CN109702379A - 微米颗粒增强铝芯钎焊条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微米颗粒增强铝芯钎焊条，它包括微米颗粒增强铝钎料内芯和粘附在所述微米颗粒增强铝钎料内芯表面的铝钎剂药皮，其中，所述微米颗粒增强铝钎料内芯包括金属合金相和平均颗粒尺寸为8µm～15µm的TiN颗粒，所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 17%～26%、Si 5%～8%、Mn 0.6%～0.9%、Ti 10%～13%，其余为Al；所述TiN颗粒占所述微米颗粒增强铝钎料内芯的质量百分数为2%～8.6%。本发明还提供一种制备所述微米颗粒增强铝芯钎焊条的方法。所述微米颗粒增强铝芯钎焊条能改善钎焊层与铝合金基体间的抗拉强度。

Description

微米颗粒增强铝芯钎焊条及其制备方法

技术领域

本发明涉及钎焊材料技术领域，具体的说，涉及了一种微米颗粒增强铝芯钎焊条及其制备方法。

背景技术

铝合金在工业生产和社会生活中的应用非常广泛，由于比重小、导电、导热性好、铸造性、苏醒和机械加工优良，铝合金在现代工业材料中的重要作用不可替代。采用3系、6系高强度铝合金制造全铝结构零部件以替代铜质结构部件，已经成为全世界制造业的发展方向，但是铝构件的焊接难题也越来越多。其不仅因为铝表面极易形成致密的氧化膜，影响钎焊时的钎料的流动性，同时还因为铝合金钎焊时极易烧损，造成钎焊接头抗拉强度不够。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

由鉴于此，本发明确有必要提供一种微米颗粒增强铝芯钎焊条及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种微米颗粒增强铝芯钎焊条，它包括微米颗粒增强铝钎料内芯和粘附在所述微米颗粒增强铝钎料内芯表面的铝钎剂药皮，

其中，所述微米颗粒增强铝钎料内芯的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为8µm～15 µm的TiN颗粒；所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 17%～26%、Si 5%～8%、Mn 0.6%～0.9%、Ti 0.05%～0.1%，其余为Al；所述TiN颗粒占所述微米颗粒增强铝钎料内芯总质量的2%～8.6%；

所述铝钎剂药皮的组分包括氟化钾、聚乙烯醇和甲基纤维素。

基于上述，所述氟化钾、所述聚乙烯醇和所述甲基纤维素之间的质量比为（3～9）：1：3。

基于上述，所述铝钎剂药皮占所述微米颗粒增强铝芯钎焊条总质量的5.5%～12.7%。

本发明还提供一种制备所述微米颗粒增强铝芯钎焊条的方法，其步骤包括：

按照所述的金属合金相含有的质量百分数的元素，分别称取原材料Al粉、Zn粉、Ti粉、Si粉和Mn粉，并称取平均颗粒尺寸为8 µm～15 µm的TiN颗粒，然后在真空环境下将所述Al粉、所述Zn粉、所述Ti粉、所述Si粉和所述Mn粉进行真空球磨，得到待烧混合料，将所述待烧混合料置于中频真空冶炼炉坩埚中，在氩气保护下进行熔化，待完全熔化后向其中加入所述TiN颗粒浇铸成钎料铸锭；清除形成所述钎料铸锭上的氧化皮和冒口，加热后挤压成棒状微米颗粒增强铝钎料内芯；

将氟化钾、聚乙烯醇、甲基纤维素与水混合制成钎剂饱和溶液，然后将所述钎剂饱和溶液直接涂覆在所述棒状微米颗粒增强铝钎料内芯的表面，干燥后形成铝钎剂药皮，从而制得微米颗粒增强铝芯钎焊条。

本发明提供的微米颗粒增强铝芯钎焊条的钎料金属合金相中各元素的作用如下：

元素Ti可以优化钎料中Al-Si共晶的形态与分布，同时也细化了钎料中的ɑ-Al固溶体，使得钎缝中大块团簇状的铝硅共晶均匀分布于ɑ-Al固溶体之间，在钎焊界面处形成明显的过渡层，提高了钎焊接头的抗拉强度。同时，元素Mn可以与钎料中的铁杂质生成块状锰铁相，避免了针状β-Fe的生成。而平均颗粒尺寸为8 µm～15 µm的TiN颗粒能为固溶体提供更多的形核点，进而提高钎焊层的抗拉强度。同时本发明提供的微米颗粒增强铝芯钎焊条铝钎剂药皮组分中的氟化钾可以起到表面活性剂的作用，增加了长时间加热及较高温度时去除氧化膜的效率和活性，与所述微米颗粒增强铝钎料内芯协同配合进而提高钎焊接头的抗拉强度。试验证明，利用本发明提供的微米颗粒增强铝芯钎焊条钎焊厚度为2.5mm～3.5mm的钎焊接头的常温抗拉强度可达380 MPa～445 MPa。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种微米颗粒增强铝芯钎焊条，它包括微米颗粒增强铝钎料内芯和粘附在所述微米颗粒增强铝钎料内芯表面的铝钎剂药皮；

其中，所述微米颗粒增强铝钎料内芯的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为15µm的TiN颗粒，所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 18.7%、Si 5%、Mn 0.6%、Ti 0.1%，其余为Al；所述TiN颗粒占所述微米颗粒增强铝钎料内芯的质量百分数为8.6%；

所述铝钎剂药皮的组分包括氟化钾、聚乙烯醇和甲基纤维素，所述氟化钾、所述聚乙烯醇和所述甲基纤维素之间的质量比为3：1：3；所述铝钎剂药皮占所述微米颗粒增强铝芯钎焊条总质量的12.7%。

本实施例还提供一种制备所述微米颗粒增强铝芯钎焊条的方法，其步骤包括：

首先按照所述金属合金相含有的质量百分数的元素，分别称取原材料Al粉、Zn粉、Ti粉、Si粉和Mn粉，并称取平均颗粒尺寸为15 µm的TiN颗粒，然后在真空环境下将所述Al粉、所述Zn粉、所述Ti粉、所述Si粉和所述Mn粉进行真空球磨，得到待烧混合料，将所述待烧混合料置于中频真空冶炼炉坩埚中，在氩气保护下进行熔化，待完全熔化后向其中加入所述TiN颗粒浇铸成钎料铸锭；清除形成所述钎料铸锭上的氧化皮和冒口，加热后挤压成棒状微米颗粒增强铝钎料内芯；

将氟化钾与聚乙烯醇、甲基纤维素和水进行混合制成钎剂饱和溶液，然后将所述钎剂饱和溶液直接涂覆在所述棒状微米颗粒增强铝钎料内芯的表面，干燥后形成铝钎剂药皮，从而制得微米颗粒增强铝芯钎焊条。

钎焊接头性能测试：采用本实施例提供的微米颗粒增强铝芯钎焊条将两段铝合金标准拉伸试样在真空炉中钎焊成拉伸试样，通过抗拉强度来评价钎焊层与铝合金基体的结合性能。经测试，利用本实施例提供的微米颗粒增强铝芯钎焊条在铝合金基体上制备的厚度为3.0mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到445MPa。

实施例2

本实施例提供一种微米颗粒增强铝芯钎焊条，它包括微米颗粒增强铝钎料内芯和粘附在所述微米颗粒增强铝钎料内芯表面的铝钎剂药皮；

其中，所述微米颗粒增强铝钎料内芯的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为10µm的TiN颗粒；所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 23.43%、Si 7%、Mn 0.8%、Ti 0.08%，其余为Al；所述TiN颗粒占所述微米颗粒增强铝钎料内芯的质量百分数为5%。

所述铝钎剂药皮的组分包括氟化钾、聚乙烯醇和甲基纤维素。所述氟化钾、所述聚乙烯醇和所述甲基纤维素之间的质量比为4：1：3。所述铝钎剂药皮占所述微米颗粒增强铝芯钎焊条总质量的5.5%。

本实施例还提供一种制备所述微米颗粒增强铝芯钎焊条的方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。

采用与实施例1相同的性能测试方法，测得由本实施例提供的微米颗粒增强铝芯钎焊条在铝合金基体上制备的厚度为2.5mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到400MPa。

实施例3

本实施例提供一种微米颗粒增强铝芯钎焊条，它包括微米颗粒增强铝钎料内芯和粘附在所述微米颗粒增强铝钎料内芯表面的铝钎剂药皮；

其中，所述微米颗粒增强铝钎料内芯的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为8µm的TiN颗粒；所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 18.8%、Si 5%、Mn 0.7%、Ti 0.05%，其余为Al；所述TiN颗粒占所述微米颗粒增强铝钎料内芯的质量百分数为3%。

所述铝钎剂药皮的组分包括氟化钾、聚乙烯醇和甲基纤维素。基于上述，所述氟化钾、所述聚乙烯醇和所述甲基纤维素之间的质量比为9：1：3。所述铝钎剂药皮占所述微米颗粒增强铝芯钎焊条总质量的7.8%。

本实施例还提供一种制备所述微米颗粒增强铝芯钎焊条的方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。

采用与实施例1相同的性能测试方法，测得由本实施例提供的微米颗粒增强铝芯钎焊条在铝合金基体上制备的厚度为2.5mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到380MPa。

实施例4

本实施例提供一种微米颗粒增强铝芯钎焊条，它包括微米颗粒增强铝钎料内芯和粘附在所述微米颗粒增强铝钎料内芯表面的铝钎剂药皮；

其中，所述微米颗粒增强铝钎料内芯的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为9µm的TiN颗粒；所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 22%、Si 7%、Mn 0.9%、Ti0.1%，其余为Al，所述TiN颗粒占所述微米颗粒增强铝钎料内芯的质量百分数为5%。

所述铝钎剂药皮的组分包括氟化钾、聚乙烯醇和甲基纤维素。所述氟化钾、所述聚乙烯醇和所述甲基纤维素之间的质量比为7：1：3。所述铝钎剂药皮占所述微米颗粒增强铝芯钎焊条总质量的9%。

本实施例还提供一种制备所述微米颗粒增强铝芯钎焊条的方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。

采用与实施例1相同的性能测试方法，测得由本实施例提供的微米颗粒增强铝芯钎焊条在铝合金基体上制备的厚度为2.7mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到395MPa。

实施例5

本实施例提供一种微米颗粒增强铝芯钎焊条，它包括微米颗粒增强铝钎料内芯和粘附在所述微米颗粒增强铝钎料内芯表面的铝钎剂药皮；

其中，所述微米颗粒增强铝钎料内芯的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为10µm的TiN颗粒；所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 18.7%、Si 6.2%、Mn0.7%、Ti 0.09%，其余为Al；所述TiN颗粒占所述微米颗粒增强铝钎料内芯的质量百分数为8.6%。

所述铝钎剂药皮的组分包括氟化钾、聚乙烯醇和甲基纤维素。所述氟化钾、所述聚乙烯醇和所述甲基纤维素之间的质量比为5：1：3。所述铝钎剂药皮占所述微米颗粒增强铝芯钎焊条总质量的9.9%。

本实施例还提供一种制备所述微米颗粒增强铝芯钎焊条的方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。

采用与实施例1相同的性能测试方法，测得由本实施例提供的微米颗粒增强铝芯钎焊条在铝合金基体上制备的厚度为3.1mm的钎焊接头在常温下的抗拉强度可达到440MPa。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种微米颗粒增强铝芯钎焊条，其特征在于，它包括微米颗粒增强铝钎料内芯和粘附在所述微米颗粒增强铝钎料内芯表面的铝钎剂药皮，

其中，所述微米颗粒增强铝钎料内芯的组织成分包括金属合金相和平均颗粒尺寸为8µm～15 µm的TiN颗粒；所述金属合金相由以下质量百分数的元素组成：Zn 17%～26%、Si 5%～8%、Mn 0.6%～0.9%、Ti 0.05%～0.1%，其余为Al；所述TiN颗粒占所述微米颗粒增强铝钎料内芯总质量的2%～8.6%；

所述铝钎剂药皮的组分包括氟化钾、聚乙烯醇和甲基纤维素。

2.根据权利要求1所述的微米颗粒增强铝芯钎焊条，其特征在于，所述氟化钾、所述聚乙烯醇和所述甲基纤维素之间的质量比为（3～9）：1：3。

3.根据权利要求1或2所述的微米颗粒增强铝芯钎焊条，其特征在于，所述铝钎剂药皮占所述微米颗粒增强铝芯钎焊条总质量的5.5%～12.7%。

4.一种制备权利要求1～3任一项所述的微米颗粒增强铝芯钎焊条的方法，其步骤包括：

按照权利要求1～3任一项所述的金属合金相含有的质量百分数的元素，分别称取原材料Al粉、Zn粉、Ti粉、Si粉和Mn粉，并称取平均颗粒尺寸为8 µm～15 µm的TiN颗粒，然后在真空环境下将所述Al粉、所述Zn粉、所述Ti粉、所述Si粉和所述Mn粉进行真空球磨，得到待烧混合料，将所述待烧混合料置于中频真空冶炼炉坩埚中，在氩气保护下进行熔化，待完全熔化后向其中加入所述TiN颗粒浇铸成钎料铸锭；清除形成所述钎料铸锭上的氧化皮和冒口，加热后挤压成棒状微米颗粒增强铝钎料内芯；

将氟化钾、聚乙烯醇、甲基纤维素与水混合制成钎剂饱和溶液，然后将所述钎剂饱和溶液直接涂覆在所述棒状微米颗粒增强铝钎料内芯的表面，干燥后形成铝钎剂药皮，从而制得微米颗粒增强铝芯钎焊条。