CN111633355B

CN111633355B - 铝合金与铜合金钎焊用的环保无腐蚀自钎焊料及其制备方法

Info

Publication number: CN111633355B
Application number: CN202010459591.4A
Authority: CN
Inventors: 张冬青; 史长满
Original assignee: Changzhou Sinleh Metal New Material Co ltd
Current assignee: Changzhou Sinleh Metal New Material Co ltd
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2040-05-27
Also published as: CN111633355A

Abstract

本发明属于金属焊接技术领域，具体涉及铝合金与铜合金的异种金属之间的钎焊，特别涉及一种铝合金与铜合金之间钎焊用的环保无腐蚀自钎焊料及其制备方法。该自钎焊料以锌铝合金为钎料，以氟铝酸铯、氟铝酸钾共晶混盐为钎剂，锌铝合金钎料的具体成分按重量百分比计算为Al 0.5～5.5％、Fe≤0.5％、Cu≤0.25％，余量为Zn。钎料和钎剂均匀混合，保证了产品性能稳定，批量生产的一致性好。

Description

铝合金与铜合金钎焊用的环保无腐蚀自钎焊料及其制备方法

技术领域

本发明属于金属焊接技术领域，涉及铝合金与铜合金异种金属的钎焊，特别涉及一种铝合金与铜合金钎焊用的环保无腐蚀自钎焊料及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展，越来越多的行业开始普及应用到铝合金材料。因此铝合金的钎焊技术应用也越来越广，目前成熟应用的行业包括汽车、家电领域(冰箱、空调)等。但是目前铝合金尚不能完全替代铜合金，因此总会出现铝合金与铜合金的连接情况。

铝合金与铜合金的连接，当前有电阻焊接、钎焊等连接方式。限于工件及工艺，目前以钎焊为主要连接方式。铝合金与铜合金的钎焊，当前市场主要采用药芯焊材，即锌铝合金包裹钎剂。该种焊材存在空心、钎剂不均匀、钎剂会泄露(从切口处或密封线不密封处)等问题。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种铝合金与铜合金钎焊用的环保无腐蚀自钎焊料，以锌铝合金为钎料，以氟铝酸铯、氟铝酸钾共晶混盐为钎剂，

其中，锌铝合金钎料的具体成分按重量百分比计算为Al 0.5～5.5％、Fe≤0.5％、Cu≤0.25％，余量为Zn，该锌铝合金材料通过粉末冶金工艺制成，钎料的颗粒度为-120M(即小于120目)；钎剂占自钎焊料总重量的5％～22％，

氟铝酸铯、氟铝酸钾共晶混盐钎剂由KAlF₄、K₃AlF₆、CsAlF₄、Cs₃AlF₆组成，具体质量比为(KAlF₄+K₃AlF₆)：(CsAlF₄+Cs₃AlF₆)＝4：6，钎剂也为粉状，颗粒度为-800M；

作为优选：锌铝合金材料的具体成分按重量百分比计算为Al 3.5％、Fe 0.25％、Cu 0.05％，余量为Zn；钎剂占自钎焊料总重量的12.5％。

本发明还提供了一种上述铝合金与铜合金钎焊用的环保无腐蚀自钎焊料的制备方法，步骤为：

(1)锌铝合金钎料的制备

将纯铝放入冶炼炉，在上面投放覆盖剂；待纯铝熔化后，投放单质锌，炉温升至680-750℃；然后加入精炼熔剂，搅拌除渣；再加入除气精炼剂，充分搅拌；最后放入Fe、Cu，充分搅拌；3-5分钟将炉温降低至650℃，并将炉料冷却雾化制得锌铝合金粉，

其中，覆盖剂为冰晶石，覆盖剂占炉料总重量的10％～20％；

精炼熔剂为硝酸钠、石墨粉或两者的组合，加入的精炼熔剂为炉料总重量的1～3％；

除气精炼剂为脱水氯化锌，占炉料总重量的0.05％～0.35％。

冷却雾化的具体操作为：将炉料倒入离心雾化机(常州茂宏干燥设备有限公司的高速离心喷雾干燥机LPG100)，冷却速度为104～105K/S，离心转盘转速为1800～5000r/min；

(2)钎剂的混合

将KAlF₄、K₃AlF₆、CsAlF₄、Cs₃AlF₆混合均匀；

(3)将步骤(1)中制得的锌铝合金钎料和步骤(2)中制得的钎剂混合均匀，具体混合操作优选为：在氮气保护下，将钎料和钎剂放入三维自动混合设备(常州茂宏干燥设备有限公司的三维运动混合机SYH-1500)的料斗内，混料参数如下：料斗的运转轨迹为“8”字形，主轴1的X向转速为5～30r/min，Y向转速为5～12r/min；主轴2的X向转速为5～30r/min，Y向转速为5～12r/min；混料时间60～300min，混至无法用肉眼看到明显的白点为止；

(4)冷挤压工序

常温(25℃)条件下，将步骤(3)制得的混合料在恒温恒湿(相对湿度RH50％-60％)环境中放入模腔内，加压将粉状材料压制成棒状材料，以便于后续工序的加工处理，

其中，模腔为四柱液压机的模腔，加压至16～19mpa；

(5)热挤压成丝(抽丝环节)

将步骤(4)制得的棒状材料预热，然后放入温度为150-320℃的模腔(四柱液压机的模腔，该模腔外覆盖加热装置，可以给模具加热，并通过热感应装置进行温度控制，从而保证模具处于一定温度)内挤压成丝状材料，并利用盘绕机将丝状材料绕成卷状。

其中，预热温度为100～320℃，预热时间120分钟以上，挤压速度为1-3cm/s；

本发明的有益效果为：环保自钎焊环为钎料钎剂的复合材料，且为环保无腐蚀材料，既提高了生产效率又环保节能，适应自动化生产的需要；同时钎料和钎剂均匀混合，批量生产一致性好，适用自动化生产且减少资源浪费，适应当前“经济、节能、环保”的发展理念和潮流；在无需高温持续烧结的前提下实现了自钎焊环中各组分有效结合，保证了产品性能稳定，同时避免了高温持续烧结而导致的钎剂氟铝酸钾、氟铝酸铯的活化(如氟铝酸铯的活化温度360-450℃)而对产品的焊接性能造成下降。

具体实施方式

实施例1

(1)锌铝合金钎料的制备

将纯铝放入冶炼炉，并在上面投放覆盖剂冰晶石；待纯铝熔化后，投放单质锌，炉温升至750℃；然后加入将硝酸钠和石墨粉按照1：1的质量比混合均匀而成的精炼熔剂，搅拌除渣；再加入除气精炼剂脱水氯化锌，充分搅拌；最后以单质粉末颗粒的形式放入Fe、Cu，充分搅拌后；用时4分钟将炉温降低至660℃，并将炉料倒入离心雾化机冷却雾化，冷却速度为104K/S，离心转盘转速为3600r/min，制得锌铝合金粉，控制该锌铝合金粉的具体成分按重量百分比计算为Al 3.5％、Fe 0.25％、Cu 0.05％，Zn 96.2％。

其中，覆盖剂冰晶石占炉料总重量的15％，

精炼熔剂为炉料总重量的2.5％，

除气精炼剂脱水氯化锌占炉料总重量的0.20％；

(2)钎剂的混合

将KAlF₄、K₃AlF₆、CsAlF₄、Cs₃AlF₆按照2.0：2.0：3.0：3.0的质量比混合均匀；

(3)将步骤(1)中制得的锌铝合金钎料和步骤(2)中制得的钎剂混合均匀，其中，钎剂占自钎焊料总重量的12.5％。

在氮气保护下，将钎料和钎剂按照7：1的质量比放入三维自动混合设备的料斗内，混料参数如下：料斗的运转轨迹为“8”字形，主轴1的X向转速为25r/min，Y向转速为10r/min；主轴2的X向转速为25r/min，Y向转速为10r/min；混料时间240min，混至无法用肉眼看到明显的白点为止；

(4)冷挤压工序

将步骤(3)制得的混合料在恒温25℃、相对湿度RH50％的恒湿环境中放入四柱液压机的模腔内，加压至18mpa将粉状材料压制成棒状材料；

(5)热挤压成丝

将步骤(4)制得的棒状材料于150℃下预热120分钟，然后放入温度为320℃的模腔内挤压成丝状材料，挤压速度为1.5cm/s，并利用盘绕机将丝状材料绕成卷状；

采用该自钎焊环对3003铝合金与紫铜管件进行火焰钎焊，焊后接头处的金相测试焊缝致密基本无气孔；焊后接头的抗拉强度经检测达到90Mpa；焊后接头处无需任何处理，可承受500小时以上的中性盐雾试验，焊接部位不会出现腐蚀、孔洞现象。

实施例2

按照实施例1的方法制备锌铝合金钎料；

控制该锌铝合金粉的具体成分按重量百分比计算为Al 0.5％、Fe 0.25％、Cu0.05％，Zn 99.2％；

其他同实施例1。

该状态下，钎料熔化温度降低，钎料焊接时与钎剂匹配较差，造成焊后焊点强度不够，耐腐蚀性也降低了。

采用该自钎焊环对3003铝合金与紫铜管件进行火焰钎焊，焊后接头处的金相测试焊缝致密基本无气孔；焊后接头的抗拉强度经检测达到60Mpa；焊后接头处无需任何处理，可承受300小时以上的中性盐雾试验。

实施例3

按照实施例1的方法制备锌铝合金钎料；

控制该锌铝合金粉的具体成分按重量百分比计算为Al 5.5％、Fe 0.25％、Cu0.05％，Zn 94.2％；

其他同实施例1。

该状态下，钎料熔化温度提升了，且焊接时钎料流动性不好，因此造成焊料填缝能力降低，容易造成虚焊问题。

采用该自钎焊环对3003铝合金与紫铜管件进行火焰钎焊，焊后接头处的金相测试焊缝存在虚焊；焊后接头的抗拉强度经检测达到88Mpa；焊后接头处无需任何处理，可承受500小时以上的中性盐雾试验。

实施例4

钎剂占自钎焊料总重量的5％。其他同实施例1。

该条件下，钎剂偏少，焊接时焊料去除工件表面氧化物和保护钎料能力下降，造成钎料流动填充焊缝缓慢，降低了焊接质量。

采用该自钎焊环对3003铝合金与紫铜管件进行火焰钎焊，焊后接头处的金相测试焊缝致密基本无气孔，但钎料填充的焊缝深度仅有3mm，且存在虚焊现象；焊后接头的抗拉强度经检测达到85Mpa；焊后接头处无需任何处理，可承受500小时以上的中性盐雾试验。

实施例5

钎剂占自钎焊料总重量的22％。其他同实施例1。

钎剂比重增加，焊接后部分钎剂会残留在焊缝内，造成夹渣和气孔缺陷，降低了焊点的致密性。同时钎剂增多，焊料的加工成型难度也增加了。

采用该自钎焊环对3003铝合金与紫铜管件进行火焰钎焊，焊后接头处的金相测试焊缝存在气孔；焊后接头的抗拉强度经检测达到90Mpa；焊后接头处无需任何处理，可承受400小时以上的中性盐雾试验。

对照例1

(KAlF₄+K₃AlF₆)：(CsAlF₄+Cs₃AlF₆)＝2：8，其余参照实施例1。

该条件下，钎剂的活化区间接近于：360-450℃；随焊接操作，部分焊点超过450℃时，液态钎料存在被氧化的风险，最终造成焊点不良(外观出现气孔，流动缓慢等缺陷)。

采用该自钎焊环对3003铝合金与紫铜管件进行火焰钎焊，焊后接头处的金相测试有微小气孔，且焊点表面粗糙；焊后接头的抗拉强度经检测达到93Mpa；焊后接头处无需任何处理，可承受500小时以上的中性盐雾试验。

对照例2

将三维自动混合设备改为常规混合设备，其他同实施例1。由于钎料(锌铝合金粉末)体积密度大，钎剂粉末体积密度小，因此混合时易出现钎剂结团现象，最终造成焊料在挤压成丝时易出现断裂，甚至无法成型的情况。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种铝合金与铜合金钎焊用的环保无腐蚀自钎焊料，其特征在于：所述的自钎焊料是以锌铝合金为钎料，以氟铝酸铯、氟铝酸钾共晶混盐为钎剂的复合材料；所述锌铝合金钎料的具体成分按重量百分比计算为Al 3.5 %、Fe 0.25%、Cu 0.05%，Zn 96.2%；所述的钎剂占自钎焊料总重量的12.5%；

所述的氟铝酸铯、氟铝酸钾共晶混盐钎剂由KAlF₄、K₃AlF₆、CsAlF₄、Cs₃AlF₆组成，其中，（KAlF₄+K₃AlF₆）：（CsAlF₄+Cs₃AlF₆）=4：6；

所述的铝合金与铜合金钎焊用的环保无腐蚀自钎焊料的制备方法的步骤为，

（1）将纯铝放入冶炼炉，并在上面投放覆盖剂冰晶石；待纯铝熔化后，投放单质锌，炉温升至750℃；然后加入将硝酸钠和石墨粉按照1：1的质量比混合均匀而成的精炼熔剂，搅拌除渣；再加入除气精炼剂脱水氯化锌，充分搅拌；最后以单质粉末颗粒的形式放入Fe、Cu，充分搅拌后；用时4分钟将炉温降低至660℃，并将炉料倒入离心雾化机冷却雾化，冷却速度为104K/S，离心转盘转速为3600r/min，制得锌铝合金粉，控制该锌铝合金粉的具体成分按重量百分比计算为Al 3.5 %、Fe 0.25%、Cu 0.05%，Zn 96.2%；

其中，覆盖剂冰晶石占炉料总重量的15%，精炼熔剂为炉料总重量的2.5%，除气精炼剂脱水氯化锌占炉料总重量的0.20%；

（2）钎剂的混合

（3）将步骤（1）中制得的锌铝合金钎料和步骤（2）中制得的钎剂混合均匀；

在氮气保护下，将钎料和钎剂按照7：1的质量比放入三维自动混合设备的料斗内，混料参数如下：料斗的运转轨迹为“8”字形，主轴一的X向转速为25r/min，Y向转速为10r/min；主轴二的X向转速为25r/min，Y向转速为10r/min；混料时间240min，混至无法用肉眼看到明显的白点为止；

（4）冷挤压工序

将步骤（3）制得的混合料在恒温25℃、相对湿度RH50%的恒湿环境中放入四柱液压机的模腔内，加压至18MPa将粉状材料压制成棒状材料；

（5）热挤压成丝

将步骤（4）制得的棒状材料于150℃下预热120分钟，然后放入温度为320℃的模腔内挤压成丝状材料，挤压速度为1.5cm/s，并利用盘绕机将丝状材料绕成卷状。