CN111250895A - 一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂及其制备方法，由质量百分比为83.5～89.5%二元系钎剂基质和质量百分比为16.5～10.5%的活性物质制成，所述二元系钎剂基质为KBe2F5‑KAlF4，活性物质为KHF2或者KHF2与SnF2的混合。本发明钎剂不含贵金属盐CsF，成本较低，其熔点为435～450℃，钎焊温度为450～480℃，低于现有AlF3‑CsF铝钎剂的熔点约30～50℃，可应用于铝合金蜂窝板的低温钎焊，而且活性温度与Zn‑Al钎料的熔化温度匹配程度高，实现了Zn98Al钎料在3003铝合金上的铺展，其铺展面积高于现有铝钎剂，改善了铝合金蜂窝板的钎焊性能。
Description
技术领域
本发明涉及到铝合金钎焊用的钎剂，具体的说是一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂及其制备方法。
背景技术
铝合金蜂窝板具有密度小，刚性大，稳定性好的特点，现已在航空航天、飞机、列车、船舶、建筑等领域中得到广泛使用。传统铝合金蜂窝结构普遍采用有机胶体粘接，性能受制于胶粘剂。而铝合金蜂窝板的钎焊则可以在接头处形成冶金结合，接头的性能优于胶粘接头。但铝合金的钎焊性较钢、铜及铜合金的钎焊性差的多，原因在于铝及其合金表面易形成一层极为致密的氧化膜。
铝钎剂的作用之一就是去除铝合金表面的致密氧化膜。对于铝合金钎焊而言，现公认的无腐蚀性钎剂是AlF3-CsF二元钎剂，其中AlF3:CsF=42:58（摩尔比），熔化温度为478℃。与AlF3-CsF二元钎剂相匹配的铝合金钎料为Zn-Al钎料，Zn-Al钎料中应用较广的是Zn98Al钎料。
但是，现有AlF3-CsF二元钎剂的活性温度为480℃～500℃（活性温度高于熔化温度约30℃～50℃），而 Zn98Al钎料的熔点为380℃～415℃，也就是说钎剂活性温度高于钎料熔化温度，钎料熔化了钎剂还没有发挥活性，二者匹配程度低，造成钎剂活性差，恶化铝合金蜂窝板的钎焊性能。
另外，AlF3-CsF二元钎剂中CsF含量较高，CsF是贵金属盐，成本昂贵，造成铝合金蜂窝板的钎焊成本较高，限制其应用推广。
针对上述问题，亟需开发出一种低熔点、低成本，且与Zn-Al钎料熔化温度匹配程度高的铝钎剂。
发明内容
为了解决现有铝合金钎焊用Zn-Al钎剂活性温度高于钎料熔化温度造成的匹配程度低、钎剂活性差、恶化铝合金蜂窝板的钎焊性能等问题，本发明提供了一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂及其制备方法，该铝钎剂采用KBe2F5-KAlF4二元系钎剂基质来代替Zn-Al钎剂，并在其中添加KHF2作为活性物质，从而使钎剂的活性温度得到了降低，使其能够与钎料匹配，在钎焊时活性提高，解决了铝合金蜂窝板钎焊性能差的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂，由质量百分比为83.5～89.5%二元系钎剂基质和质量百分比为16.5～10.5%的活性物质制成，所述二元系钎剂基质为KBe2F5-KAlF4，且两者的摩尔比为KBe2F5:KAlF4=50～70:50～30；所述活性物质为KHF2。
作为上述铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂的一种优化方案，所述二元系钎剂基质中，KBe2F5和KAlF4的摩尔比优选为KBe2F5:KAlF4=60:40。
作为上述铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂的另一种优化方案，所述活性物质还含有SnF2，且KHF2的质量百分比为5～8%，SnF2的质量百分比为2.5～11.5%。
上述铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按照上述比例称取KBe2F5和KAlF4二元系钎剂基质，混合均匀后升温至480℃～500℃，并保温30min，形成熔融钎剂液；
2）按照上述比例称取活性物质倒入步骤1）的熔融钎剂液中，保持温度在480℃～500℃并充分搅拌，之后静止10～15min，再自然冷却形成钎剂玻璃体；
3）将步骤3）制得的钎剂玻璃体粉碎、研磨、筛分成100～200目的粉末即为产品。
本发明是采用熔融合成法制备的，其设计思想是：KF-BeF2体系中有三个化合物KBe3F5、KBe2F4、KBe2F5，其中KBe2F5的熔点最低，为358℃，当KBe2F5:KAlF4二元系钎剂基质组分摩尔比为为本发明的范围时，钎剂基质熔点为435℃～450℃，适用于铝合金钎焊。钎剂基质中含有F-，可溶解铝合金表面的Al2O3，使表面致密的氧化膜发生破裂，因此KBe2F5:KAlF4可充当铝钎剂基质。当铝合金表面氧化膜破裂时，钎剂基质形成的熔盐粘度较大，会阻碍钎料润湿，这时KHF2和SnF2可以沿Al2O3破裂的缝隙下渗，将熔盐剥离，使之溶解在HF中，熔盐粘度降低，钎料流动性增强，同时Sn2+离子与铝合金表面的氧化膜发生置换反应镀覆在铝合金上且能够深入一定深度，促进钎料与铝合金的亲和性，增强钎料流动性能。
本发明的铝钎剂中各组分的作用如下：
KBe2F5-KAlF4二元系钎剂基质：当KBe2F5:KAlF4二元系钎剂基质成分的摩尔比为KBe2F5:KAlF4=50-70:50-30时，二元系钎剂基质的熔点为435℃～450℃，可用于铝合金的钎焊去膜；
KHF2的熔点为239℃，当加热至熔点时可分解为KF和HF，HF蒸汽可破除KBe2F5-KAlF4二元系钎剂熔盐的玻璃态，促进熔盐溶解在HF中，大大降低熔盐的粘度，提高钎剂活性，促进钎料流动；
SnF2的熔点为215℃，SnF2的Sn2+与铝合金发生置换反应镀覆在Al板上且能够深入一定深度，促进钎料与铝合金的亲和性，增强钎剂活性。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）本发明钎剂熔点为435～450℃，钎焊温度为450～480℃，低于现有AlF3-CsF铝钎剂的熔点约30～50℃，可应用于铝合金蜂窝板的低温钎焊；
2）本发明钎剂不含贵金属盐CsF，成本较低；
3）本发明钎剂通过向钎剂基质中添加KHF2和SnF2作为活性成分，从而降低了钎剂粘度，提高了钎剂活性。
4）本发明钎剂的活性温度与Zn-Al钎料的熔化温度匹配程度高，实现了Zn98Al钎料在3003铝合金上的铺展，其铺展面积高于现有铝钎剂， 改善了铝合金蜂窝板的钎焊性能。
附图说明
图1为实施例1和对比例3的铺展形貌图对比。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例对本发明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
一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂，由质量百分比为83.5%二元系钎剂基质和质量百分比为16.5%的活性物质制成，所述二元系钎剂基质为KBe2F5-KAlF4，且两者的摩尔比为KBe2F5:KAlF4=50:50；所述活性物质为KHF2。
该铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按照上述比例称取KBe2F5和KAlF4二元系钎剂基质，混合均匀后置于铂金坩埚内，再将铂金坩埚置于马弗炉内升温至480℃，并保温30min，形成熔融钎剂液；
2）按照上述比例称取活性物质倒入步骤1）的熔融钎剂液中，保持温度在480℃并充分搅拌，之后静止10min，再自然冷却形成钎剂玻璃体；
3）将步骤3）制得的钎剂玻璃体粉碎、研磨、筛分成100目的粉末即为产品。
经检测，该成分钎剂的熔点为450℃。
实施例2
一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂，由质量百分比为89.5%二元系钎剂基质和质量百分比为10.5%的活性物质制成，所述二元系钎剂基质为KBe2F5-KAlF4，且两者的摩尔比为KBe2F5:KAlF4=70:30；所述活性物质为KHF2。
该铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按照上述比例称取KBe2F5和KAlF4二元系钎剂基质，混合均匀后置于铂金坩埚内，再将铂金坩埚置于马弗炉内升温至500℃，并保温30min，形成熔融钎剂液；
2）按照上述比例称取活性物质倒入步骤1）的熔融钎剂液中，保持温度在500℃并充分搅拌，之后静止15min，再自然冷却形成钎剂玻璃体；
3）将步骤3）制得的钎剂玻璃体粉碎、研磨、筛分成200目的粉末即为产品。
经检测，该成分钎剂的熔点为445℃。
实施例3
一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂，由质量百分比为86.5%二元系钎剂基质和质量百分比为13.5%的活性物质制成，所述二元系钎剂基质为KBe2F5-KAlF4，且两者的摩尔比为KBe2F5:KAlF4=60:40；所述活性物质为KHF2。
该铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按照上述比例称取KBe2F5和KAlF4二元系钎剂基质，混合均匀后置于铂金坩埚内，再将铂金坩埚置于马弗炉内升温至490℃，并保温30min，形成熔融钎剂液；
2）按照上述比例称取活性物质倒入步骤1）的熔融钎剂液中，保持温度在490℃并充分搅拌，之后静止13min，再自然冷却形成钎剂玻璃体；
3）将步骤3）制得的钎剂玻璃体粉碎、研磨、筛分成150目的粉末即为产品。
经检测，该成分钎剂的熔点为435℃。
实施例4
一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂，由质量百分比为83.5%二元系钎剂基质和质量百分比为16.5%的活性物质制成，所述二元系钎剂基质为KBe2F5-KAlF4，且两者的摩尔比为KBe2F5:KAlF4=60:40；所述活性物质为KHF2和SnF2，且KHF2的质量百分比为5%，SnF2的质量百分比为11.5%。
该铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按照上述比例称取KBe2F5和KAlF4二元系钎剂基质，混合均匀后置于铂金坩埚内，再将铂金坩埚置于马弗炉内升温至500℃，并保温30min，形成熔融钎剂液；
2）按照上述比例称取活性物质倒入步骤1）的熔融钎剂液中，保持温度在500℃并充分搅拌，之后静止15min，再自然冷却形成钎剂玻璃体；
3）将步骤3）制得的钎剂玻璃体粉碎、研磨、筛分成200目的粉末即为产品。
经检测，该成分钎剂的熔点为435℃。
实施例5
一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂，由质量百分比为89.5%二元系钎剂基质和质量百分比为10.5%的活性物质制成，所述二元系钎剂基质为KBe2F5-KAlF4，且两者的摩尔比为KBe2F5:KAlF4=60:40；所述活性物质为KHF2和SnF2，且KHF2的质量百分比为8%，SnF2的质量百分比为2.5%。
该铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按照上述比例称取KBe2F5和KAlF4二元系钎剂基质，混合均匀后置于铂金坩埚内，再将铂金坩埚置于马弗炉内升温至480℃，并保温30min，形成熔融钎剂液；
2）按照上述比例称取活性物质倒入步骤1）的熔融钎剂液中，保持温度在480℃并充分搅拌，之后静止12min，再自然冷却形成钎剂玻璃体；
3）将步骤3）制得的钎剂玻璃体粉碎、研磨、筛分成100目的粉末即为产品。
经检测，该成分钎剂的熔点为438℃。
实施例6
一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂，由质量百分比为86.5%二元系钎剂基质和质量百分比为13.5%的活性物质制成，所述二元系钎剂基质为KBe2F5-KAlF4，且两者的摩尔比为KBe2F5:KAlF4=60:40；所述活性物质为KHF2和SnF2，且KHF2的质量百分比为6.5%，SnF2的质量百分比为7%。
该铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂的制备方法，包括以下步骤：
1）按照上述比例称取KBe2F5和KAlF4二元系钎剂基质，混合均匀后置于铂金坩埚内，再将铂金坩埚置于马弗炉内升温至490℃，并保温30min，形成熔融钎剂液；
2）按照上述比例称取活性物质倒入步骤1）的熔融钎剂液中，保持温度在490℃并充分搅拌，之后静止15min，再自然冷却形成钎剂玻璃体；
3）将步骤3）制得的钎剂玻璃体粉碎、研磨、筛分成150目的粉末即为产品。
经检测，该成分钎剂的熔点为440℃。
为验证本发明产品性能，特做出以下对比实验：
对比例1： 本发明的钎焊铝合金蜂窝板用铝钎剂组分配方：基质成分的摩尔比为KBe2F5：KAlF4=80：20，活性物质为KHF2和SnF2，所述各组成部分的质量百分比为89.5%的KBe2F5-KAlF4，8%的KHF2及2.5%的SnF2。
制备方法：与实施例5制备方法相同，钎剂熔点为432℃。
对比例2：本发明的钎焊铝合金蜂窝板用铝钎剂组分配方：钎剂成分只含KBe2F5和KAlF4，二者的摩尔比为KBe2F5：KAlF4=60：40。
制备方法：与实施例1制备方法相同，钎剂熔点为463℃。
对比例3：现有无腐蚀AlF3-CsF铝钎剂，钎剂熔点为480℃。
按GB/T 11364-2008《钎料铺展性及填缝性试验方法》规定对实施例1～6和对比例1～3制作的铝钎剂进行铺展性能试验。母材为48mm×48mm×1.5mm的3003铝合金板，钎料为Zn-2Al。在母材上基板上放置0.1克钎料，分别用适量的不同钎剂进行覆盖，置于500℃的润湿炉中保温1min后，取出测量铺展面积。由于实验为对比性试验，所以用光电天平秤量钎料均为4000±5mg(误差控制在±0.5%)，放在母材基本上。对比例3与实施例1的铺展形貌见图1。
经检测，实施例1的铺展面积为251.9mm2，实施例2的铺展面积为257.2mm2，实施例3的铺展面积为263.8mm2，实施例4的铺展面积为289.6mm2，实施例5的铺展面积为274.1 mm2，实施例6的铺展面积为277.3mm2，对比例1的铺展面积为165.4mm2，对比例2的铺展面积为185.3mm2，对比例3的铺展面积为155.8mm2。
由此可知，本发明相较于现有的AlF3-CsF铝钎剂来说，熔点降低，铺展面积增大，而且，随着加入不同成分比例的活性物质KHF2和SnF2，其铺展面积会有不同程度的增加。
Claims (4)
1.一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂，其特征在于：由质量百分比为83.5～89.5%二元系钎剂基质和质量百分比为16.5～10.5%的活性物质制成，所述二元系钎剂基质为KBe2F5-KAlF4，且两者的摩尔比为KBe2F5:KAlF4=50～70:50～30；所述活性物质为KHF2。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂，其特征在于：所述二元系钎剂基质中，KBe2F5和KAlF4的摩尔比为KBe2F5:KAlF4=60:40。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂，其特征在于：所述活性物质还含有SnF2，且KHF2的质量百分比为5～8%，SnF2的质量百分比为2.5～11.5%。
4.根据权利要求1或3所述的一种铝合金蜂窝板钎焊用铝钎剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照权利要求1或3中所述比例称取KBe2F5和KAlF4二元系钎剂基质，混合均匀后升温至480℃～500℃，并保温30min，形成熔融钎剂液；
2）按照权利要求1或3中所述比例称取活性物质倒入步骤1）的熔融钎剂液中，保持温度在480℃～500℃并充分搅拌，之后静止10～15min，再自然冷却形成钎剂玻璃体；
3）将步骤3）制得的钎剂玻璃体粉碎、研磨、筛分成100～200目的粉末即为产品。
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