CN111151914B - 一种抗氧化Zn基钎料膏及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种抗氧化Zn基钎料膏及其制备方法，其中抗氧化Zn基钎料膏是由Zn‑Al钎料粉末和钎剂混合后，再与粘结剂、抗氧化剂混合，最终形成的复合钎料膏；Zn‑Al钎料粉末是由重量百分比计的，4.0％~60.0％的纯铝锭、60.0％~96.0％的纯锌锭、0.1％~2.0％的纯铜箔、0.5％~10.0％的Al‑Si中间合金、1.0％~20.0％的Al‑La中间合金和0.01％~10％的Al‑Sr中间合金熔融后，在400~550℃下，超声雾化制备成的粉末。本发明制得的钎料膏适合Al合金大面积钎焊用，也适合各种复合接头形式使用，它的高温性能好，强度高，为环保型无污染钎料。

Description

一种抗氧化Zn基钎料膏及其制备方法

技术领域：

本发明涉及的是Al合金的焊接技术领域，具体涉及的是一种抗氧化Zn基钎料膏及其制备方法。

背景技术：

Al合金由于密度小，热导率和电导率高，因此在人造卫星、火箭、导弹、飞机或地面雷达天线、汽车水箱、空调散热器等制造业都有着广泛的应用。为了减轻物体的质量，降低能耗，提高效率和增强机动性，因此Al合金需要焊接组装成复杂构件。研究表明，钎焊是一种较为有效的Al合金的精密焊接技术。

Zn基钎料是一种理想的Al合金钎焊用钎料。随着市场上钎焊产品种类的日益增多，钎焊材料与接头形式更是多种多样。张满、薛松柏等采用不同Al含量的中温Zn-Al钎料钎焊3003Al合金，发现钎缝主要由Al基固溶体与Zn基固熔体构成。张满等又采用了Zn-15Al钎料对紫Cu和纯Al进行火焰钎焊，钎焊接头的抗剪切强度达到了44.04 MPa，在Zn-Al钎料中加入Ag、Ce等元素，还能进一步改善钎焊接头的机械性能。西班牙学者Carlos Berlanga选用Zn-Al系钎料钎焊了Al/Cu异种合金，发现使用Zn-4Al钎料的钎焊接头，能有效避免焊接裂纹的产生。

可以看出，Zn基钎料中针对Al合金焊接，及Al合金与其它合金的异种材料焊接都有一定的应用。上述实验中大多使用的是钎料片加上钎剂，焊后清理较困难，并且强度不高。目前钎焊Al合金可选择的钎料形态可分为箔状、片状、丝状、粉状、棒状及膏状等。特别是有大面积及各种不规则的接头的工件，很难在合适的位置上预置钎料片，如果有一种能快速方便预置在接头里的钎料膏，来简化工艺，稳定生产质量，提高生产效率具有很大的意义。

目前市场上有Al基钎料膏和Sn基钎料膏等产品，还没有研制出Zn基钎料膏，且生产的其它钎料膏，钎焊时有大量的浓烟，流动性也比较差，焊后有熔蚀现象，粉末颗粒粗，很难涂抹，达不到方便、快捷的目的，未能得到广泛的使用。因此本发明研制出一种能为使用者所接受的Zn基钎料膏，应用于Al合金及其它合金大面积及各种不规则的接头的预置钎焊。

发明内容：

本发明的一个目的是提供一种抗氧化Zn基钎料膏，这种抗氧化Zn基钎料膏用于解决现有技术中钎料用于合金焊接后存在清理困难、不能很好地适应于有大面积及各种不规则的接头的工件焊接问题；本发明的另一个目的是提供这种抗氧化Zn基钎料膏的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种抗氧化Zn基钎料膏是由Zn-Al钎料粉末和钎剂混合后，再与粘结剂、抗氧化剂混合，最终形成的复合钎料膏；按钎料膏重量百分比计，Zn-Al钎料粉末为60.0%~97.0%，钎剂为10%-32%，粘结剂为6％~45％，8％~15％甲醇、0.01％~5％2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、1％~10％正癸醇和0.0001％~0.01％多壁碳纳米管制成抗氧化剂；

Zn-Al钎料粉末是由按钎料粉末重量百分比计的，4.0％~60.0％的纯铝锭、60.0％~96.0％的纯锌锭、0.1％~2.0％的纯铜箔、0.5％~10.0％的Al-Si中间合金、1.0％~20.0％的Al-La中间合金和0.01％~10％的Al-Sr中间合金熔融后，在400~550℃下，超声雾化制备成的粉末。

上述方案中粘结剂由按钎料膏重量百分比计的5％~25％的正癸醇和1％~20％聚乙二醇在反应釜中进行搅拌制成。

上述抗氧化Zn基钎料膏的制备方法：

一、钎料合金配制：按钎料粉末重量百分比称取4.0％~60.0％的纯铝锭、60.0％~96.0％的纯锌锭、0.1％~2.0％的纯铜箔、0.5％~10.0％的Al-Si中间合金、1.0％~20.0％的Al-La中间合金和0.01％~10％的Al-Sr中间合金；

二、保护气氛中熔炼：将石墨坩埚置于中频感应熔炼炉内，同时向频感应熔炼炉中充入氩气保护，待频感应熔炼炉内温度升高到500~800℃，依次将所述的纯锌锭、纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-La中间合金和Al-Sr中间合金放入石墨坩埚内，将石墨坩埚温度加热到550~850℃，保温1~10min；

三、铜的加入：待纯锌锭、纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-La中间合金和Al-Sr中间合金完全熔化后，再放入所述的纯铜箔，再保温1~10min，得到熔融钎料合金；

四、超声雾化制备粉末：将熔融钎料合金浇入平底钛合金坩埚中，并把平底钛合金坩埚放入充氩仓中，平底钛合金坩埚坐在加热装置上，保持熔融钎料合金在400~550℃范围内，采用水冷超声波头施加在平底钛合金坩埚外侧底部，连续性施加超声波2~10min，其中超声波频率为20~60kHz、振幅为10~80μm，使得钎料合金雾化，在平底钛合金坩埚另一侧端口斜置收集容器，钛合金盖板斜置在平底钛合金坩埚端口和收集容器端口外，通过收集容器收集粉末，得到Zn-Al钎料粉末；

五、粘结剂与抗氧化剂制备：将钎料膏重量百分比计的5％~25％的正癸醇和1％~20％聚乙二醇在一个反应釜中进行搅拌，制备粘结剂；再将钎料膏重量百分比计 8％~15％甲醇、0.01％~5％2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、1％~10％正癸醇和0.0001％~0.01％多壁碳纳米管在另一个反应釜中进行搅拌，制备抗氧化剂；

六、钎料与钎剂的混合：将钎料膏重量百分比为60.0%~97.0%的Zn-Al钎料粉末和5%-16%的KF-AlF₃系中两个中间化合物的熔盐和5%-16%的AlF₃相混合并搅拌均匀，熔盐中Na₃AlF₆：K₃AlF₆=1：3；

七、钎料膏的制备：将步骤五中两个反应釜中的混合物与步骤六中的混合物相混合，并置于充氩箱中间歇超声搅拌20~50min，制成复合钎料膏。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明制得的钎料膏适合Al合金大面积钎焊用，也适合各种复合接头形式使用，它的高温性能好，强度高，为环保型无污染钎料。

2、本发明方法简单，易于实施，加工成本低廉，所制得的Zn基钎料膏焊接效果好。

3、本发明提供了一种既不含有铅、汞等有害物质，同时又不含有银这种贵重金属，且利于焊接Al合金的高效Zn基钎料膏的制备方法。

4、本发明能快速方便预置在接头里，对于有大面积及各种不规则的接头的工件焊接，对简化工艺，稳定生产质量，提高生产效率具有很大的意义。

附图说明：

图1为Zn基合金超声雾化制备Zn-Al钎料粉末示意图。

1.充氩仓，2.超声工具头，3.加热装置，4.钛合金盖板，5.收集容器，6.熔融Zn基合金，7.平底钛合金坩埚。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

这种抗氧化Zn基钎料膏是由Zn-Al钎料粉末和钎剂混合后，再与粘结剂、抗氧化剂混合，最终形成的复合钎料膏；按钎料膏重量百分比计，Zn-Al钎料粉末为60.0%~97.0%，钎剂为10%-32%；粘结剂由按钎料膏重量百分比计的5％~25％的正癸醇和1％~20％聚乙二醇制成；抗氧化剂由按钎料膏重量百分比计的8％~15％甲醇、0.01％~5％2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、1％~10％正癸醇和0.0001％~0.01％多壁碳纳米管制成。

Zn-Al钎料粉末是由按钎料粉末重量百分比计的，4.0％~60.0％的纯铝锭、60.0％~96.0％的纯锌锭、0.1％~2.0％的纯铜箔、0.5％~10.0％的Al-Si中间合金、1.0％~20.0％的Al-La中间合金和0.01％~10％的Al-Sr中间合金熔融后，在400~550℃下，超声雾化制备成的粉末。

上述抗氧化Zn基钎料膏的制备方法：

一、钎料合金配制：按重量百分比称取4.0％~60.0％的纯Al锭、60.0％~96.0％的纯Zn锭、0.1％~2.0％的纯Cu箔、0.5％~10.0％的Al-Si中间合金、1.0％~20.0％的Al-La中间合金和0.01％~10％的Al-Sr中间合金；

二、保护气氛中熔炼：将石墨坩埚置于中频感应熔炼炉内，同时向炉中充入氩气保护，待熔炼炉内温度升高到500~800℃，然后依次将钎料膏重量百分比计的相应质量的纯Zn、纯Al和相应质量的Al-Si中间合金、Al-La中间合金和Al-Sr中间合金放入坩埚内，将坩埚温度加热到550~850℃，保温1~10min；

三、Cu的加入：待纯Zn、纯Al和Al合金完全熔化后，再放入钎料膏重量百分比计的相应质量的纯Cu箔，再保温1~10min；

四、超声雾化制备粉末：参阅图1，将熔融钎料合金（熔融Zn基合金6）浇入平底钛合金坩埚7中，并把平底钛合金坩埚7放入充氩仓1中，平底钛合金坩埚7下面用电阻丝加热，电阻丝设置于壳体内构成加热装置3，保持熔融钎料合金在400~550℃范围内，采用水冷超声波头施加在平底钛合金坩埚外侧底部（即超声工具头2设置于平底钛合金坩埚一侧），连续性施加超声波2~10min，其中超声波频率为20~60kHz、振幅为10~80μm，使得雾化，在平底钛合金坩埚另一侧端口斜置收集容器5，钛合金盖板4斜置在平底钛合金坩埚端口和收集容器端口外，平底钛合金坩埚7和收集容器5相接处端口距离钛合金盖板4有距离，雾化的钎料合金由此扩散到收集容器5，实现通过收集容器5收集粉末，收集的粉末即为Zn-Al钎料粉末。

五、粘结剂与抗氧化剂制备：将钎料膏重量百分比计的5％~25％正癸醇（CH₃(CH₂)₈CH₂OH）和1％~20％聚乙二醇（H[OCH₂CH₂]_nOH）在反应釜中进行搅拌。再将钎料膏重量百分比计的8％~15％甲醇、0.01％~5％2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（C₁₅H₂₄O）、1％~10％正癸醇（CH₃(CH₂)₈CH₂OH）和0.0001％~0.01％多壁碳纳米管在另一个反应釜中进行搅拌。

六、钎料与钎剂的混合：将钎料膏重量百分比计的60.0%~97.0%的Zn-Al钎料粉末和5%-16%的KF-AlF₃系中两个中间化合物的熔盐（Na₃AlF₆：K₃AlF₆=1：3）和5%-16%的AlF₃相混合并搅拌均匀。

七、钎料膏的制备：将步骤五中两个反应釜中的混合物与步骤六中的混合物相混合，并置于充氩箱中间歇超声搅拌20~50min制成复合钎料膏。

Claims (1)

1.一种抗氧化Zn基钎料膏，其特征在于：这种抗氧化Zn基钎料膏是由Zn-Al钎料粉末和钎剂混合后，再与粘结剂、抗氧化剂混合，最终形成的复合钎料膏；按钎料膏重量百分比计，Zn-Al钎料粉末为60%，钎剂为10%-21%，粘结剂为6％，8％~15％甲醇、0.01％~5％2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、1％~10％正癸醇和0.0001％~0.01％多壁碳纳米管制成抗氧化剂，各组分含量之和为100%；

所述的粘结剂由按钎料膏重量百分比计的5％的正癸醇和1％聚乙二醇在反应釜中进行搅拌制成；

所述的抗氧化Zn基钎料膏的制备方法包括如下步骤：

一、钎料合金配制：称取纯铝锭、纯锌锭、纯铜箔、Al-Si中间合金、Al-La中间合金和Al-Sr中间合金；

二、保护气氛中熔炼：将石墨坩埚置于中频感应熔炼炉内，同时向中频感应熔炼炉中充入氩气保护，待中频感应熔炼炉内温度升高到500~800℃，依次将所述的纯锌锭、纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-La中间合金和Al-Sr中间合金放入石墨坩埚内，将石墨坩埚温度加热到550~850℃，保温1~10min；

三、铜的加入：待纯锌锭、纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-La中间合金和Al-Sr中间合金完全熔化后，再放入所述的纯铜箔，再保温1~10min，得到熔融钎料合金；

四、超声雾化制备粉末：将熔融钎料合金浇入平底钛合金坩埚中，并把平底钛合金坩埚放入充氩仓中，平底钛合金坩埚坐在加热装置上，保持熔融钎料合金在400~550℃范围内，采用水冷超声波头施加在平底钛合金坩埚外侧底部，连续性施加超声波2~10min，其中超声波频率为20~60kHz、振幅为10~80μm，使得钎料合金雾化，在平底钛合金坩埚另一侧端口斜置收集容器，钛合金盖板斜置在平底钛合金坩埚端口和收集容器端口外，通过收集容器收集粉末，得到Zn-Al钎料粉末；

五、粘结剂与抗氧化剂制备：将钎料膏重量百分比计的5％的正癸醇和1％聚乙二醇在一个反应釜中进行搅拌，制备粘结剂；再将钎料膏重量百分比计 8％~15％甲醇、0.01％~5％2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、1％~10％正癸醇和0.0001％~0.01％多壁碳纳米管在另一个反应釜中进行搅拌，制备抗氧化剂；

六、钎料与钎剂的混合：将钎料膏重量百分比为60%的Zn-Al钎料粉末和5%-16%的KF-AlF₃系中两个中间化合物的熔盐和5%的AlF₃相混合并搅拌均匀，熔盐中Na₃AlF₆：K₃AlF₆=1：3；

七、钎料膏的制备：将步骤五中两个反应釜中的混合物与步骤六中的混合物相混合，并置于充氩箱中间歇超声搅拌20~50min，制成复合钎料膏。

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