊接用钎焊材料，其特征在于：所述流变剂为氢化蓖麻油、丙二醇、矿物油、改性蓖麻油中的一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1或4所述的多孔材料焊接用钎焊材料，其特征在于：所述活化剂为氟铝酸钾、氟化钠、硝酸钾、氟化铯、氯化锌中的一种或两种以上的组合。
9.如权利要求1-8中任一项所述的多孔材料焊接用钎焊材料于焊接领域的用途。
10.一种焊接方法，其特征在于包括：
提供权利要求1-9中任一项所述的多孔材料焊接用钎焊材料，
将所述多孔材料焊接用钎焊材料填充于待焊接的生坯焊缝处，所述生坯具有多孔结构，之后在1000~1150℃、还原性气氛或真空状态下进行烧结和钎焊，所述烧结和钎焊的时间为30~120分钟。
11.根据权利要求10所述的焊接方法，其特征在于：所述生坯选自铁基生坯。
12.根据权利要求11所述的焊接方法，其特征在于：所述生坯焊缝的间隙小于0.1mm。
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