CN110923517A - 一种可高温钎焊的铝锰合金及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可高温钎焊的铝锰材料及其成型方法，所述可高温钎焊的铝锰合金，其合金成分按质量分数计为：Fe:0.5%‑0.9%，Si:<1%，Mn:1.4%‑1.7%，Zn:<0.1%，Ti:0.1‑0.15%，Al为余量。本发明的铝锰合金可半固态真空慢射压铸成型或液态挤压铸造成型。整个制备过程，工艺简单可行，可实现规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及铝锰材料，尤其涉及一种可高温钎焊的铝锰合金及其制备与铸造成型方法。
背景技术
目前我国电子设备基板、散热管接头、滑油散热器收集盒等铝合金产品都需要通过高温钎焊组装，目前大多使用3004牌号铝合金，但该合金不适用于铸造，需要通过机械加工的方法成形，材料利用率低，周期长，加工成本高。近年来有些企业开始尝试用铝硅类合金（如A356或ACD12）通过高压铸造的方法制造该类产品，但由于铝硅类材料熔化点低（550℃以下），在高温钎焊槽中长时间浸泡时会出现软化甚至熔化。为了克服现有难题，本发明提供一种可高温钎焊的铝锰合金及其成型方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可高温钎焊的铝锰合金及其制备与铸造成型方法，解决铸造铝硅合金高温钎焊时易软化或熔化的问题，或3004铝合金机加工效率低，制作成本高等缺陷。本发明的一种可高温钎焊的铝锰合金及其成型方法具有生产效率高，成本低的特点。通过成分调整，该材料的固相线温度可达到615℃以上，在温度为600℃的钎焊槽中浸泡20分钟而不产生熔化或软化，通过高温纤焊可实现产品组装。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种可高温钎焊的铝锰合金，其合金成分按质量分数计为：Fe:0.5%-0.9%，Si:<1%，Mn:1.4%-1.7%，Zn:<0.1%，Ti:0.1-0.15%，Al为余量。加入Si元素可以保证在铸造成型阶段获得较好的流动性，但Si会显著降低铝锰合金的熔点，为保证该材料可以承受钎焊槽600℃的高温而不熔化或软化，Si的质量分数上限应控制在1%，下限可根据铸件的尺寸和复杂度进行调整，对于大尺寸（外形尺寸200mm以上）且较复杂的铸件可以采用接近上限的Si含量，而小尺寸和简单形状的铸件可以不添加硅。
上述可高温钎焊的铝锰材料的制备与铸造成型方法，包括以下步骤：
（1）备料：选用铝铁中间合金、纯硅、铝锰中间合金、铝钛中间合金和高纯铝、纯锌为原料，按成分进行配料。
（2）预烘烤：所有炉料均需进行表面清理，应无尘土、油污；均需在温度为150℃下烘烤1~2小时。
（3）熔炼：将高纯铝炉料在730~750℃熔化，然后依次加入铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝钛中间合金和纯锌炉料，温度控制在760~780℃；待炉料全部熔化后，将炉温降至730~750℃，加入MgCl和KCl为主要成分的精炼剂（精炼剂的用量为所述铝锰合金质量的0.5~1%），对熔体进行精炼处理，保温15~20min后扒渣，得到较纯净的铝液。
（4）浇铸：将铝液浇注成用于制作高固相率半固态的圆柱状铸坯。根据选用成型机的料筒尺寸和具体铸件的重量要求，确定圆柱状铸坯的尺寸，并开发铸造模具。将铸造模具预热至200~250℃，铝液在720~730℃时浇注。
（5）半固态等温处理：将圆柱状铸坯放入箱式电阻炉中进行620~660℃和30~90min的半固态等温处理，温度控制精度为±2℃，得到一种高固相率半固态坯料；
（6）成型：将半固态等温处理后的坯料浇注到挤压铸造机中或真空慢射压铸机中进行铸造成型,以此获得所需铸件。
进一步地，在上述制备方法中，在步骤(6)中，所述真空慢射压铸的模具型腔的真空度在5kPa以下，压铸机压射压力为60MPa ~70MPa，压射速度为0.05m/s~0.15m/s。
本发明的有益效果在于：根据本发明，可以提供一种具有优异的高温钎焊性的铝锰合金及其成型方法，图1为Si元素质量分数与铝锰合金固相线温度的关系，可以看出，Si元素质量分数低于1%时，固相线温度达620℃以上，铝锰合金的熔点可以符合600℃的钎焊工作环境要求，解决铸造铝硅合金高温钎焊时易软化或熔化的问题，或3004铝合金机加工效率低，制作成本高等缺陷，具有生产效率高，成本低的特点。
附图说明
图1 铝锰合金Si的质量分数与熔点的关系；
图2 实施例1 Si质量分数为0.8%的铝锰合金钎焊效果；1-母材，2-钎焊缝；
图3 实施例2 Si质量分数为0.3%的铝锰合金钎焊效果；1-母材，2-钎焊缝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种可高温钎焊的铝锰合金，用半固态真空慢射压铸方法制备动力电池壳腔体（最大外形尺寸410mm），包括以下步骤：
（1）备料：按成分控制标准为（质量分数）“Fe:0.6%，Si:0.8%，Mn: 1.6%，Zn:0.08%，Ti:0.1%，Al余量”进行备料。选用铝铁中间合金、纯硅、铝锰中间合金、铝钛中间合金和高纯铝、纯锌为原料。
（2）所有炉料均需进行表面清理，应无尘土、油污；均需在温度约为150℃下烘烤1~2小时。
（3）熔炼：将高纯铝炉料在石墨坩埚中熔化，铝水温度控制在730~750℃，然后依次加入铝铁中间合金、纯硅、铝锰中间合金、铝钛中间合金和纯锌等炉料，温度控制在760~780℃；待炉料全部熔化后，将炉温降至730~750℃，加入MgCl和KCl为主要成分的精炼剂（精炼剂的用量为所述铝锰合金质量的1%），对熔体进行精炼处理，保温15min后扒渣，得到较纯净的铝液。
（4）浇铸：将铝液浇注成Φ80×150mm的圆柱状坯料，将铸造模具预热至200~250℃，铝液在730℃时浇注。
（5）半固态等温处理：将铸坯放入箱式电阻炉中进行645℃和60min的半固态等温处理，温度控制精度为±2℃，得到半固态的坯料。
（6）成型：将半固态等温处理后的坯料浇注到压铸机中进行真空慢射压铸,真空慢射压铸的模具型腔的真空度在5kPa以下，压铸机压射压力为60MPa ，压射速度为0.06m/s。
实施后铝锰材的的焊接效果如图2所示，母材与钎焊料可以充分结合，表现出优良的焊接性能。铸件外形完整，铝水可顺利充填型腔。
实施例2
一种可高温钎焊的铝锰合金，采用液态挤压铸造方法制备动力电池腔体连接件（最大外形尺寸80mm），包括以下步骤：
（1）备料：按成分控制标准为（质量分数）“Fe:0.8%，Si:0.3%，Mn: 1.5%，Zn：0.08%，Ti:0.1%，Al余量”进行备料。选用铝铁中间合金、纯硅、铝锰中间合金、铝钛中间合金和高纯铝、纯锌为原料。
（2）所有炉料均需进行表面清理，应无尘土、油污；均需在温度约为150℃下烘烤1~2小时。
（3）熔炼：将高纯铝炉料在石墨坩埚中熔化，铝水温度控制在740~750℃，然后依次加入铝铁中间合金、纯硅、铝锰中间合金、铝钛中间合金和纯锌等炉料，温度控制在760~780℃；待炉料全部熔化后，将炉温降至730~750℃，加入MgCl和KCl为主要成分的精炼剂（精炼剂的用量为所述铝锰合金质量的1%），对熔体进行精炼处理，保温15min后扒渣，得到较纯净的铝液。
（4）浇铸：将铝液浇注成Φ80×150mm的圆柱状坯料，将铸造模具预热至200~250℃，铝液在730℃时浇注。
（5）半固态等温处理：将铸坯放入箱式电阻炉中进行645℃和60min的半固态等温处理，温度控制精度为±2℃，得到半固态的坯料。
（6）成型：将半固态等温处理后的坯料浇注到压铸机中进行真空慢射压铸,真空慢射压铸的模具型腔的真空度在5kPa以下，压铸机压射压力为60MPa ，压射速度为0.06m/s。
实施后铝锰材的的焊接效果如图3所示，母材与钎焊料可以充分结合，表现出优良的焊接性能，铸件外形完整，铝水可顺利充填型腔。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种可高温钎焊的铝锰合金，其特征在于：其成分按质量分数计为Fe:0.5%-0.9%，Si:<1%，Mn:1.4%-1.7%，Zn:<0.1%，Ti:0.1-0.15%，Al为余量。
2.一种如权利要求1所述的一种可高温钎焊的铝锰合金的制备与铸造成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）备料：选用铝铁中间合金、纯硅、铝锰中间合金、铝钛中间合金和高纯铝、纯锌为原料，按成分进行配料；
（2）预烘烤：所有炉料均需进行表面清理，应无尘土、油污；均需进行预烘烤；
（3）熔炼：将高纯铝炉料在730~750℃熔化，然后依次加入铝铁中间合金、纯硅、铝锰中间合金、铝钛中间合金和纯锌炉料，温度控制在760~780℃；待炉料全部熔化后，将炉温降至730~750℃，加入精炼剂，对熔体进行精炼处理，保温15~20min后扒渣，得到较纯净的铝液；
（4）浇铸：将铝液浇注成用于制作高固相率半固态的圆柱状铸坯；根据选用成型机的料筒尺寸和具体铸件的重量要求，确定圆柱状铸坯的尺寸，并开发铸造模具；将铸造模具预热至200~250℃，铝液浇注；
（5）半固态等温处理：将圆柱状铸坯放入箱式电阻炉中进行半固态等温处理，温度控制精度为±2℃，得到一种高固相率半固态坯料；
（6）成型：将半固态等温处理后的坯料浇注到挤压铸造机中或真空慢射压铸机中进行铸造成型，以此获得所需铸件。
3.根据权利要求2所述的一种可高温钎焊的铝锰合金的制备与铸造成型方法，其特征在于：步骤（2）所述预烘烤的条件为：150℃下烘烤1~2小时。
4.根据权利要求2所述的一种可高温钎焊的铝锰合金的制备与铸造成型方法，其特征在于：步骤（2）所述浇注温度为720~730℃。
5.根据权利要求2所述的一种可高温钎焊的铝锰合金的制备与铸造成型方法，其特征在于：步骤（3）所述精炼剂成分包括MgCl和KCl；精炼剂的用量为所述铝锰合金质量的0.5~1%。
6.根据权利要求2所述的一种可高温钎焊的铝锰合金的制备与铸造成型方法，其特征在于：步骤（5）所述半固态等温处理的处理条件为：620~660℃处理30~90min。
7.根据权利要求2所述的一种可高温钎焊的铝锰合金的制备与铸造成型方法，其特征在于：步骤(6)中，所述真空慢射压铸的模具型腔的真空度在5kPa以下，压铸机压射压力为60MPa ~70MPa，压射速度为0.05m/s~0.15m/s。
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