CN108436324A

CN108436324A - 一种中温膏状铝合金钎料及其制备方法

Info

Publication number: CN108436324A
Application number: CN201810582571.9A
Authority: CN
Inventors: 罗伟; 严密; 楼圆; 周健; 吴琛
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2018-08-24

Abstract

本发明公开了一种中温膏状铝合金钎料及其制备方法。属于铝合金钎焊技术领域。该钎料组成与配比为：铝合金钎料粉400g，QJ201钎剂60～65g，液体石蜡油100～110mL，聚乙烯吡咯烷酮2～2.2g。该钎料熔点低于490℃，钎焊温度500～520℃，适用于固相线高于500℃的铝合金的钎焊，有炉中钎焊、感应钎焊、火焰钎焊等。该钎料钎焊5A06铝合金，钎焊接头剪切强度大于73MPa。

Description

一种中温膏状铝合金钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金钎焊技术领域，尤其涉及一种中温膏状铝合金钎料及其制备方法。

背景技术

铝合金由于具有密度小、比强度高、耐蚀性好等优点，广泛应用于航空航天、石化、汽车、船舶、机械、电力、家用电器等领域。铝合金可采用的焊接方法很多，其中钎焊是最重要的焊接方法之一，它具有钎焊件变形小、尺寸精度高等优点，在实际生产中得到越来越广泛的应用，特别适合于制造复杂的铝合金构件。传统的铝合金钎焊所采用的焊接材料为粉状钎剂与粉、丝、箔、片、棒状等铝合金钎料，但随着钎焊工件的不断小型化，钎焊缝形状的不断多样化以及工业自动化程度的不断提高，传统的钎焊材料已不能完全满足现代工业发展的要求，膏状钎料应运而生，其具有独特优点：(1)便于精确添加钎料，尤其适合形状不规则的钎焊缝；(2)钎剂与钎料配比准确；(3)钎料添加工艺适合于工业自动化生产。因此，膏状钎料具有广阔的应用前景。

迄今为止，国内外膏状钎料的研究与开发主要集中在锡基、铜基和银基钎料，膏状铝合金钎料非常少，商品化的屈指可数，且由于膏状钎料中的钎料粉为Al-Si基钎料粉，因此，钎料的熔点较高(Al-Si共晶合金的共晶温度为577℃)，钎焊时钎焊温度多在600℃以上，接近于铝合金的固相线温度，易使母材发生过烧、溶蚀等现象，应用受到很大的制约。研制熔点较低、强度较高的膏状铝合金钎料是铝合金钎焊发展的必然，钎料熔点的降低，降低了钎焊温度，拓宽了钎焊在铝合金连接上的应用，可有效提高钎焊的可控性，避免钎焊时铝合金母材的溶蚀和晶粒长大，获得高质量的钎焊接头，提高钎焊生产效率和降低生产成本。另外，钎料熔点降低而带来的钎焊温度的降低，对节能降耗意义重大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种中温膏状铝合金钎料及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：一种中温膏状铝合金钎料，钎料组分及配比为：低熔点高强度铝合金粉末钎料400g、粉状钎剂QJ20160～65g、液体石蜡油100～110mL、聚乙烯吡咯烷酮2～2.2g。所述低熔点高强度铝合金粉末钎料由Si、Cu、Ge、Ni、Zn、Sr、Bi、La、Ce、Yb、Al组成，其中Si的质量分数为8.6％～9.5％、Cu的质量分数为16.5％～17.5％、Ge的质量分数为8.5％～9.5％、Ni的质量分数为4.5％～5.0％、Zn的质量分数为4.0％～5.0％、Sr的质量分数为0.70％～0.75％、Bi的质量分数为0.35％～0.40％、La的质量分数为0.40％～0.45％、Ce的质量分数为0.40％～0.55％、Yb的质量分数为0.10％～0.20％、其余为Al。

如上所述的中温膏状铝合金钎料的制备方法，包括如下步骤：

(1)先将液体石蜡油按比例倒入聚四氟乙烯烧杯中，然后按比例加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1min，聚乙烯吡咯烷酮完全溶入液体石蜡油得到液态成膏体；

(2)将铝合金钎料粉按比例加入到成膏体中，顺时针和逆时针各搅拌3min，粉末钎料与成膏体均匀混合；

(3)将钎剂QJ201按比例加入到步骤(2)得到膏体中，顺时针和逆时针各搅拌5min，即可得到膏状的铝合金钎料。

与现有技术相比，本发明的中温膏状铝合金钎料具有以下有益效果：

(1)钎焊工艺性好：钎焊时无异味，几乎无烟尘，粘度适中易于涂覆，填缝能力强，钎缝成形好，对铝合金母材腐蚀性非常小；

(2)稳定性好，久置不分层；

(3)钎料熔点低于490℃，钎焊温度可低至500～520℃，适用于固相线温度在500℃以上的铝合金的钎焊，钎焊接头强度高，钎焊5A06铝合金，钎焊接头剪切强度大于73MPa；

(4)适用的钎焊方法有炉中钎焊、感应钎焊、火焰钎焊等；

(5)制备方法相对简单，工艺可控，便于操作，工艺消耗费较低。

具体实施方式

本发明涉及的膏状钎料主要由钎料粉、钎剂和成膏体三组分组成，三组分的性能(成分、粒度和形态)及其配比，共同决定了膏状钎料的性能。

钎料粉为膏状钎料的主体，熔化、结晶形成钎焊缝连接钎焊构件；钎剂的作用在于钎焊时清除钎焊部位的表面氧化膜，改善熔融钎料对母材的润湿，提高钎焊性能；成膏体的作用是把钎料粉和钎剂有机结合为一体，使钎料钎剂按所设计的比例均匀混合并具有合适的粘度，能够均匀涂覆并固化在钎焊部位。本发明通过大量实验，精确设计膏状钎料的三组分及其配比，获得良好性能的膏状铝合金钎料，该钎料熔点低于490℃，钎焊温度500～520℃，适用于固相线高于500℃的铝合金的钎焊，有炉中钎焊、感应钎焊、火焰钎焊等。该钎料钎焊5A06铝合金，钎焊接头剪切强度大于73MPa，具有显著的进步。具体说明如下：

(1)钎料粉和钎剂

本发明人已发明了一种低熔点高强度铝合金粉末钎料(ZL201410338207.X)，粉末粒径为100～147μm，熔点低于490℃，钎焊温度500～520℃，适用于固相线高于500℃的铝合金的钎焊，配合QJ201钎焊3003铝合金，钎焊接头剪切强度大于74MPa。本发明选取该种铝合金粉末钎料为膏状钎料的钎料粉，选取粉状钎剂QJ201为膏状钎料的钎剂，该钎剂与本发明人已发明的低熔点高强度铝合金粉末钎料匹配性好，去膜能力强。

(2)成膏体

成膏体是制备膏状钎料的关键：能够在母材上充分铺展、润湿；在达到钎焊温度之前分解或挥发，不能产生有害气体，不留过多残渣；不与母材、钎料和钎剂发生反应，不引起钎剂变质和降低钎剂的活性；在常温下长时间存放不分化、不分层，保持良好的成膏性。

本发明通过大量实验发现，单一物质难以作为膏状铝合金钎料的理想的成膏体，钎焊加热过程中要么过早分解、挥发，起不到使钎料膏状化的作用；要么难以分解、挥发，留下太多残渣，严重影响钎焊接头性能。如聚乙烯醇这种有机高分子化合物在高温下溶于水，具有很强的粘性，但在加热时产生的气体不易释放，而且，它必须在高温下和水混合，室温时成冻状，难以作为成膏体使用；丙三醇常温下是无色无味的液体，粘度较高，加热时冒出黑烟，加热后留下大量黑色残渣；乙二醇常温下也是无色无味液体，粘度较小，加热时冒出少量白烟，无明显气味，加热后有少量黑色残渣。

本发明创造性的选择两种物质进行复配：第一种物质占比大，且粘度较低，起载体的作用，在钎焊加热过程中可以迅速地挥发，少残留；第二种物质占比很小，粘度较大，保证成膏体的整体粘度，并且可以在温度较高的时候分解、挥发，少残留。而可能适合作为膏状铝合金钎料的成膏体不计其数，例如有矿物油、硅油以及醇类和胺类物质如乙二醇、丙三醇、正葵醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚四氟乙烯、三乙醇胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚苯硫醚等。本发明进行大量的系统试验，结合严密的理论分析，最终确定液体石蜡油与粉状聚乙烯吡咯烷酮复配为成膏体，将钎料粉和钎剂有机结合为一体，使钎料钎剂按所设计的比例均匀混合并具有合适的粘度，能够均匀涂覆并固化在钎焊部位。

(3)三组分配比

钎剂过少，不能有效去除钎焊部位表面氧化膜，钎料对母材的润湿效果差，钎焊接头性能差，甚至不能有效钎焊；钎剂过多，残渣多，钎料摊流面积过大，填缝能力差，钎焊接头性能也差。因此，在保证膏状钎料优良工艺性能前提下，应尽可能降低钎剂的含量。成膏体过少，膏状钎料成渣状，流动性差，难以涂覆施加，钎料填缝能力差；成膏体过多，膏状钎料也一样难以涂覆施加，且钎料有效成分不足，即钎料粉和钎剂量不足，不能有效钎焊。本发明通过大量的摸索和钎焊工艺实验，最终确定了中温膏状铝合金钎料的配比：铝合金钎料粉400g，QJ201钎剂60～65g，液体石蜡油100～110mL，聚乙烯吡咯烷酮2～2.2g。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

(1)将100mL液体石蜡油倒入聚四氟乙烯烧杯中，然后加入2g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1min；

(2)将本发明人已发明的低熔点高强度铝合金粉末钎料(ZL201410338207.X)400g加入到(1)得到的成膏体中，顺时针和逆时针各搅拌3min；

(3)将60g钎剂QJ201加入到步骤(2)得到膏体中，顺时针和逆时针各搅拌5min，即可得到膏状的铝合金钎料。

按照GB11363-2008《钎焊接头强度试验方法》，炉中钎焊5A06铝合金，钎焊温度500℃，钎焊接头抗剪强度73.08Mpa。

实施例2

(1)将110mL液体石蜡油倒入聚四氟乙烯烧杯中，然后加入2.2g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1min；

(3)将65g钎剂QJ201加入到步骤(2)得到膏体中，顺时针和逆时针各搅拌5min，即可得到膏状的铝合金钎料。

按照GB11363-2008《钎焊接头强度试验方法》，炉中钎焊5A06铝合金，钎焊温度510℃，钎焊接头抗剪强度73.25Mpa。

实施例3

(1)将105mL液体石蜡油倒入聚四氟乙烯烧杯中，然后加入2.1g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1min；

(3)将63g钎剂QJ201加入到步骤(2)得到膏体中，顺时针和逆时针各搅拌5min，即可得到膏状的铝合金钎料。

按照GB11363-2008《钎焊接头强度试验方法》，炉中钎焊5A06铝合金，钎焊温度520℃，钎焊接头抗剪强度73.63Mpa。

对比例1

制备步骤同实施例1，其中，铝合金钎料粉400g，QJ201钎剂60g，液体石蜡油100mL，聚乙烯吡咯烷酮1g。

按照GB11363-2008《钎焊接头强度试验方法》，炉中钎焊5A06铝合金，钎焊温度500℃，膏状钎料粘度过低，难以在钎焊部位涂覆施加合适厚度的膏状钎料，膏状钎料厚度太薄，钎焊后钎焊接头存在有未钎接的缝隙，钎焊接头抗剪强度很低，仅为19.81Mpa。

对比例2

制备步骤同实施例1，其中，铝合金钎料粉400g，QJ201钎剂60g，液体石蜡油100mL，聚乙烯吡咯烷酮5g。

按照GB11363-2008《钎焊接头强度试验方法》，炉中钎焊5A06铝合金，钎焊温度500℃，膏状钎料粘度过大，难以在钎焊部位涂覆施加均匀厚度的膏状钎料，且聚乙烯吡咯烷酮在钎焊过程中分解残留物过多，钎焊接头存在夹杂和未钎接的部位，钎焊接头抗剪强度很低，仅为27.45Mpa。

对比例3

制备步骤同实施例1，其中，铝合金钎料粉400g，QJ201钎剂50g，液体石蜡油100mL，聚乙烯吡咯烷酮2g。

按照GB11363-2008《钎焊接头强度试验方法》，炉中钎焊5A06铝合金，钎焊温度500℃，膏状钎料中钎剂量过少，不能有效去除钎焊部位表面氧化膜，钎料对母材的润湿效果差，且膏状钎料粘度太小，难以在钎焊部位涂覆施加均匀厚度的膏状钎料，钎焊后钎焊接头存在严重的未钎接，有效的钎焊面积少，钎焊接头抗剪强度很低，仅为15.53Mpa。

对比例4

制备步骤同实施例1，其中，铝合金钎料粉400g，QJ201钎剂70g，液体石蜡油100mL，聚乙烯吡咯烷酮2g。

按照GB11363-2008《钎焊接头强度试验方法》，炉中钎焊5A06铝合金，钎焊温度500℃，膏状钎料中钎剂量过多，钎焊过程中钎料摊流面积过大，填缝能力差，钎剂残渣多，且膏状钎料粘度过大，难以在钎焊部位涂覆施加均匀厚度的膏状钎料，钎焊接头存在夹杂和未钎接的部位，钎焊接头抗剪强度很低，仅为21.14Mpa。

Claims

1.一种中温膏状铝合金钎料，其特征在于，钎料组分及配比为：低熔点高强度铝合金粉末钎料400g、粉状钎剂QJ20160～65g、液体石蜡油100～110mL、聚乙烯吡咯烷酮2～2.2g。所述低熔点高强度铝合金粉末钎料由Si、Cu、Ge、Ni、Zn、Sr、Bi、La、Ce、Yb、Al组成，其中Si的质量分数为8.6％～9.5％、Cu的质量分数为16.5％～17.5％、Ge的质量分数为8.5％～9.5％、Ni的质量分数为4.5％～5.0％、Zn的质量分数为4.0％～5.0％、Sr的质量分数为0.70％～0.75％、Bi的质量分数为0.35％～0.40％、La的质量分数为0.40％～0.45％、Ce的质量分数为0.40％～0.55％、Yb的质量分数为0.10％～0.20％、其余为Al。

2.如权利要求1所述的中温膏状铝合金钎料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)先将液体石蜡油和聚乙烯吡咯烷酮按比例搅拌均匀，聚乙烯吡咯烷酮完全溶入液体石蜡油得到液态成膏体；

(2)将铝合金钎料粉按比例加入到成膏体中，均匀混合；

(3)将钎剂QJ201按比例加入到步骤(2)得到膏体中，混合均匀，即可得到膏状的铝合金钎料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，通过顺时针和逆时针各搅拌3min使得粉末钎料与成膏体均匀混合。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，通过顺时针和逆时针各搅拌5min使得钎剂QJ201与膏体均匀混合。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，液体石蜡油和聚乙烯吡咯烷酮在聚四氟乙烯烧杯混合。