CN1121855A - 含焊剂的铝合金钎料的制造方法 - Google Patents

含焊剂的铝合金钎料的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是以低成本制造钎焊性良好的含焊剂的铝合金钎料，其制造方法的要点是利用加压使钎料成分粉末和焊剂成分粉末的混合粉末成型固态化成压坯，接着在加热该压坯后，二次成型要求的形状。在该制造方法中，成型为压坯的成型固态化优选在480℃以下，特别在400℃以下，或者在冷状态下进行，还优选在大气中进行。另外，所述压坯的二次成型优选在300-575℃进行，还优选在非氧化气氛中进行。

Description

含焊剂的铝合金钎料的制造方法
本发明关于含有用于铝或铝合金材料钎焊的焊剂的铝合金钎料的制造方法。
以往，铝或铝合金材料的钎焊是通过将钎料供给到接合部位的同时，将焊剂悬浮液涂敷在接合部位，在此状态下加热或者在使焊剂成气体状态送到钎焊炉的气氛中的同时进行加热进行的。但是，在这样的焊剂钎焊中，因为焊料和焊剂必须分别供到接合部位，所以存在钎焊作业麻烦、焊剂使用量难以均匀化、过量的焊剂污染钎焊产品和钎焊炉等问题。
因此，为了解决这些问题，本申请人开发了含焊剂的各种铝合金钎料(例如特愿平3-346,994、特愿平3-347,010中记载的钎料)。
含有这种含有焊剂的铝合金钎料例如可按照本申请人开发的下述方法制得。
也就是说，首先对钎料成分和焊剂成分Al粉末、Si粉末、Al-Si合金粉末、KF-AlF3共晶粉末等进行粒度调整，并充分干燥，然后在室温下将这些粉末以规定比例充分混合搅拌。接着，将这种混合粉末充填在由圆筒形罐体等构成的容器中，在加热状态使容器内真空脱气到1托以下之后，密封容器，利用压制等进行加热压粉，在粉末颗粒发生软化粘结的同时，压坯和容器被压接成一体化。接着，将该压粉成形体的容器部分切削掉，在大气中进行加热的同时，挤压成形成板状等所要求形状，得到含焊剂的铝合金钎料。
可是，钎料必须适合接合部位的形状，在上述含焊剂的铝合金钎料的制造方法中，是通过将压粉成形体进行二次成形而得到所需要的形状。为了使压粉成形体进行二次成形，必须有一定强度，在上述制造方法中，利用在高温下进行压粉，使粉末颗粒表面充分软化，颗粒相互粘结，形成能耐二次成形的结实压粉成形体。即或在上述温度条件下对上述混合粉末进行加压，压坯的密度也比由各成分密度计算的理论值小，但也形成理论密度的90％以上的高密度。
但是，在高温下材料粉末发生氧化，因而钎焊性容易恶化。因此，为了防止这种情况，首先借助真空脱气除去水分和空气，而且需要在非氧化性气氛下进行热压粉末。另外，为了形成高密度的压坯，压粉前的真空脱气也是必要的。为此，必须在加热期间进行真空脱气，而且需要用于热压粉末的庞大设备，并且因为必须经过许多工序，所以存在增加钎料制造成本的问题。再者，为了真空脱气和热压粉末，需要填充材料粉末的容器，在挤压等二次成形时必须去除此容器，这也成为增加工序的原因。而且，上述容器不能反复使用，在容器去除时，钎料量有损耗，使材料有效利用率降低，使制造成本进一步增加。另外，因为温度和真空度等的合适范围狭窄，所以工序管理困难，加上材料在高温下暴露时间也长，若不符合这些条件的合适范围，则也存在钎料的流动性和钎焊部位的外观恶化的问题。
本发明以消除上述问题作为目的，提供以低成本制造钎焊性良好的含有焊剂的铝合金钎料。
图1表示在本实施例中的钎焊试验方法的斜视图。
发明人认为上述压坯的密度只要能经二次成形形成所需要的形状即可，重复各种试验，结果通过使压坯密度减小至极限，简化了钎料的制造过程，成功地降低了制造成本。也就是说，本发明的含焊剂的铝合金钎料的制造方法的特征是利用加压将钎料成分粉末和焊剂成分粉末的混合粉末成形固态化成压坯，接着加热该压坯，然后二次成形成所需要的形状。
再有，在上述含焊剂的铝合金钎料的制造方法中，形成压坯的成形固态化过程最好是在480℃以下、尤其是在400℃以下、或者冷状态即不加热的常温下进行，并且也可以在大气中进行。另外，上述压坯的二次成形最好是在300-575℃下进行，而且最好是在非氧化气氛中进行。
本发明中的钎料成分粉末是指在铝或铝合金材料的钎焊中可用作钎料的金属粉末。一般来说，可使用Al-Si系合金粉末和Al粉末与Si粉末的混合物，但在钎焊时钎料的流动性良好这点上，使用Al-Si系合金粉末为好。为了确保作为钎料的适当的液相线温度而实现良好的钎焊，在钎料成分粉末中占有的Si量以6-15％(重量)为好，特别优选下限值是9％(重量)，上限值是12％(重量)。
在钎料成分粉末中除Al、Si之外，允许含有不可避免的杂质，另外为了进一步提高钎料的各种性能，也可以含有其他任意成分的1种或2种以上。例如，为了提高强度，也可以含有Mg0.1-2％(重量)，为了提高耐蚀性也可以含有In 0.1-0.5％(重量)、Zn 0.3-5％(重量)，为了提高钎焊性，也可以含有Bi0.1-0.5％(重量)，为了提高钎焊含Mg的铝合金材料时的钎焊性，也可以含有Be 0.1-0.5％(重量)。在含有这样的Mg、In、Zn、Bi、Be等1种或2种以上的情况下，它们也可以分别以单独粉末形式添加混合到Al-Si系合金粉末和Al粉末与Si粉末的混合物中，也可以以Mg-Zn等合金粉末形式进行混合，或者也可以以Al-Si-Mg、Al-Si-Zn等Al-Si系合金形式包含。
另外，为了尽可能地提高压坯的密度，上述钎料成分粉末最好使用雾化粉等球状粉。
此外，在本发明中使用的焊剂的种类没有特别限制，氟化物系和氯化物系都可使用。氟化物系焊剂，从与钎料的熔点关系考虑优选在605℃以下熔融的氟化物，可以列举以KαAlFα+3(α是1以上的整数)表示的KAlF4、K2AlF5和K3AlF6、KF和AlF3的混合物或者共晶组合物，氟铝酸钾络合物等，可以将它们单独或2种以上混合使用。另外，作为氯化物系焊剂，理想的是595℃以下熔融、在抑制钎焊部位的腐蚀意义上说吸湿性小的氯化物，具体优选以BaCl2、NaCl、KCl、ZnCl2为主成分者，可以将它们单独或2种以上混合使用。
利用本发明方法制造的含焊剂的铝合金钎料的组成取决于上述的钎料成分粉末和焊剂成分粉末的混合比例。在形成含焊剂的铝合金钎料材料的这些混合粉末中，在焊剂的配合比例过少时，不能进行良好的钎焊，而焊剂的配合比例过多时，压粉固态化或二次成形变得困难，含焊剂的铝合金钎料的制造变得困难。因此，焊剂的配合比例在使用氟化物系焊剂时，理想的是混合粉末的5-30％(重量)，特别理想的是下限值是10％(重量)，上限值是20％(重量)。在使用氯化物系焊剂时，理想的是混合粉末的3-20％(重量)，特别理想的是下限值是10％(重量)，上限值是15％(重量)。
为了从上述混合粉末得到在高密度下元素分布均匀的压坯，理想的是使用粒度调整过的材料粉末。优选Si粉末和Mg、In、Bi、Be、Zn等任意添加元素比Al粉末的颗粒直径小，还优选焊剂成分粉末比Al粉末小、但是在使用Al-Si系合金粉末时，即使颗粒直径比单独使用Al和Si时大许多也能够固态化成高密度的压坯。作为具体的颗粒直径，优选使用如下各范围的颗粒直径：Al粉末1-200μm，Si粉末1-100μm，Al-Si系合金粉末1-300μm，除Al、Si以外的任意添加元素粉末1-100μm，焊剂成分粉末1-100μm。
将上述混合粉末填充在成形用金属模内并对其加压而形成压坯。
压坯即使在含有许多气孔的脆状态也能从金属模脱模，也可以固形化至可运送至下一工序的程度，因此不必要压粉成以往的理论值的90％以上的高密度，即使不到90％也可，50％以上即可。因此，不必在高温下进行压粉，也可以进行冷压粉。另一方面，若压粉温度过高，则热熔接在金属模内壁而不能脱膜。压粉温度的上限值优选在480℃以下，尤其优选在400℃以下。但是，在本发明中，不规定压粉温度的上限值。另外，在上述温度范围因为没有材料粉末氧化的危险，所以不必在非氧化气氛中进行压粉，而可以在大气中压粉。再者，只要在上述温度范围内，温度越高越能以小的压制压力压粉成所需要的密度，或者在相同的压制压力条件下，压粉温度越高，则产生的压坯密度越高，操作性提高，二次成形前的加热工序管理更为容易。
从成形用金属模脱模的压坯加热软化后，进行二次成形，成为所要形状的含焊剂的铝合金钎料。因为加热温度只须在能使二次成形进行的程度，粒子软化即可，而无须完全熔融，所以优选300-575℃。但是，在使用氯化物系焊剂时，为了防止钎料的焊剂熔融，优选在500℃以下。对加热气氛来说，在压坯密度较低且含有许多气孔时，以及在上述加热温度高时，因为钎料成分粉末容易氧化，故为防止钎焊性降低，优选在非氧化性气氛中进行，但是在压坯密度高时和加热温度低时，没有氧化危险时也可以在大气中加热。另外，只要是非氧化性气氛，真空或者N2、Ar等惰性气体气氛均可，但是在真空场合中优选5托以下的高真空，而在惰性气体气氛的场合中，优选H2O浓度限制在100ppm以下、O2浓度限制在500ppm以下。
加热后的二次成形方法无特别限制，可列举挤出成形，或者挤压后再拉拔等成形方法。
在本发明的含焊剂的铝合金钎料的制造方法中，钎料成分粉末和焊剂成分粉末的混合粉末通过成形固态化成压坯，可以供至成形为所要形状的二次成形过程。压坯固态化至能够操作的程度即可，所以即使在比过去更低的温度下，也能够充分地压粉固态化，另外因为不担心钎料成分粉末氧化，所以尤其不必在非氧化性气氛中进行，在大气中进行压粉也可。所以具有固态化温度不到480℃，特别是不到400℃，或者设定的温度越低，钎料成分粉末氧化的危险越小，而设定的温度越高则以相同的压制力就越能形成高密度的压坯，或者为了得到规定的压坯密度可以以小的压制力来达到等优点。
上述压坯借助加热而软化之后进行二次成形，通过选择加热温度和加热气氛，即使压坯具有许多气孔，也没有钎料成分粉末氧化的危险，可得到钎焊性极优的含有焊剂的铝合金钎料。另外，对于密度特别小、含有许多气孔的压坯，借助设定低的加热温度，或者再借助在非氧化气氛中加热，可以可靠地防止钎料的氧化。
如上所述，在本发明的含焊剂的铝合金钎料的制造方法中，不需要以往的热压粉方法中必须的用后舍弃的压粉用容器，也不需要与此相应的去除容器等作业。并且，因为形成压坯的成形固态化在比以往更低的温度下进行，故该工序也可以在大气中进行，所以能够简化制造设备，可从材料和工序两方面降低含焊剂的铝合金钎料的制造成本。再者，随着制造过程简化，工序管理变得容易，能够稳定地制造高质量的含焊剂的铝合金钎料。
实施例
下面说明本发明的含焊剂的铝合金钎料制造方法的具体实施例。
在制造各实施例和比较例的含焊剂的铝合金钎料时，钎料成分粉末使用下列表1所示的平均粒径不同的Al粉末、Si粉末、各种Al-Si系合金粉末，氟化物焊剂成分粉末使用平均粒径15μm或70μm的AlF3-KF共晶粉末，氯化物系焊剂使用平均粒径15μm的NaCl-KCl-BaCl2的混合粉末。
上述各材料粉末以表1所示的比例进行混合，制成混合粉末。在实施例1-3、11-13、21-23和比较例中使用Al和Si的单体粉末，在其他实施例中使用Al-Si合金或者含有其他元素的Al-Si系合金。然后使用各混合粉末，在实施例和比较例中以不同的制造方法制造含焊剂的铝合金钎料。下面详细叙述各例的制造工序。
实施例的制造工序
首先将上述混合粉末填充到直径3英寸×高150mm的圆筒形金属模内，在大气中采用压制法，改变压制条件进行压粉成形，全部形成压坯而固态化。在表2中示出压粉时的温度和最大压制压力。将压坯从金属模中取出，虽然它内部含有许多气孔而稍脆，但是具有能够耐脱模等操作的强度。在表2中同时示出压坯的高度和密度(相对于理论密度的比率)。接着，将上述压坯在大气中，或在真空中或者在已限制H2O浓度和O2浓度的N2气中或者在Ar气惰性气体气氛的非氧化性气氛中加热120分钟。接着，将该压坯挤压成直径2mm的线状。在表3中示出在各实施例中的加热条件。
表1
Figure A9510892300121
注1)仅在Al栏中记录的颗粒直径表示是Al-Si系合金粉末。
表2
                 压粉条件
压粉温度(℃) 最大压制压力(t)  压坯高度(mm)  压坯密度(％)
实施例1～10   常温    60     120    85
实施例11～20    200    50     120    87
实施例21～30    380    50     120    90
表3
实施例No.          挤压成形前的加热条件
1，    11，    21 真空、0.1托、450℃
2，    12，    22 真空、0.9托、530℃
3，    13，    23 大气、400℃
4，    14，    24 真空、0.1托、450℃
5，    15，    25 真空、0.1托、450℃
6，    16，    26 真空、0.1托、450℃
7，    17，    27 真空、0.1托、450℃
8，    18，    28 真空、0.1托、450℃
9，    19，    29  N2、450℃H2O；100ppm、O2；250ppm
10，   20，    30  Ar、450℃H2O；5ppm、O2；10ppm
比较例的制造工序
首先将上述混合粉末填充到由Al 100制成的直径3英寸×高200mm的圆筒形罐中，然后将罐密封，将上述容器置于500℃的炉中，从设置在罐上部的配管夹脱气，在1托以下的真空中进行加热。接着焊接上述配管夹将罐密封，保持在480℃，使用热压机以最大压力400吨进行热压成形，在与混合粉末的压坯固态化的同时，实质上与容器一体化。此时，因压制而固态化的容器成为高110mm。接着，在切削去除上述罐后，上述压坯在大气中加热至500℃，挤压成直径2mm的线状。
关于用上述方法制造的含各种焊剂的铝合金钎料，按照下述方法评价其钎焊性、钎焊产品的外观形态和表面处理性，与此同时比较材料的有效利用率和工序成本。这些评价结果示于表4中。
钎焊性
如图1所示，以JISA 3003合金构成的厚1mm的50mm×70mm板材(1)和厚1mm的50mm×50mm的板材(2)装配成反T形接头，在板材(2)的两侧配置切断成长50mm的钎料(3)，在大气中进行600℃×3分钟加热进行钎焊。根据在接合部位的钎料充填率，进行下述评价。
       ○：100％     ×：100％以下
外观状态
目视观察上述各钎焊产品，进行下述评价。
       ○：无焊剂残留，干净。
      ×：看到焊剂残留，产生茶色或黑色的污点。
表面处理性
在上述各钎焊产品上喷涂后，进行涂膜面的交错划线式试验，以100个方格中残留的方格进行评价。但是，在使用氯化物系焊剂的实施例3中，在钎焊后进行热水洗和水洗之后进行喷涂。
      ○：90以上       △：90以下
有效利用率
以％表示相对于混合粉末重量的挤压后含焊剂的钎料的重量比例。
工序成本
是以比较例的工序成本作为100时的成本率。
表4
  钎焊性 外观 表面处理性 有效利用率(％)  工序成本
实施例1     ○  ○     ○     95     65
实施例2     ○  ○     ○     95     65
实施例3     ○  ○     ○     95     65
实施例4     ○  ○     ○     95     70
实施例5     ○  ○     ○     95     70
实施例6     ○  ○     ○     95     70
实施例7     ○  ○     ○     95     70
实施例8     ○  ○     ○     95     70
实施例9     ○  ○     ○     95     70
实施例10     ○  ○     ○     95     70
实施例11     ○  ○     ○     95     70
实施例12     ○  ○     ○     95     70
实施例13     ○  ○     ○     95     70
实施例14     ○  ○     ○     95     75
实施例15     ○  ○     ○     95     75
实施例16     ○  ○     ○     95     75
实施例17     ○  ○     ○     95     75
实施例18     ○  ○     ○     95     75
实施例19     ○  ○     ○     95     75
实施例20     ○  ○     ○     95     75
实施例21     ○  ○     ○     95     70
实施例22     ○  ○     ○     95     70
实施例23     ○  ○     ○     95     70
实施例24     ○  ○     ○     95     75
实施例25     ○  ○     ○     95     75
实施例26     ○  ○     ○     95     75
实施例27     ○  ○     ○     95     75
实施例28     ○  ○     ○     95     75
实施例29     ○  ○     ○     95     75
实施例30     ○  ○     ○     95     75
比较例     ○  ○     ○     70     100
比较上述两种制造工序，从表4的结果可看出，在实施例中，压坯可以从成形用金属模脱模，由于能够将压坯全体供给二次成形，所以材料有效利用率良好，而且可以少的工序制造含焊剂的铝合金钎料。另外，实施例的含焊剂的铝合金钎料的钎焊性、外观状态、表面处理性全部优良，能够达到良好的钎焊。而比较例由于在去除罐时若干数量的压坯也被切削掉，所以有效利用率差，此外不仅工序多，而且罐使用后抛弃，所以工序成本也高。

Claims (11)

1.含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其特征在于利用加压使钎料成分粉末和焊剂成分粉末的混合粉末成形固态化成压坯，接着将该压坯加热后，二次成形成所需要的形状。
2.按权利要求1的含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其中在480℃以下进行形成所述压坯的成形固态化。
3.按权利要求1的含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其中在400℃以下进行形成所述压坯的成形固态化。
4.按权利要求1的含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其中在冷状态进行形成所述压坯的成形固态化。
5.按权利要求1的含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其中在大气中进行形成所述压坯的成形固态化。
6.按权利要求2的含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其中在大气中进行形成所述压坯的成形固态化。
7.按权利要求3的含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其中在大气中进行形成所述压坯的成形固态化。
8.按权利要求4的含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其中在大气中进行形成所述压坯的成形固态化。
9.按权利要求1-8中任一项的含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其中在300-575℃进行所述压坯的二次成形。
10.按权利要求1-8中任一项的含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其中在非氧化气氛中进行所述压坯的二次成形。
11.按权利要求1-8中任一项的含焊剂的铝合金钎料的制造方法，其中在300-575℃的非氧化气氛中进行所述压坯的二次成形。
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