CN112621010A - 一种药芯锌铝钎料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种药芯锌铝钎料，包括钎料层和被钎料层包覆的药芯钎剂；钎料层为夹层结构，包括作为夹芯的铝金属层和夹持铝金属层的锌铝合金层；锌铝合金层外表面有一磷酸锌层；本发明还公开了药芯锌铝钎料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将称量好的Zn98Al合金熔炼、浇铸成含中心孔的锌铝铸锭；步骤二、将铝熔炼成金属液浇铸到步骤一制得锌铝铸锭的中心孔内，铸锭冷却后挤压、轧制成具有夹层结构的金属钎料层；步骤三、使用钎料层包覆药芯钎剂，轧制、粗拉得到药芯锌铝焊丝；步骤四、将步骤三的药芯锌铝焊丝表面附着磷酸溶液后在单次拉丝机上精拉丝得到目标药芯锌铝钎料；该发明有效提高钎料的加工性能，延缓钎料腐蚀现象的发生。
Description
技术领域
本发明涉及钎料技术领域，特别是涉及一种药芯锌铝钎料及其制备方法。
背景技术
铜及其合金具有优良的导电、导热、耐腐蚀和良好的加工成形性能，铝及其合金同样具有密度低、比强度高、低温性能好、热导率和电导率高以及加工性能好等优良品质。目前在汽车、制冷、电力、电子、家电等领域，为发挥铜铝各自的性能优势，又能节约铜材、降低重量和成本，以铝代铜取得了可喜的成就。这些成就的取得很大程度依赖于铜铝焊接技术的发展，尤其是铜铝钎焊技术的不断进步。
药芯锌铝钎料是铜铝钎焊连接的最新技术成果，适宜火焰钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊等多种钎焊工艺，能较好实现铜铝接头的钎焊连接。铝含量高的锌铝钎料对母材的润湿性好，提高铜铝接头强度，但是由于其塑性不佳很容易在拉拔过程中出现崩断的现象。此外，铝含量高的药芯锌铝钎料还存在严重的存放腐蚀问题：锌铝钎料在存放过程中受湿热环境影响较大，往往随着时间的延长钎料外部金属皮腐蚀变黑、变脆、变硬，通常称之为“脆化”，钎焊性能随之恶化，主要表现为脆化的钎料在钎焊过程中易产生夹渣、气孔，使钎着率下降，接头的强度和可靠性得不到保证，严重限制了药芯锌铝钎料的应用。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种药芯锌铝钎料，该发明具有良好的拉拔性能和抗腐蚀性。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种药芯锌铝钎料，包括钎料层和被钎料层包覆的药芯钎剂；
钎料层为夹层结构，包括作为夹芯的铝金属层和夹持铝金属层的锌铝合金层；
锌铝合金层外表面有一磷酸锌层。
优选所述锌铝合金层由Zn98Al合金制成。本发明优选Zn98Al合金制成锌铝合金层配合纯铝金属生产钎料，通过控制金属的纯度保证其加工性能。
优选所述钎剂药芯按照质量份数包括36份AlF3和64份CsF。
优选磷酸锌层原位生长于锌铝合金层表面。本发明中磷酸锌层通过原位生长的方式形成于钎料表面，磷酸锌层与锌铝层的结合力好。
本发明的第二目的在于提供一种药芯锌铝钎料的制备方法，该发明有效提高钎料的加工性能，延缓钎料腐蚀现象的发生。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种药芯锌铝钎料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、锌铝铸锭
将Zn98Al合金熔炼、浇铸成含中心孔的锌铝铸锭；
步骤二、制备具有夹层结构的钎料层
将铝熔炼成金属液浇铸到步骤一制得锌铝铸锭的中心孔内，铸锭冷却后挤压、轧制成具有夹层结构的金属钎料层；
步骤三、使用钎料层包覆药芯钎剂，轧制、粗拉得到药芯锌铝焊丝；
步骤四、将步骤三的药芯锌铝焊丝表面附着磷酸溶液后在单次拉丝机上精拉丝得到目标药芯锌铝钎料。
优选所述步骤二制得的夹层结构的钎料层按照质量份数包括：
Zn98Al 73至82份；Al 18至27份。
本发明通过锌铝合金夹持纯铝，保证钎料具有良好的拉拔性能；配合磷酸溶液附着生成磷酸锌，进一步提升拉拔性能；钎料外部的磷酸锌层有效隔绝环境气氛，延缓钎料“脆化”现象的发生。
优选所述药芯钎剂按质量份数包括：
AlF3 36份；CsF 64份。
本发明药芯钎剂由CsF和AlF3二元共晶配制而成，
优选所述钎料层与药芯钎剂的质量份数分别为90份和10份。本发明精准控制钎料和钎剂的用量，在使用过程中利于获得高品质钎缝。
优选所述磷酸溶液的质量分数为40％至60％。本发明要根据钎料的成分做具体分析，磷酸浓度越高，表面的磷化膜越厚，钎料抗腐蚀性、加工性效果越好，但表面腐蚀量增大，损失量增大。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明制得一种具有复合结构的药芯锌铝钎料，一方面具有夹芯结构的钎料层在保证锌和铝用量的基础上通过保证原料的纯度利于拉拔；并配合在拉拔最后道次喷淋磷酸溶液，磷酸会在焊丝表面形成一薄层的磷酸锌，这层磷化膜与基体结合好，表面致密，硬度高，耐腐蚀，可在后续钎料存放过程中隔绝锌铝钎料与空气的接触，避免在焊丝表面发生晶间腐蚀，延缓钎料“脆化”现象的发生；
2、钎料层外表面的磷化膜具有均匀致密且表面光滑的特点，可有效降低焊丝与拉拔模具间的摩擦系数，防止咬合或擦伤，减小机械运动阻力，改善焊丝的摩擦性能；在拉拔过程中使用磷酸溶液替代传统额油脂，避免传统油脂性润滑剂在焊丝表面残留，防止残留的油脂在焊接过程中易形成渣或者气孔的问题，保证焊缝质量，利于钎料的润湿性及接头强度的提高；
3、本发明以加工性能好的纯Al和Zn98Al合金为原料，制备出外层为Zn98Al、夹芯层为纯Al的复合金属带包覆钎剂粉组成药芯锌铝钎料，克服了传统药芯锌铝钎料中Al含量高引起的加工性差的问题。
4、本发明方法简单，有利于推广应用。
从而实现本发明的上述目的。
附图说明
图1是本发明涉及的一种药芯锌铝钎料剖面图。
图中：
钎料层1；铝金属层11；锌铝合金层12；磷酸锌层13；药芯钎剂2。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例公开一种药芯锌铝钎料的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、按质量份数计算，称取Zn98Al合金73份，夹芯层Al27份，将称量好的锌铝熔炼、浇铸成含中心孔的锌铝铸锭；
步骤二、将步骤一中称量好的铝熔炼成金属液浇铸到步骤一中的锌铝铸锭的中心孔内，铸锭冷却后挤压、轧制成具有双层的金属钎料层；
按质量份数称取AlF3 36份、CsF 64份，配制成药芯钎剂，备用；
步骤三、按质量份数称取步骤二中制得的外部金属皮90份和药芯钎剂10份，取外部金属皮包覆药芯钎剂，通过轧制、粗拉得到直径3.0mm的药芯锌铝焊丝；
步骤四、将直径3.0mm焊丝表面附着质量分数为40％的磷酸溶液，将附着磷酸溶液的焊丝在单次拉丝机上精拉丝得到直径2.5mm的目标药芯锌铝钎料。
本实施例制得的药芯锌铝钎料如图1所示，包括钎料层1和被钎料层包覆的药芯钎剂2；
钎料层包括作为夹芯的铝金属层11和夹持铝金属层的锌铝合金层12；
所述药芯锌铝钎料外侧的锌铝合金层12外部表面原位生长有一磷酸锌层13。
本实施例制得的药芯锌铝钎料的进行以下性能测试：
断丝频率：断丝频率按每拉拔500kg钎料统计。
钎料润湿性试验按国家标准GB/T11364～2008《钎料润湿性试验方法》进行；
钎焊接头力学性能试验按国家标准GB/T11363～2008《钎焊接头强度试验方法》进行；
经过湿热腐蚀试验后的钎料润湿性试验；
将药芯锌铝钎料放入老化试验箱中，进行湿热加速腐蚀试验，试验采用的湿热环境腐蚀条件为：相对湿度RH＝100％，温度116℃，腐蚀时间设定为20h。
试验材料为T2紫铜板与6063铝板尺寸均为40mm×40mm×2mm。试验前，先用400号碳化硅砂纸打磨铝板和铜板，然后化学处理，去除表面油污、氧化膜等，自然晾干备用。
上述性能测试结果详见表1所示。
实施例2
本实施例与实施例1的主要区别在于：
本实施例所述Zn98Al合金73份，夹芯层Al 27份，所用磷酸溶液质量分数为50％。
本实施例制得的药芯锌铝焊丝性能测试结果详见表1所示。
实施例3
本实施例与实施例1的主要区别在于：
本实施例所述Zn98Al合金73份，夹芯层Al 27份，所用磷酸溶液质量分数为60％。
本实施例制得的药芯锌铝焊丝性能测试结果详见表1所示。
实施例4
本实施例与实施例1的主要区别在于：
本实施例所述Zn98Al合金82份，夹芯层Al 18份，所用磷酸溶液质量分数为40％。
本实施例制得的药芯锌铝焊丝性能测试结果详见表1所示。
实施例5
本实施例与实施例1的主要区别在于：
本实施例所述Zn98Al合金82份，夹芯层Al 18份，所用磷酸溶液质量分数为50％。
本实施例制得的药芯锌铝焊丝性能测试结果详见表1所示。
实施例6
本实施例与实施例1的主要区别在于：
本实施例所述Zn98Al合金82份，夹芯层Al 18份，所用磷酸溶液质量分数为60％。
本实施例制得的药芯锌铝焊丝性能测试结果详见表1所示。
对比例1
本对比例实施例1的主要区别在于：
本实施例所述外层Zn72Al28 100份，夹芯层Al 0份，拉拔过程中使用50号机油做润滑剂。本例制得的药芯锌铝焊丝性能测试结果详见表1所示。
对比例2
本实施例所述外层Zn80Al20 100份，夹芯层Al 0份，拉拔过程中使用50号机油做润滑剂。
本例制得的药芯锌铝焊丝性能测试结果详见表1所示。
表1实施例1至6以及对比例1至2制得药芯锌铝钎料性能测试列表
从表1可知，本发明制得一种具有复合结构的药芯锌铝钎料，一方面具有夹芯结构的钎料层在保证锌和铝用量的基础上通过保证原料的纯度利于拉拔；并配合在拉拔最后道次喷淋磷酸溶液，磷酸会在焊丝表面形成一薄层的磷酸锌，这层磷化膜与基体结合好，表面致密，硬度高，耐腐蚀，可在后续钎料存放过程中隔绝锌铝钎料与空气的接触，避免在焊丝表面发生晶间腐蚀，延缓钎料“脆化”现象的发生；钎料层外表面的磷化膜具有均匀致密且表面光滑的特点，可有效降低焊丝与拉拔模具间的摩擦系数，防止咬合或擦伤，减小机械运动阻力，改善焊丝的摩擦性能；在拉拔过程中使用磷酸溶液替代传统油脂，避免传统油脂性润滑剂在焊丝表面残留，防止残留的油脂在焊接过程中易形成渣或者气孔的问题，保证焊缝质量，利于钎料的润湿性及接头强度的提高；本发明以加工性能好的纯Al和Zn98Al合金为原料，制备出外层为Zn98Al、夹芯层为纯Al的复合金属带包覆钎剂粉组成药芯锌铝钎料，克服了传统药芯锌铝钎料中Al含量高引起的加工性差的问题；本发明方法简单，有利于推广应用。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (9)
1.一种药芯锌铝钎料，其特征在于：
包括钎料层和被钎料层包覆的药芯钎剂；
钎料层为夹层结构，包括作为夹芯的铝金属层和夹持铝金属层的锌铝合金层；
锌铝合金层外表面有一磷酸锌层。
2.如权利要求1所述的药芯锌铝钎料，其特征在于：所述锌铝合金层由Zn98Al合金制成。
3.如权利要求1所述的药芯锌铝钎料，其特征在于：所述钎剂药芯按照质量份数包括36份AlF3和64份CsF。
4.如权利要求1所述的药芯锌铝钎料，其特征在于：磷酸锌层原位生长于锌铝合金层表面。
5.一种如权利要求1至4任一项所述药芯锌铝钎料的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一、锌铝铸锭
将Zn98Al合金熔炼、浇铸成含中心孔的锌铝铸锭；
步骤二、制备具有夹层结构的钎料层
将铝熔炼成金属液浇铸到步骤一制得锌铝铸锭的中心孔内，铸锭冷却后挤压、轧制成具有夹层结构的金属钎料层；
步骤三、使用钎料层包覆药芯钎剂，轧制、粗拉得到药芯锌铝焊丝；
步骤四、将步骤三的药芯锌铝焊丝表面附着磷酸溶液后在单次拉丝机上精拉丝得到目标药芯锌铝钎料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤二制得的夹层结构的钎料层按照质量份数包括：
Zn98Al 73至82份；夹芯层Al 18至27份。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述药芯钎剂按质量份数包括：
AlF3 36份；CsF 64份。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述钎料层与药芯钎剂的质量份数分别为90份和10份。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述磷酸溶液的质量分数为40％至60％。
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