CN111250891B - 一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料及其制备方法 - Google Patents

一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铝蜂窝板的钎焊技术领域，具体的说是一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料及其制备方法。包括Al‑Si二元共晶和Ga‑In‑Sn三元液体合金，其中Al‑Si二元共晶的质量百分比为91‑95%，余量为Ga‑In‑Sn三元液体合金，Ga‑In‑Sn三元液体合金的成分质量比为Ga：In：Sn=67‑69.5：20‑22.2：9‑11；钎料包括两层铝箔和夹设在两层铝箔之间的夹心膏体，在钎料上间隔开设有多个通孔。本发明可有效解决现有Al‑Si钎料箔钎焊效率低、钎料乱流、浪费严重等问题。

Description

一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝蜂窝板的钎焊技术领域，具体的说是一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料及其制备方法。
背景技术
钎焊型式的铝合金蜂窝板具有重量轻、强度高、刚性大、稳定性好、隔热隔声和不受胶粘剂限制等一系列优点，现已逐渐应用于轨道交通、建筑、船舶、飞机等领域中。现有的铝合金蜂窝板的常用铝合金为3系铝合金。3系铝合金因不可热处理强化，导致其钎焊后强度受限。而“轻量化、高性能、安全和环保节能”是交通运输和建筑等行业发展的必然趋势，从而对铝合金蜂窝板提出了更新更高的要求，即要求蜂窝板厚度减薄、重量减轻的同时仍然维持强度不下降。而传统的3系铝合金面板已不能满足轻量化要求。6系铝合金因其强度高、可热处理强化、钎焊性能好的特点，可适应铝合金蜂窝板的高强度要求。
现有铝合金蜂窝板的常用钎料是Al-Si共晶钎料。钎焊铝蜂窝板的常规做法是将Al-Si钎料制成膏状或箔状钎料，将膏状钎料涂满整个铝面板或箔状钎料整张贴合在铝面板上进行钎焊，存在钎焊效率低、钎料浪费严重、钎料乱流等问题，导致蜂窝板的钎焊性能不佳。
另外，Al-Si共晶钎料的熔化温度较高，导致钎焊温度过高，易造成母材过烧、软化等问题，需要开发性能优良的低温铝硅钎料（400℃-500℃）来解决此类问题。
发明内容
本发明旨在提供一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料及其制备方法，从而有效解决现有Al-Si钎料箔钎焊效率低、钎料乱流、浪费严重等问题。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料，包括Al-Si二元共晶和Ga-In-Sn三元液体合金，其中Al-Si二元共晶的质量百分比为91-95%，余量为Ga-In-Sn三元液体合金，Ga-In-Sn三元液体合金的成分质量比为Ga：In：Sn=67-69.5：20-22.2：9-11；
钎料包括两层铝箔和夹设在两层铝箔之间的夹心膏体，在钎料上间隔开设有多个通孔。
作为上述铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料的进一步优化：Ga-In-Sn三元液体合金的成分质量比为Ga：In：Sn=68.5：21.5：10。
作为上述铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料的进一步优化：通孔为六边形，所有通孔均匀间隔分布。
作为上述铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料的进一步优化：夹心膏体为硅粉和Ga-In-Sn三元液体合金。
一种制备铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料的方法，包括以下步骤：
1）取两张铝箔并称重，根据质量比例并通过两张铝箔的质量计算出Ga-In-Sn三元液体合金的质量和硅粉的质量；
2）根据步骤1）中的计算称取对应质量的Ga-In-Sn三元液体合金和硅粉，将硅粉加入Ga-In-Sn三元液体合金中，搅拌均匀制成夹心膏体；
3）首先，将步骤2）中得到的夹心膏体均匀刷涂在步骤1）中的一张铝箔的其中一侧的表面，然后将另一张铝箔对应覆盖在夹心膏体涂层上，得到夹层铝箔；
4）在步骤3）中得到的夹层铝箔上间隔开设多个呈蜂窝状分布的通孔，即制得铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料。
作为上述制备铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料的方法的进一步优化：步骤6）中，通过激光切割机在夹层铝箔上进行通孔的切割加工。
本发明具有以下有益效果：本发明所提供的钎料组分中，各组分的作用如下：
Al-Si二元共晶：Al-Si二元共晶钎料是铝合金钎焊的常用钎料，该二元共晶合金的熔点为577℃，可提供铝合金钎焊的钎料主体；
Ga-In-Sn液体合金：熔化温度范围为8～19℃，常温下为液体，钎焊铝合金时，会优先扩散渗入母材晶界，有助于引导液体钎料钉扎在固定位置，具润湿钉扎作用；
Ga-In-Sn中Ga：可促进含Mg铝合金中Mg2Si强化相的析出，从而提高接头力学性能；
Ga-In-Sn中In：显著改善Al-Si钎料合金的塑性；
Ga-In-Sn中Sn：显著改善液态合金的抗氧化性能。
本发明的钎料为箔状和镂空的蜂窝状，用于铝合金蜂窝板钎焊时，具有钎焊效率高，钎料不乱流和节省钎料的优点。
附图说明
图1为本发明钎料的主视图；
图2为图1中的A-A向剖视图；
图3为采用本发明实施例5中所得钎料的钎焊的6063接头形貌图片；
图4为采用常规Al-Si箔钎料钎焊的6063接头形貌图片。
图中标记：1、铝箔，2、通孔，3、夹心膏体。
具体实施方式
本发明的铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料的设计思想是：常规Al-Si共晶钎料用作膏状或箔状钎料焊接铝合金蜂窝板时，钎料涂抹铝面板或整张箔状钎料使用，存在钎料浪费严重和钎料乱流乱铺现象。因此，将钎料制成与所焊蜂窝形状相吻合的仿形钎料，仅仅将钎料熔化在焊缝处；同时添加易与铝母材扩散渗透的低熔合金，使其成为润湿“先锋”。低熔合金作为夹心材料，熔点低，先熔化、熔化后往焊缝处扩散渗透，可将钎料液体引导或钉扎在焊缝处，提高钎料的焊接效率。
Ga-In-Sn三元合金的熔点较低，常温呈液态，流动性好，不但显著降低Al-Si共晶钎料的熔点（纯Ga虽然熔点低，但易过冷和氧化），而且Ga-In-Sn会优先扩散深入铝母材的晶界，从而将液体钎料引导、钉扎在固定位置。因此，在Al-Si共晶钎料中加入适量的Ga-In-Sn液体合金来调整钎料的钎焊性能。
本发明的铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料，在成分组成上，包括Al-Si二元共晶和Ga-In-Sn三元液体合金，其中Al-Si二元共晶的质量百分比为91-95%，余量为Ga-In-Sn三元液体合金，Ga-In-Sn三元液体合金的成分质量比为Ga：In：Sn=67-69.5：20-22.2：9-11；优选的，Ga-In-Sn三元液体合金的成分质量比为Ga：In：Sn=68.5：21.5：10。
在结构上，如图1及图2所示，本发明的钎料包括两层铝箔1和夹设在两层铝箔1之间的夹心膏体3，在钎料上间隔开设有多个通孔2。通孔2为六边形，所有通孔2均匀间隔分布，与所焊蜂窝状铝合金板材相对应。
本发明的制备方法包括以下步骤：
1）取两张相同规格尺寸的铝箔1并称重，根据质量比例并通过两张铝箔1的质量计算出Ga-In-Sn三元液体合金的质量和硅粉的质量；
2）根据步骤1）中的计算称取对应质量的Ga-In-Sn三元液体合金和硅粉，将硅粉加入Ga-In-Sn三元液体合金中，搅拌均匀制成夹心膏体3；
3）首先，将步骤2）中得到的夹心膏体3均匀刷涂在步骤1）中的一张铝箔1的其中一侧的表面，然后将另一张铝箔1对应覆盖在夹心膏体3涂层上，得到夹层铝箔1；
4）在步骤3）中得到的夹层铝箔1上，通过激光切割机在夹层铝箔1上进行通孔2的切割加工，间隔开设多个呈蜂窝状分布的通孔2，即制得铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料。
以下结合具体的实施例对本发明的铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料及制备方法加以说明。
实施例1：
本实施例的铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料组分配方：钎料主体成分为Al-Si共晶，还包含Ga-In-Sn三元液体合金，所述各组成部分的质量百分比为91%的Al-Si二元共晶，9%的Ga-In-Sn三元液体合金。
制备方法：
1）取2张尺寸一定的纯铝箔1，通过铝箔1重量，算出应添加的Ga-In-Sn三元液体合金和Si粉；
2）将Si粉加入Ga-In-Sn三元液体合金，搅拌制成夹心膏体3；
3）将夹心膏体3均匀刷涂在其中1张铝箔1表面，用另1张铝箔1完全覆盖，得到夹层铝箔1；
4）将步骤3）制得夹层铝箔1固定好，通过激光切割机加工成一系列尺寸的蜂窝状仿形箔状钎料，即得箔状仿形钎料。钎料的熔点为475℃～480℃
实施例2：
本发明的铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料组分配方：钎料主体成分为Al-Si共晶，还包含Ga-In-Sn三元液体合金，所述各组成部分的质量百分比为92%的Al-Si二元共晶，8%的Ga-In-Sn三元液体合金。
制备方法：与实施例1制备方法相同，钎料的熔点为480℃～485℃。
实施例3：
本发明的铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料组分配方：钎料主体成分为Al-Si共晶，还包含Ga-In-Sn三元液体合金，所述各组成部分的质量百分比为93%的Al-Si二元共晶，7%的Ga-In-Sn三元液体合金。
制备方法：与实施例1制备方法相同，钎料的熔点为485℃～492℃。
实施例4：
本发明的铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料组分配方：钎料主体成分为Al-Si共晶，还包含Ga-In-Sn三元液体合金，所述各组成部分的质量百分比为94%的Al-Si二元共晶，6%的Ga-In-Sn三元液体合金。
制备方法：与实施例1制备方法相同，钎料的熔点为492℃～498℃。
实施例5：
本发明的铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料组分配方：钎料主体成分为Al-Si共晶，还包含Ga-In-Sn三元液体合金，所述各组成部分的质量百分比为95%的Al-Si二元共晶，5%的Ga-In-Sn三元液体合金。
制备方法：与实施例1制备方法相同，钎料的熔点为475℃～498℃。
按GB/T11363-2008《钎焊接头强度试验方法》规定对实施例1～5的仿形箔状夹心钎料和常规Al-Si共晶箔状钎料制作的接头进行抗拉强度测试（100mm×20mm×1.5mm的6063铝板对接）。采用炉中钎焊的方式对各实施例制作的钎料进行钎焊，母材为6063铝合金，钎焊接接头为对接接头，钎焊后进行热处理，固溶520℃，时间40min，时效190℃，时间8h，然后对各自热处理后的接头进行抗拉强度测试，不同钎料钎焊接头的强度如下表所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
经过对比发现，采用实施例1～5的仿形钎料和对应的常规箔状钎料进行铝合金蜂窝板的钎焊，钎料用量可节省1倍以上。
结合图3及图4所示，采用本发明实施例5仿形钎料和常规Al-Si箔钎料钎焊的6063接头形貌的对比可以看出，实施例5的接头饱满、钎料不乱流；而Al-Si钎料的接头焊缝不饱满，钎料乱流。

Claims (6)

1.一种制备铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)取两张铝箔并称重，根据质量比例并通过两张铝箔的质量计算出Ga-In-Sn三元液体合金的质量和硅粉的质量；所述铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料包括Al-Si二元共晶和Ga-In-Sn三元液体合金，其中Al-Si二元共晶的质量百分比为91-95％，余量为Ga-In-Sn三元液体合金，Ga-In-Sn三元液体合金的成分质量比为Ga：In：Sn＝67-69.5：20-22.2：9-11；
2)根据步骤1)中的计算称取对应质量的Ga-In-Sn三元液体合金和硅粉，将硅粉加入Ga-In-Sn三元液体合金中，搅拌均匀制成夹心膏体；
3)首先，将步骤2)中得到的夹心膏体均匀刷涂在步骤1)中的一张铝箔的其中一侧的表面，然后将另一张铝箔对应覆盖在夹心膏体涂层上，得到夹层铝箔；
4)在步骤3)中得到的夹层铝箔上间隔开设多个呈蜂窝状分布的通孔，即制得铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料。
2.根据权利要求1所述的一种制备铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料的方法，其特征在于：步骤4)中，通过激光切割机在夹层铝箔上进行通孔的切割加工。
3.由权利要求1或2制备的一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料，其特征在于：包括Al-Si二元共晶和Ga-In-Sn三元液体合金，其中Al-Si二元共晶的质量百分比为91-95％，余量为Ga-In-Sn三元液体合金，Ga-In-Sn三元液体合金的成分质量比为Ga：In：Sn＝67-69.5：20-22.2：9-11；
钎料包括两层铝箔和夹设在两层铝箔之间的夹心膏体，在钎料上间隔开设有多个通孔。
4.根据权利要求3所述的一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料，其特征在于：Ga-In-Sn三元液体合金的成分质量比为Ga：In：Sn＝68.5：21.5：10。
5.根据权利要求3所述的一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料，其特征在于：通孔为六边形，所有通孔均匀间隔分布。
6.根据权利要求3所述的一种铝蜂窝板钎焊用仿形箔状夹心钎料，其特征在于：夹心膏体为硅粉和Ga-In-Sn三元液体合金。
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