CN108326466B - 一种高导电铝热焊粉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接材料领域，具体的说是一种高导电铝热焊粉。成分组成及重量份数为：铝粉135‑165份、镁粉35‑55份、铜粉260‑300份、氧化铜粉500‑550份、氟化锂5‑15份、硼砂20‑40份、冰晶石4‑10份、稀土2‑5份、铜合金1‑5份、二硼化三镁5‑10份以及硼渣2‑6份。本发明具有接头质量好、生产成本低且导电率高的优点。

Description

一种高导电铝热焊粉
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，具体的说是一种高导电铝热焊粉。
背景技术
铝热焊是利用金属氧化物粉末和还原剂铝粉之间的氧化还原反应所产生的热量，熔融金属母材并填充接头而实现接合的一种焊接方法。铝热焊是一种冶金结合的永久性连接方法，与传统的焊接方法相比，具有设备简单、投资小、操作简便、效率高、无需电源、适用范围广等优点，特别适用于野外施工。
近年来，铝热焊在焊粉和焊接工艺方面取得了很大的成绩，主要用于钢轨焊接，随着电力行业的发展，铝热焊逐渐推广应用到电缆、接地网等电力行业。现有技术中的铝热焊粉易产生气孔、热裂、夹渣等缺陷，究其原因是：一、铝粉受潮后可能形成氢氧化铝，在高温反应下会产生水，分解成氢和氧，以致引起气孔等缺陷；二、铝热焊粉一般采用铝粉的粒度小于0.3mm，更多采用粒度更小的铝粉，氧含量较高，杂质含量高（铝粉粒度大小对反应速度影响很大，颗粒度太大，反应时间长，而且热量损失大，所以一般并且要求不同粒度的铝粉按一定比例混合进行配置）；三、选用脱氧剂、晶粒细化剂、除渣剂种类及成分配比影响。
中国专利CN104043913 A公开了“一种用于新型接地网材料焊接的铝热焊粉”，虽然该专利加入了铜磷合金粉末5%～15%，但是铜磷合金的添加对于导电率产生不利影响，因为含磷量大于0.1%时，严重降低铜的导电率。此外，铜磷中的磷与氧化铜发生反应：
Figure 455258DEST_PATH_IMAGE001
，由于反应产生大量的P2O5，污染环境。该专利还加入了1%～5%的锡粉和合金粉末，其中合金粉末含有钙、硅和钡，目的是减少气孔、降低夹渣量，但同时也降低了接头的导电率（锡含量超过1%时，铜导电率大大降低。硅、钡等也是降低铜导电率的元素；其中，反应产生的二氧化硅将悬浮在铜液中，形成夹渣）。
发明内容
本发明旨在提供一种接头质量好、生产成本低的高导电铝热焊粉。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高导电铝热焊粉，成分组成及重量份数为：铝粉135-165份、镁粉35-55份、铜粉260-300份、氧化铜粉500-550份、氟化锂5-15份、硼砂20-40份、冰晶石4-10份、稀土2-5份、铜合金1-5份、二硼化三镁5-10份以及硼渣2-6份。
优选的，所述铜合金为铜钛合金或铜锆合金。
优选的，所述硼渣为Na2B4O6·MgO。
优选的，成分组成及重量份数为：铝粉150份、镁粉40份、铜粉280份、氧化铜粉500份、氟化锂10份、硼砂30份、冰晶石5份、稀土3份、铜合金4份、二硼化三镁7份以及硼渣3份。
优选的，所述镁粉、稀土、铜合金以及二硼化三镁的粒度为0.05mm～0.3mm。
优选的，所述铝粉、铜粉以及氧化铜粉的粒度为0.2mm～0.6mm。
优选的，所述氟化锂、硼砂以及冰晶石的粒度为0.03mm～0.1mm。
优选的，所述导电铝热焊粉中还包括1-5份的硼化锆。
有益效果
本发明所述铝焊粉中含有硼砂，硼砂受热分解硼酐和偏硼酸钠：；而偏硼酸钠又能与金属氧化物形成熔化温度更低的复合化合物：
Figure 762611DEST_PATH_IMAGE002
；这些复合化合物容易浮到铜液表面成为熔渣，提高了铜液的流动性。镁粉易点燃，镁粉燃烧产生热量：
Figure 604665DEST_PATH_IMAGE003
；单位质量的镁失电子少，单位质量镁与氧化铜反应产生热量比铝与氧化铜反应产生的热量更大：
Figure 468716DEST_PATH_IMAGE004
，反应生成的铜作为接头填充金属。镁粉反应释放热量加快了粗颗粒铝粉与氧化铜反应：
Figure 112449DEST_PATH_IMAGE005
，铝粉和氧化铜反应产生的Al2O3由于其密度小于铜液，冰晶石和硼酐与氧化铝形成低熔点、流动性好的复合化合物。本发明中硼酐、冰晶石融化后密度小于金属液体密度，浮在铜液表面成为熔渣，这层熔渣也起着保护铜液不被氧化的作用。
为了控制铝热焊温度和增加接头铜填充量，本发明所述铝热焊粉中加入铜粉。所述铝焊粉中加入硼化镁（Mg3B2）为脱氧剂，能与未反应完全的氧化铜反应，作用机理为：，同时加入的硼渣也与氧化铜反应：
Figure 529841DEST_PATH_IMAGE007
，硼砂分解产生的硼酐与未反应完全的氧化铜反应形成低熔点的硼酸盐：，反应生成的氧化镁（MgO）、硼酐（B2O3）和Na2B4O7·MgO等密度小于铜液，也会浮到铜液表面成为熔渣。本发明采用硼化镁（Mg3B2）和硼渣替代铜磷合金充当脱氧剂，减少了磷含量，提高了接头导电率。
本发明所述铝热焊粉加入了稀土，稀土元素是铜液表面活性元素，在铜中溶解度很小，接头凝固时可与铜中的铅、铋杂质形成高熔点化合物，呈细小的球质点分布于晶粒内，细化晶粒，但单一稀土元素的细化效果并不理想，所以本发明的优选实施方式中还包括的硼化锆，在硼化锆与稀土元素共同作用下铜晶粒得到了很好的细化。本发明采用稀土、锆细化接头晶粒，替代硅、钡等降低铜导电率的元素，提高了接头导电率。
本发明的优点在于：采用粗颗粒铝粉，大大降低了铝粉氧含量及杂质含量，提高了铝粉的质量和接头导电率，并且降低了成本；加入镁粉加快了粗颗粒铝粉与氧化铜的反应；采用本发明所述铝热焊粉获得接头导电率高，气孔、夹渣少，晶粒细化均匀，焊接接头质量可靠稳定；无五氧化二磷烟尘，减少了环境污染。
具体实施方式
本发明的一种高导电铝热焊粉的成分组成及重量份数为：铝粉135-165份、镁粉35-55份、铜粉260-300份、氧化铜粉500-550份、氟化锂5-15份、硼砂20-40份、冰晶石4-10份、稀土2-5份、铜合金1-5份、二硼化三镁5-10份、硼渣2-6份以及硼化锆1-5份。铜合金为铜钛合金或铜锆合金。硼渣为Na2B4O6·MgO。镁粉、稀土、铜合金以及二硼化三镁的粒度为0.05mm～0.3mm。铝粉、铜粉以及氧化铜粉的粒度为0.2mm～0.6mm。氟化锂、硼砂以及冰晶石的粒度为0.03mm～0.1mm。
本发明的优选成分组成及重量份数为：铝粉150份、镁粉40份、铜粉280份、氧化铜粉500份、氟化锂10份、硼砂30份、冰晶石5份、稀土3份、铜合金4份、二硼化三镁7份、硼渣3份以及硼化锆3份。
下面通过以下5个具体实施例（实施例1至实施例5）对本发明的高导电铝热焊粉进行进一步的说明，5个实施例中各组分及重量份数如表一所示：
Figure 725516DEST_PATH_IMAGE009
将上述实施例1至实施例5的高导电铝热焊粉分别通过引燃剂在不同的待焊接头之间产生热熔反应，（引燃剂为镁粉，高导电铝热焊粉和引燃剂之间的比例为96:1），待反应结束后检测接头焊接部位的气泡夹渣情况、硬度、抗拉强度以及接头电阻，检测结果如表二所示：
Figure 453301DEST_PATH_IMAGE010
如表二所示，本发明的高导电铝热焊粉不仅无气泡夹渣，硬度及抗拉强度达到使用要求，而且电阻相对于现有技术中的铝热焊粉降低，具有较高的导电率。

Claims (8)

1.一种高导电铝热焊粉，其特征在于：成分组成及重量份数为：铝粉135-165份、镁粉35-55份、铜粉260-300份、氧化铜粉500-550份、氟化锂5-15份、硼砂20-40份、冰晶石4-10份、稀土2-5份、铜合金1-5份、二硼化三镁5-10份以及硼渣2-6份。
2.根据权利要求1所述的一种高导电铝热焊粉，其特征在于：所述铜合金为铜钛合金或铜锆合金。
3.根据权利要求1所述的一种高导电铝热焊粉，其特征在于：所述硼渣为Na2B4O6·MgO。
4.根据权利要求1所述的一种高导电铝热焊粉，其特征在于：成分组成及重量份数为：铝粉150份、镁粉40份、铜粉280份、氧化铜粉500份、氟化锂10份、硼砂30份、冰晶石5份、稀土3份、铜合金4份、二硼化三镁7份以及硼渣3份。
5.根据权利要求1所述的一种高导电铝热焊粉，其特征在于：所述镁粉、稀土、铜合金以及二硼化三镁的粒度为0.05mm～0.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种高导电铝热焊粉，其特征在于：所述铝粉、铜粉以及氧化铜粉的粒度为0.2mm～0.6mm。
7.根据权利要求1所述的一种高导电铝热焊粉，其特征在于：所述氟化锂、硼砂以及冰晶石的粒度为0.03mm～0.1mm。
8.根据权利要求1所述的一种高导电铝热焊粉，其特征在于：所述高导电铝热焊粉中还包括1-5份的硼化锆。
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