CN112621015A - 一种药芯铝钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种药芯铝钎料包括钎剂药芯和铝基钎料，所述铝基钎料包裹钎剂药芯；所述药芯铝钎料按照质量百分比包括以下物质：2.1％至9.2％AlF₃粉，1.7％至7.5％CsF粉，1.2％至5.3％KF粉，11％至25.3％合金粉，4％至8％Si粉，余量为铝基钎料；本发明还公开了该药芯铝钎料的制备方法；该发明在钎焊过程中发生铝硅共晶反应，熔点低、流动性佳及铺展性好，钎缝强度高。

Description

一种药芯铝钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及钎料技术领域，特别是涉及一种药芯铝钎料及其制备方法。

背景技术

药芯钎料是近年来出现的一类节材减排型复合钎料产品，由钎料合金外皮包裹一定比例的粉状钎剂和金属粉制成。与传统钎料相比，药芯钎料具有钎剂用量精准可控、污染少、生产效率高等优点。铝硅共晶合金具有良好的润湿性、流动性和抗腐蚀性，且钎焊接头强度高，是理想的钎焊材料。但其加工性能不强，不易加工成理想钎料形态。Si粉可与Al合金在反应钎焊中生成铝硅共晶合金。Al-Si合金中添加Ge可以降低钎料的熔点，缩小钎料的熔化区间。Cu可以降低熔点，但过量的Cu会生成AlCu脆性金属间化合物，影响钎缝性能。Zn可以显著降低钎焊温度，但钎缝强度不高。Al-Si-Zn-Cu系钎料具有流动性好、钎缝强度高、抗腐蚀性好的优点，在铝及铝合金钎焊中得到广泛应用。

Al-Si系钎料是目前使用最广泛的铝及铝合金钎焊用钎料，它以Al-Si共晶成分为基础，然而Al-Si合金的熔点与铝及铝合金的熔点相近，在对铝及铝合金进行钎焊的过程中，铝及铝合金易出现过烧、熔蚀现象，影响焊件的连接强度。目前许多研究在Al-Si系基础上添加合金元素来降低熔点温度。由于Al-12Si共晶合金的加工性能不好，不易成形。现有技术中大多采用向Al-Si合金中加入纯金属，重新熔铸成锭再加工成形的方法制备Al-Si-Cu-Zn系钎料。制备过程中需要用到多种金属及中间合金，制备工艺十分复杂，加工性差，且使用时仍需与钎剂配合使用。

专利文献CN104191111中公开一种含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝及其制备方法，该药芯焊丝含有质量百分比含量为35％至60％的硅、15％至20％的铜、0.08％至2％的锗、0.05％至1％的铪、22％至40％的钎剂粉、余量为铝。该药芯焊丝采用向钎剂中加入纯金属粉的方法，纯金属粉熔点较高，在钎焊过程中容易因熔融不完全造成颗粒残留，生成脆性中间相，影响钎缝性能。且铪的价格高昂，不具备普遍适用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种药芯铝钎料，该发明在钎焊过程中发生铝硅共晶反应，熔点低、流动性佳及铺展性好，钎缝强度高。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种药芯铝钎料，包括钎剂药芯和铝基钎料，所述铝基钎料包裹钎剂药芯；

所述药芯铝钎料按照质量百分比包括以下物质：

优选合金粉成分包括以下物质：

Al-Cu合金粉、Al-Zn合金粉和Al-Ge合金粉；

其中，

Cu占药芯铝钎料总质量的2％至6％；

Zn占药芯铝钎料总质量的3％至7％；

Ge占药芯铝钎料总质量的的0.2％至1.2％。

本发明中的药芯铝钎料具有较低熔点，可以有效避免因纯金属在钎焊时熔融不充分而导致的钎缝强度低的问题，合理配比可以减少脆性金属间化合物生成，提高钎缝强度。

优选Si粉颗粒直径80nm至120nm。本发明优选纳米级Si粉具有低熔点，高活性等优点，进一步促进共晶反应发生，提高钎缝性能。

优选所述铝基钎料按质量百分比包括以下物质：

4％至6％Si，Al余量。本发明中铝基钎料更进一步优选是4043铝合金，4043铝合金具有良好的机械加工性能，具有广泛的应用。且Al-Cu、Al-Ge、Al-Zn、4043铝合金钎焊时通过反应钎焊使合金元素进入钎缝，通过合理的配比得到具有优良性能的焊缝。本发明的铝基钎料通过控制用量目的在于获得Al-5Si合金，相较于现有的铝基钎料中Al-12Si合金，加工性能好,利于钎料的生产加工。

优选所述钎剂药芯填充率为的30％至45％。

优选所述药芯铝钎料的直径为2.0mm至5.0mm。

本发明的第二目的在于提供一种药芯铝钎料制备方法，该发明制得一种在钎焊过程中发生共晶反应的药芯铝钎料，有效提高钎缝强度。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种药芯铝钎料制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按比例分别称取对应质量的Si粉、Al-Cu合金粉、Al-Ge合金粉、Al-Zn合金粉、AlF₃粉、CsF粉、KF粉，通过行星球磨机将Si粉研磨至直径80nm至120nm；将合金粉烘干，与Si粉、AlF₃粉、CsF粉、KF粉混合均匀得到目标钎剂药芯；

步骤二、将铝基钎料带卷制成搭接缝呈螺旋状的管状结构，并在卷制过程中将钎剂药芯粉末加入管状结构内；

步骤三、通过轧制减径和拉拔减径工艺制成目标药芯铝钎料。

优选Al-Ge合金粉的制备方法如下：

按比例称取Al锭、Ge锭，将称量好的金属锭熔炼，通过雾化制粉获得Al-Ge合金粉。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中Si粉与Al合金在钎焊温度下发生共晶反应，形成铝硅共晶；Zn、Cu的加入可以降低钎料与母材之间的界面能，从而改善润湿状况和铺展性，同时可以与Al生成低熔点的金属间化合物，起到降低熔点、提高钎缝强度和硬度的作用；

本发明中Al-Si二元系中添加Ge后，Al-Si的共晶温度随Ge的增加而降低；Al-Cu、Al-Ge、Al-Zn合金的熔点都远远低于对应纯金属的熔点；本发明中Ge的加入可以缩小钎料的熔化温度区间，增加钎料的流动性；

本发明中以Al-Cu、Al-Ge、Al-Zn和Al-Si的合金形式加入钎料，在钎焊时通过反应钎焊使合金元素进入钎缝，通过合理的配比得到具有优良性能的焊缝；

本发明制备工艺简单，具有钎焊温度低、流动性好、强度高等优点。

从而实现本发明的上述目的。

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铝钎料，包括钎剂药芯和铝基钎料，具体各物质的质量分数详见表1所示；所述铝基钎料包裹钎剂药芯；

本实施例中药芯铝钎料制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按比例分别称取对应质量的Si粉、Al-Cu合金粉(含30％的Cu)、Al-Ge合金粉(含50％的Ge)、Al-Zn合金粉(含90％的Zn)、AlF₃粉、CsF粉、KF粉，烘干备用；本实施例中硅粉的粒径为100至120nm；

将粉末混合均匀得到目标钎剂药芯；

步骤二、将钎料带卷制成搭接缝呈螺旋状的管状结构，并在卷制过程中将钎剂药芯粉末加入管状结构内；铝基钎料按质量百分比包括以下物质：4％Si，Al余量；

步骤三、通过轧制减径和拉拔减径工艺制成目标药芯铝钎料。

本实施例中Al-Ge合金粉通过雾化制得。

实施例2

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。

Al-Cu合金粉(含30％的Cu)、Al-Ge合金粉(含50％的Ge)、Al-Zn合金粉(含90％的Zn)；本实施例中硅粉的粒径为100至120nm。

铝基钎料按质量百分比包括以下物质：4％Si，Al余量。

实施例3

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。

Al-Cu合金粉(含35％的Cu)、Al-Ge合金粉(含55％的Ge)、Al-Zn合金粉(含97％的Zn)；本实施例中硅粉的粒径为90至110nm。

铝基钎料按质量百分比包括以下物质：4％Si，Al余量。

实施例4

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。

Al-Cu合金粉(含35％的Cu)、Al-Ge合金粉(含55％的Ge)、Al-Zn合金粉(含97％的Zn)；本实施例中硅粉的粒径为90至110nm。

铝基钎料按质量百分比包括以下物质：6％Si，Al余量。

实施例5

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。

Al-Cu合金粉(含35％的Cu)、Al-Ge合金粉(含55％的Ge)、Al-Zn合金粉(含97％的Zn)；本实施例中硅粉的粒径为80至100nm。

铝基钎料按质量百分比包括以下物质：6％Si，Al余量。

实施例6

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。

Al-Cu合金粉(含35％的Cu)、Al-Ge合金粉(含55％的Ge)、Al-Zn合金粉(含97％的Zn)；本实施例中硅粉的粒径为80至100nm。

铝基钎料按质量百分比包括以下物质：6％Si，Al余量。

实施例7

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。

Al-Cu合金粉(含35％的Cu)、Al-Ge合金粉(含55％的Ge)、Al-Zn合金粉(含97％的Zn)；本实施例中硅粉的粒径为100至120nm。

铝基钎料按质量百分比包括以下物质：4％Si，Al余量。

实施例8

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。

Al-Cu合金粉(含35％的Cu)、Al-Ge合金粉(含55％的Ge)、Al-Zn合金粉(含97％的Zn)；本实施例中硅粉的粒径为100至120nm。

铝基钎料按质量百分比包括以下物质：6％Si，Al余量。

对比例1

本例与实施利1的主要区别在于药芯中只包含AlF₃粉5.5％、CsF粉4.4％、KF粉3.1％

对比例2

本例与实施例1的主要区别在于：钎剂药芯中直接加入与实施例1中等量金属粉末，各组分质量百分比为：AlF₃粉5.5％、CsF粉4.4％、KF粉3.1％、Zn粉5.2％、Cu粉3.9％、Ge粉0.6％、Si粉6.3％、铝基钎料71.0％；本实施例中硅粉的粒径为100至120nm。

表1实施例1至5制得药芯铝钎料的原料及质量分数列表％

将实施例1至8以及对比例1和2制得的药芯铝钎料进行如下性能测试，测试数据详见表2所示。

钎焊母材用料为6061铝合金，选用丝径为3mm的药芯铝钎料。通过微机热差仪测得药芯铝钎料熔点。钎焊润湿性试验按国家标准GB/T 11364-2008《钎料润湿性试验方法》进行，试件尺寸为40mm×40mm×3mm，钎焊方法为炉中钎焊。钎焊接头力学性能试验按照国家标准GB/T 11363-2008《钎焊接头强度试验方法》进行，试件尺寸为60mm×25mm×3mm。钎焊接头形式采用搭接，搭接宽度为7mm。钎焊接头采用万能拉伸试验机测试接头抗剪强度。在母材上堆敷药芯铝钎料，通过直读光谱仪测熔敷金属的化学成分。

表2实施例1至8与对比例1和2制得药芯铝钎料的性能指标列表

通过表2可知，实施例1至8的熔点、铺展面积和剪切强度均显著高于对比例1和对比例2，对比例2使用的与实施例1等量的金属粉末，而实施例1则使用Al-Cu合金粉、Al-Ge合金粉和Al-Zn合金粉，二者的性能也有显著差异。本发明中钎料中使用的Al-Si系钎料具有较好的加工性能，铝基钎料可以在低于单质铝与单质硅的熔点的温度下，与纳米级Si粉通过反应钎焊得到铝硅共晶合金，具有良好的润湿性、流动性和抗腐蚀性，且钎焊接头强度高。结合实施例1和对比例2可知，虽然二者药芯铝钎料的原料组分相同，但是实施例1是以合金粉末的方式加入Cu、Zn和Ge元素，而对比例2以单质金属粉末的形式加入，对比二者的性能指标可知，实施例1的药芯银钎料其熔点低于对比例2，且铺展面积和剪切强度也高于对比例2的药芯铝钎料；实施例2至8的上述性能也明显优于对比例2；可知本发明通过合金Al-Cu、Al-Zn、Al-Ge的方式，与Al-Si钎料和Si粉通过钎焊反应得到的Al-Si-Zn-Cu钎料，在钎焊时通过反应钎焊使合金元素进入钎缝，钎缝强度高；本发明制得的药芯铝钎料具有钎焊温度低、流动性好、抗腐蚀性好的优点。

Claims (8)

1.一种药芯铝钎料，其特征在于：包括钎剂药芯和铝基钎料，所述铝基钎料包裹钎剂药芯；

所述药芯铝钎料按照质量百分比包括以下物质：

2.如权利要求1所述的一种药芯铝钎料，其特征在于：

合金粉成分包括以下物质：

Al-Cu合金粉、Al-Zn合金粉和Al-Ge合金粉；

其中，

Cu占药芯铝钎料总质量的2％至6％；

Zn占药芯铝钎料总质量的3％至7％；

Ge占药芯铝钎料总质量的0.2％至1.2％。

3.如权利要求1所述的一种药芯铝钎料，其特征在于：Si粉颗粒直径80nm至120nm。

4.如权利要求1所述的一种药芯铝钎料，其特征在于：所述铝基钎料按质量百分比包括以下物质：

4％至6％Si，Al余量。

5.如权利要求1所述的一种药芯铝钎料，其特征在于：所述钎剂药芯填充率为30％至45％。

6.如权利要求1所述的一种药芯铝钎料，其特征在于：直径为2.0mm至5.0mm。

7.一种如权利要求2至6任一项所述的药芯铝钎料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、按比例分别称取对应质量的Si粉、Al-Cu合金粉、Al-Ge合金粉、Al-Zn合金粉、AlF₃粉、CsF粉、KF粉，通过行星球磨机将Si粉研磨至直径80nm至120nm；将合金粉烘干，与Si粉、AlF₃粉、CsF粉、KF粉混合均匀得到目标钎剂药芯；

步骤二、将铝基钎料带卷制成搭接缝呈螺旋状的管状结构，并在卷制过程中将目标钎剂药芯粉末加入管状结构内；

步骤三、通过轧制减径和拉拔减径工艺制成目标药芯铝钎料。

8.如权利要求7所述药芯铝钎料制备方法，其特征在于：

Al-Ge合金粉的制备方法如下：

按比例称取Al锭、Ge锭，将称量好的金属锭熔炼，通过雾化制粉获得Al-Ge合金粉。