CN111230357B - 一种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔及其制备方法，其中用于铝合金的Zn基非晶钎料箔由钎料合金制备而成，按重量百分比计，钎料合金中各元素配比为：5％~30％Al、65％~91％Zn、0.1％~5％Cu箔、0.01％~9％Si、0.01％~3％Ti、0.01％~3％B、0.1％~1％La、1％~5％Zr和2％~10％Sr；钎料合金中各元素以不同状态添加，其中Al元素为纯Al锭、Zn元素为纯Zn锭、Cu元素为纯Cu箔、Si元素为Al‑Si中间合金、Zr元素为Al‑Zr中间合金、Sr元素为Al‑Sr中间合金。本发明接头力学性能优良，具有较低的液相线温度，适合过烧温度较低的铝合金材料的焊接。

Description

一种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的是非晶钎料制备工艺领域，具体涉及的是一种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔及其制备方法。
背景技术：
铝合金具有高比强、耐腐蚀、导热导电性能优良等特点，在航空航天、电子、汽车等军工和民用工业领域得到广泛应用。随着铝合金的应用，对铝合金的连接问题提出更高的要求，钎焊是铝合金焊接的一种重要方式，其要求新型的钎料比传统的钎料有更好的焊接性能和接头力学性能。非晶合金薄带钎料具有比传统晶态钎料更优异的性能，如：化学成分均匀，无偏析；真空条件下制备，无污染；钎料熔点低，流动性和润湿性好，接头强度高；薄带制备工艺简单，容易制备成一定形状置于焊接处，减少浪费，生产成本低等优点。研发非晶钎料是当前研究的热点之一，目前已有Al-TM-MN(TM为过渡族金属元素，MN为稀土金属元素)体系，但这些铝基非晶合金的熔点均较高，超过了传统Al-Si钎料的熔点，不适合于一些低过烧温度的铝合金，如6061铝合金的过烧温度为581 ℃，目前的铝基非晶钎料无法满足这类合金的钎焊要求。因此，本发明研发了一种具有优良接头力学性能且低熔点的Zn基非晶钎料和制备方法。
发明内容：
本发明的一个目的是提供一种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔，这种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔用于解决目前的铝基非晶钎料无法满足低过烧温度的铝合金钎焊要求的问题，本发明的另一个目的是提供这种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔由钎料合金制备而成，按重量百分比计，钎料合金中各元素配比为：5％~30％Al、65％~91％Zn、0.1％~5％Cu箔、0.01％~9％Si、0.01％~3％Ti、0.01％~3％B、0.1％~1％La、1％~5％Zr和2％~10％Sr；钎料合金中各元素以不同状态添加，其中Al元素为纯Al锭、Zn元素为纯Zn锭、Cu元素为纯Cu箔、Si元素为Al-Si中间合金、Ti元素为Ti粉末、B元素为B粉末、La元素为La粉末、Zr元素为Al-Zr中间合金和Sr元素为Al-Sr中间合金。
上述用于铝合金的Zn基非晶钎料箔的制备方法如下：
一、钎料合金配制：按重量百分比称取5％~30％Al、65％~91％Zn、0.1％~5％Cu箔、0.01％~9％Si、0.01％~3％Ti、0.01％~3％B、0.1％~1％La、1％~5％Zr和2％~10％Sr；钎料合金中各元素以不同状态添加，其中Al元素为纯Al锭、Zn元素为纯Zn锭、Cu元素为纯Cu箔、Si元素为Al-Si中间合金、Ti元素为Ti粉末、B元素为B粉末、La元素为La粉末、Zr元素为Al-Zr中间合金、Sr元素为Al-Sr中间合金；
二、保护气氛中熔炼：将石墨坩埚置于电阻加热炉内，同时向电阻加热炉中充入氩气保护，电阻加热炉温度升高到700~900℃，然后将所述纯Zn锭放入石墨坩埚内；
三、中间合金加入：待纯Zn锭完全熔化后，扒渣再将所述纯Al锭和所述Al-Si中间合金、Al-Zr中间合金和Al-Sr中间合金放入石墨坩埚内，然后将石墨坩埚温度加热到700~900℃左右，用石墨棒搅拌金属液至均匀，保温5-30分钟左右；
四、纯Cu箔的加入：待Al及Al合金完全熔化后，扒渣再放入所述纯Cu箔，用石墨棒搅拌金属液至均匀，保温10-30分钟左右；
五、金属粉末的加入：待合金完全熔化后，在700~900℃扒渣加入所述Ti粉末、B粉末和La粉末，静置20分钟后用石墨棒搅拌金属液至均匀，精炼扒渣后进行浇铸，将所得溶液浇铸成铸锭，得到Zn基合金；
六、Zn基合金的破碎：采用线切割方法将Zn基合金切成尺寸小于10~20mm的合金块，然后将Zn基合金块放入底部开缝的石英管中，得到装有Zn基合金块的石英管，接着将装有Zn基合金块的石英管放入甩带机的感应线圈中，将甩带机内腔抽真空至气体的绝对压力为1×10-3~4×10-3Pa，再充入高纯的干燥氩气至甩带机内腔相对压力为0.05~0.1MPa；
七、非晶钎料箔的制备：将甩带机的感应线圈进行加热，当石英管内的Zn基合金碎块被加热到熔融状态时，再打开甩带机的储气罐，以相对压力为0.01~0.03MPa向石英管通入干燥氩气，将熔融状态的Zn基合金从石英管底部缝隙吹出，此时Zn基液态合金会溅射到滚轮上，其滚轮转速为10~30m/s，熔融钎料会甩出厚度为0.1~2mm的箔带，冷却后得到箔状Zn基非晶钎料，用于铝合金的Zn基非晶钎料箔制备完成。
上述方案中用于铝合金的Zn基非晶钎料箔的熔化温度350~360℃，其钎料带厚度为40~80um。
上述方案中石英管的内径为20~30mm，底部缝宽0.4~0.9mm。
本发明具有以下有益效果：
(1)采用本发明制备出的Zn基非晶钎料，具有表面光亮，边缘整齐，并且成分均匀，韧性好，利于装配和填隙的特点，其钎料带厚度为40~80um，具有较低的熔化温度350~360℃，钎焊温度可设置为360~380℃，避免了钎焊温度过高对铝合金母材的不利影响，具有优越的钎焊工艺。
(2) 本发明通过调节Zr和Sr的含量，并适当控制Cu和Ni的总量，提高了Zn基钎料合金的非晶形成能力和成带性，改善了钎料合金脆性带来的装配困难。
(3) 本发明通过在钎料合金中加入适量的La，提高了钎料的抗氧化性能，有效的防止钎焊过程中金属间化合物的富集，提高了钎焊接头的综合性能。
（4）本发明提供一种Zn基非晶钎料，接头力学性能优良，具有较低的液相线温度，适合过烧温度较低的铝合金材料的焊接。
附图说明：
图1为Zn基非晶钎料的高分辨图。
图2为Zn基非晶钎料的标准电子衍射花样。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
这种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔由钎料合金制备而成，按重量百分比计，钎料合金中各元素配比为：5％~30％Al、65％~91％Zn、0.1％~5％Cu箔、0.01％~9％Si、0.01％~3％Ti、0.01％~3％B、0.1％~1％La、1％~5％Zr和2％~10％Sr；钎料合金中各元素以不同状态添加，其中Al元素为纯Al锭、Zn元素为纯Zn锭、Cu元素为纯Cu箔、Si元素为Al-Si中间合金、Ti元素为Ti粉末、B元素为B粉末、La元素为La粉末、Zr元素为Al-Zr中间合金和Sr元素为Al-Sr中间合金。
上述用于铝合金的Zn基非晶钎料箔的制备方法如下：
一、钎料合金配制：按重量百分比称取5％~30％Al、65％~91％Zn、0.1％~5％Cu箔、0.01％~9％Si、0.01％~3％Ti、0.01％~3％B、0.1％~1％La、1％~5％Zr和2％~10％Sr。钎料合金中各元素以不同状态添加，其中Al元素为纯Al锭、Zn元素为纯Zn锭、Cu元素为纯Cu箔、Si元素为Al-Si中间合金、Ti元素为Ti粉末、B元素为B粉末、La元素为La粉末、Zr元素为Al-Zr中间合金和Sr元素为Al-Sr中间合金。
二、保护气氛中熔炼：将石墨坩埚置于电阻加热炉内，同时向炉中充入氩气保护，加热炉温度升高到700~900℃，然后将相应质量的Zn锭放入坩埚内；
三、中间合金加入：待Zn锭完全熔化后，扒渣再将相应质量的纯Al锭和相应质量的Al-Si中间合金、Al-Zr中间合金和Al-Sr中间合金放入坩埚内，然后将坩埚温度加热到700~900℃左右，用石墨棒搅拌金属液至均匀，再保温5-30分钟左右；
四、Cu箔的加入：待Al及Al合金完全熔化后，扒渣再放入相应质量的纯Cu箔，用石墨棒搅拌金属液至均匀，再保温10-30分钟左右；
五、金属粉末的加入：待合金完全熔化后，在700~900℃扒渣加入相应质量的Ti粉末、B粉末和La粉末，静置20分钟后用石墨棒搅拌金属液至均匀，精炼扒渣后即可进行浇铸，将所得溶液浇铸成铸锭，即为Zn基合金；
六、Zn基合金的破碎：采用线切割方法将Zn基合金切成尺寸小于10~20mm的合金块，然后将Zn基合金块放入底部开缝的石英管中（其石英管的内径为20~30mm，底部缝宽0.4~0.9mm），得到装有Zn基合金碎块的石英管。接着石英管放入甩带机的感应线圈中，将甩带机内腔抽真空至气体的绝对压力为1×10-3~4×10-3Pa，再充入高纯的干燥氩气至甩带机内腔相对压力为0.05~0.1MPa。
七、非晶钎料箔的制备：然后将甩带机的感应线圈进行加热，当石英管内的Zn基合金碎块被加热到熔融状态时，再打开甩带机的储气罐，以相对压力为0.01~0.03MPa向石英管通入干燥氩气，将熔融状态的Zn基合金从石英管底部缝隙吹出。此时Zn基液态合金会溅射到滚轮上，其滚轮转速为10~30m/s，熔融钎料会甩出厚度为0.1~2mm的箔带，冷却后可得到箔状Zn基非晶钎料，图1为Zn基非晶钎料的高分辨图，图2为Zn基非晶钎料的标准电子衍射花样。

Claims (3)

1.一种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔，其特征在于：这种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔由钎料合金制备而成，按重量百分比计，钎料合金中各元素配比为：5％~30％Al、65％~91％Zn、0.1％~5％Cu、0.01％~9％Si、0.01％~3％Ti、0.01％~3％B、0.1％~1％La、1％~5％Zr和2％~10％Sr；钎料合金中各元素以不同状态添加，其中Al元素为纯Al锭、Zn元素为纯Zn锭、Cu元素为纯Cu箔、Si元素为Al-Si中间合金、Ti元素为Ti粉末、B元素为B粉末、La元素为La粉末、Zr元素为Al-Zr中间合金、Sr元素为Al-Sr中间合金；
所述的用于铝合金的Zn基非晶钎料箔的制备方法，其包括以下步骤：
一、钎料合金配制：按重量百分比称取5％~30％Al、65％~91％Zn、0.1％~5％Cu、0.01％~9％Si、0.01％~3％Ti、0.01％~3％B、0.1％~1％La、1％~5％Zr和2％~10％Sr；钎料合金中各元素以不同状态添加，其中Al元素为纯Al锭、Zn元素为纯Zn锭、Cu元素为纯Cu箔、Si元素为Al-Si中间合金、Ti元素为Ti粉末、B元素为B粉末、La元素为La粉末、Zr元素为Al-Zr中间合金和Sr元素为Al-Sr中间合金；
二、保护气氛中熔炼：将石墨坩埚置于电阻加热炉内，同时向电阻加热炉中充入氩气保护，电阻加热炉温度升高到700~900℃，然后将所述纯Zn锭放入石墨坩埚内；
三、中间合金加入：待纯Zn锭完全熔化后，扒渣再将所述纯Al锭和所述Al-Si中间合金、Al-Zr中间合金和Al-Sr中间合金放入石墨坩埚内，然后将石墨坩埚温度加热到700~900℃，用石墨棒搅拌金属液至均匀，保温5-30分钟；
四、纯Cu箔的加入：待Al及Al合金完全熔化后，扒渣再放入所述纯Cu箔，用石墨棒搅拌金属液至均匀，保温10-30分钟；
五、金属粉末的加入：待合金完全熔化后，在700~900℃扒渣加入所述Ti粉末、B粉末和La粉末，静置20分钟后用石墨棒搅拌金属液至均匀，精炼扒渣后进行浇铸，将所得溶液浇铸成铸锭，得到Zn基合金；
六、Zn基合金的破碎：采用线切割方法将Zn基合金切成尺寸小于10~20mm的合金块，然后将Zn基合金块放入底部开缝的石英管中，得到装有Zn基合金块的石英管，接着将装有Zn基合金块的石英管放入甩带机的感应线圈中，将甩带机内腔抽真空至气体的绝对压力为1×10-3~4×10-3Pa，再充入高纯的干燥氩气至甩带机内腔相对压力为0.05~0.1MPa；
七、非晶钎料箔的制备：将甩带机的感应线圈进行加热，当石英管内的Zn基合金碎块被加热到熔融状态时，再打开甩带机的储气罐，以相对压力为0.01~0.03MPa向石英管通入干燥氩气，将熔融状态的Zn基合金从石英管底部缝隙吹出，此时Zn基液态合金会溅射到滚轮上，其滚轮转速为10~30m/s，熔融钎料会甩出厚度为0.1~2mm的箔带，冷却后得到箔状Zn基非晶钎料，用于铝合金的Zn基非晶钎料箔制备完成。
2.根据权利要求1所述的用于铝合金的Zn基非晶钎料箔，其特征在于：其熔化温度350~360℃，其钎料带厚度为40~80um。
3.根据权利要求2所述的用于铝合金的Zn基非晶钎料箔，其特征在于：所述的石英管内径为20~30mm，底部缝宽0.4~0.9mm。
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