CN113305467A - 一种铝钎剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝钎剂及其制备方法,属于钎焊技术领域。所述铝钎剂的成分包括CsF、KF和AlF3;所述CsF、KF和AlF3的质量百分比为CsF:KF:AlF3=1.0~4.0:40.3~48.5:50.5~55.7。本发明所述铝钎剂以CsF、KF和AlF3为主相不仅具有无腐蚀性的特点,而且可有效去除含镁量较高的铝母材及钎料表面的氧化膜,使铝钎剂具有良好的润湿性,提高铝钎剂的有效焊点率,降低试漏率。

Description

一种铝钎剂及其制备方法
技术领域
本发明属于钎焊技术领域,特别涉及一种铝钎剂及其制备方法。
背景技术
钎焊的实施,一般要用到两种焊接材料—钎剂和钎料。钎剂和钎料在钎焊过程中所起的作用不同,钎剂为辅、钎料为主。简单来说,钎剂的主要作用是去除母材和钎料表面的氧化膜,促使熔化的液态钎料在固态的母材表面润湿;钎料的主要作用是填充在两个母材的接头处,经熔化、冷却后,将两个母材牢固地连接在一起。
铝及其合金,由于比重小、热导高、价格廉,在现代家庭和工业中的应用越来越广泛。以汽车行业为例,其所用热交换器原先为铜制,但铜重且贵的缺点,使得现在绝大部分改为铝制。并且,铝制热交换器的应用还不断扩展,在电力和制冷行业中已处处可见。但铝是比较难钎焊的。原因就在于铝的表面有一层结构为γ-Al2O3的氧化膜覆盖,这层氧化膜的化学性质非常稳定,并且还极其致密,因此它能充分抵挡大气中氧气和水汽对内层铝金属的侵蚀,保护着内层铝金属;与此同时,由于铝的化学性质活泼,在有氧条件下,一旦旧氧化膜遭到破坏,新氧化膜就会马上生成,继续覆盖铝金属的表面,继续保护内层铝金属。并且,随着环境温度升高,铝表面的氧化膜会进一步增厚、增密,更加难以去除。
含镁量较高的铝合金,相比铝,又更加难以钎焊。因为镁比铝更活泼,镁和氧的结合速度更快,产物MgO比γ-Al2O3更稳定、更加难以去除;并且,由于镁的物理和化学性质,在加热此类铝合金时,镁元素会向表面富集,在γ-Al2O3氧化膜的基础上新生成更多MgO、MgAl2O4物相,导致变化后的氧化膜的去除难度进一步增加。
由于含镁量较高的铝合金具有一些特殊的物理化学性质,汽车行业中的铝制热交换器的一些部件要用到这些材料,如散热器主片等。因此,如何有效去除含镁量较高的铝合金表面的氧化膜,并且焊后无腐蚀是铝钎剂迫切需要解决的问题之一。
发明内容
本发明目的在于针对上述现有技术的不足之处而提供一种铝钎剂及其制备方法,所述铝钎剂可有效去除含镁量较高的铝母材表面氧化膜,且生成物无腐蚀性。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:一种铝钎剂,所述铝钎剂的成分包括CsF、KF和AlF3,所述CsF、KF和AlF3的质量百分比为CsF:KF:AlF3=1.0~4.0:40.3~48.5:50.5~55.7。
本发明以CsF、KF和AlF3为主相,CsF、KF和AlF3的质量百分比在上述限定范围内,所述铝钎剂不仅具有无腐蚀性的特点,而且可有效去除含镁量较高的铝母材及钎料表面的氧化膜,使铝钎剂具有良好的润湿性,提高铝钎剂的有效焊点率,降低试漏率。
作为本发明的优选实施方式,所述CsF、KF和AlF3的质量百分比为CsF:KF:AlF3=2.7:44.0:53.3。
所述CsF、KF和AlF3的质量百分比为CsF:KF:AlF3=2.7:44.0:53.3时,所述铝钎剂不仅具有无腐蚀性的特点,而且去除含镁量较高的铝母材及钎料表面的氧化膜的效果最好,且润湿性和有效焊点率最佳。
本发明还要求保护所述铝钎剂的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)将钾成分溶于水形成钾成分溶液;
(2)将铯成分溶于水形成铯成分溶液,再加入氢氟酸溶液反应完全得到产物A;
(3)将步骤(2)的产物A和铝成分在水中混合均匀,加入氢氟酸溶液反应完全,得到反应液;
(4)将步骤(1)中的钾成分溶液加入步骤(3)的反应液中反应至pH为6-7,得到浆体;
(5)将浆体干燥、磨粉、过筛得到所述铝钎剂。
作为本发明的优选实施方式,所述铯成分为碳酸铯;所述钾成分为碳酸钾;所述铝成分为氢氧化铝。
本发明所述碳酸铯相对于氢氧化铯等其他铯成分更加稳定,避免出现铯成分吸收空气中水分而潮解,难以准确称重的现象;而本发明选用碳酸钾,是因为氢氧化钾相比碳酸钾极易吸收空气中水分而潮解。
本发明制备所述铝钎剂的原料为碳酸铯、碳酸钾、氢氧化铝和氢氟酸,为保证所述铝钎剂中的成分CsF、KF和AlF3的质量百分比为CsF:KF:AlF3=1.0~4.0:40.3~48.5:50.5~55.7,所述铯成分,钾成分,铝成分和氢氟酸的质量百分比为1.07~4.29:47.94~57.70:27.35~30.17:37.26~38.27。
作为本发明的优选实施方式,所述氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分含量为30%-40%。
作为本发明的优选实施方式,所述步骤(2)中,氢氟酸溶液中氢氟酸与铯成分的物质的量比为2:1。
所述步骤(2)中氢氟酸溶液中氢氟酸与所述步骤(3)中氢氟酸溶液中氢氟酸的总质量为本发明所述铝钎剂的原料氢氟酸的质量。
作为本发明的优选实施方式,所述步骤(1)中,钾成分与水的重量比为1:2-3;所述步骤(2)中,铯成分与水的重量比为1:2;所述步骤(3)中,铝成分与水的重量比为1:2-3。
作为本发明的优选实施方式,所述步骤(5)中,过筛为过200目的筛得到所述铝钎剂。
作为本发明的优选实施方式,所述步骤(5)中,浆体干燥的温度为250℃。
本发明相对于现有技术,具有如下有益效果:本发明所述铝钎剂以CsF、KF和AlF3为主相不仅具有无腐蚀性的特点,而且可有效去除含镁量较高的铝母材及钎料表面的氧化膜,使铝钎剂具有良好的润湿性,提高铝钎剂的有效焊点率,降低试漏率。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点,下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例1-7及对比例1-2中,氟化铯的化学式为CsF;氟化钾的化学式为KF;氟化铝的化学式为AlF3
实施例1
所述铝钎剂包括如下质量百分含量的成分:氟化铯1.0%,氟化钾48.5%,氟化铝50.5%。
按照铝钎剂中CsF、KF和AlF3的组成比例,换算为碳酸铯、碳酸钾、氢氧化铝和氟化氢的质量比为1.07:57.70:27.35:37.90;本实施例所述碳酸铯的质量为1.07g,碳酸钾的质量为57.70g,氢氧化铝的质量为27.35g,氟化氢的质量为37.90g;将氟化氢配置为质量百分含量为30%的氟化氢水溶液。
所述铝钎剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)将碳酸钾溶于水形成碳酸钾溶液;
(2)将碳酸铯溶于水,再加入氢氟酸反应得到产物A;
(3)将步骤(2)的产物A和氢氧化铝在水中混合均匀,加入氢氟酸反应,得到反应液;
(4)将步骤(1)中的碳酸钾溶液加入步骤(3)的反应液中反应至pH为6-7,得到浆体;
(5)将浆体干燥、磨粉、过200目筛得到所述铝钎剂;
所述步骤(1)中,碳酸钾与水的重量比为1:2;所述步骤(2)中,碳酸铯与水的重量比为1:2;所述步骤(3)中,氢氧化铝与水的重量比为1:2;所述步骤(2)中氢氟酸溶液中氢氟酸与碳酸铯的物质的量比为2:1。
实施例2
所述铝钎剂包括如下质量百分含量的成分:氟化铯1.8%,氟化钾47.3%,氟化铝50.9%。
按照铝钎剂中CsF、KF和AlF3的组成比例,换算为碳酸铯、碳酸钾、氢氧化铝和氟化氢的质量比为1.93:56.27:27.57:37.75;本实施例所述碳酸铯的质量为1.93g,碳酸钾的质量为56.27g,氢氧化铝的质量为27.57g,氟化氢的质量为37.75g;将氟化氢配置为质量百分含量为30%的氟化氢水溶液;所述步骤(2)中氢氟酸溶液中氢氟酸与碳酸铯的物质的量比为2:1。
所述铝钎剂的制备方法与实施例1相同。
实施例3
所述铝钎剂包括如下质量百分含量的成分:氟化铯2.5%,氟化钾43.9%,氟化铝53.6%。
按照铝钎剂中CsF、KF和AlF3的组成比例,换算为碳酸铯、碳酸钾、氢氧化铝和氟化氢的质量比为2.68:52.23:29.03:37.70;本实施例所述碳酸铯的质量为2.68g,碳酸钾的质量为52.23g,氢氧化铝的质量为29.03g,氟化氢的质量为37.70g;将氟化氢配置为质量百分含量为30%的氟化氢水溶液;所述步骤(2)中氢氟酸溶液中氢氟酸与碳酸铯的物质的量比为2:1。
所述铝钎剂的制备方法与实施例1相同。
实施例4
所述铝钎剂包括如下质量百分含量的成分:氟化铯2.7%,氟化钾44.0%,氟化铝53.3%。
按照铝钎剂中CsF、KF和AlF3的组成比例,换算为碳酸铯、碳酸钾、氢氧化铝和氟化氢的质量比为2.90:52.34:28.87:37.73;本实施例所述碳酸铯的质量为2.90g,碳酸钾的质量为52.34g,氢氧化铝的质量为28.87g,氟化氢的质量为37.73g;将氟化氢配置为质量百分含量为30%的氟化氢水溶液;所述步骤(2)中氢氟酸溶液中氢氟酸与碳酸铯的物质的量比为2:1。
所述铝钎剂的制备方法与实施例1相同。
实施例5
所述铝钎剂包括如下质量百分含量的成分:氟化铯3.4%,氟化钾41.1%,氟化铝55.5%。
按照铝钎剂中CsF、KF和AlF3的组成比例,换算为碳酸铯、碳酸钾、氢氧化铝和氟化氢的质量比为3.65:48.89:30.06:37.744;本实施例所述碳酸铯的质量为3.65g,碳酸钾的质量为48.89g,氢氧化铝的质量为30.06g,氟化氢的质量为37.744g;将氟化氢配置为质量百分含量为30%的氟化氢水溶液;所述步骤(2)中氢氟酸溶液中氢氟酸与碳酸铯的物质的量比为2:1。
所述铝钎剂的制备方法与实施例1相同。
实施例6
所述铝钎剂包括如下质量百分含量的成分:氟化铯4.0%,氟化钾40.3%,氟化铝55.7%。
按照铝钎剂中CsF、KF和AlF3的组成比例,换算为碳酸铯、碳酸钾、氢氧化铝和氟化氢的质量比为4.29:47.94:30.17:37.63;本实施例所述碳酸铯的质量为4.29g,碳酸钾的质量为47.94g,氢氧化铝的质量为30.17g,氟化氢的质量为37.63g;将氟化氢配置为质量百分含量为30%的氟化氢水溶液;所述步骤(2)中氢氟酸溶液中氢氟酸与碳酸铯的物质的量比为2:1。
所述铝钎剂的制备方法与实施例1相同。
实施例7
所述铝钎剂包括如下质量百分含量的成分:氟化铯1.0%,氟化钾48.5%,氟化铝50.5%。
按照铝钎剂中CsF、KF和AlF3的组成比例,换算为碳酸铯、碳酸钾、氢氧化铝和氟化氢的质量比为1.07:57.70:27.35:37.90;本实施例所述碳酸铯的质量为1.07g,碳酸钾的质量为57.70g,氢氧化铝的质量为27.35g,氟化氢的质量为37.90g;将氟化氢配置为质量百分含量为40%的氟化氢水溶液;所述步骤(2)中氢氟酸溶液中氢氟酸与碳酸铯的物质的量比为2:1。
所述铝钎剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)将碳酸钾溶于水形成碳酸钾溶液;
(2)将碳酸铯溶于水,再加入氢氟酸反应得到产物A;
(3)将步骤(2)的产物A和氢氧化铝在水中混合均匀,加入氢氟酸反应,得到反应液;
(4)将步骤(1)中的碳酸钾溶液加入步骤(3)的反应液中反应至pH为6-7,得到浆体;
(5)将浆体干燥、磨粉、过200目筛得到所述铝钎剂;
所述步骤(1)中,碳酸钾与水的重量比为1:3;所述步骤(2)中,碳酸铯与水的重量比为1:2;所述步骤(3)中,氢氧化铝与水的重量比为1:3。
对比例1
所述铝钎剂包括如下质量百分含量的成分:氟化铯4.2%,氟化钾40.6%,氟化铝55.2%。
按照铝钎剂中CsF、KF和AlF3的组成比例,换算为碳酸铯、碳酸钾、氢氧化铝和氟化氢的质量比为4.5:48.3:29.9:38.45;本对比例所述碳酸铯的质量为4.5g,碳酸钾的质量为48.3g,氢氧化铝的质量为29.9g,氟化氢的质量为38.45g;将氟化氢配置为质量百分含量为30%的氟化氢水溶液;所述步骤(2)中氢氟酸溶液中氢氟酸与碳酸铯的物质的量比为2:1。
所述铝钎剂的制备方法与实施例1相同。
对比例2
所述铝钎剂包括如下质量百分含量的成分:氟化铯0.8%,氟化钾48.6%,氟化铝50.6%。
按照铝钎剂中CsF、KF和AlF3的组成比例,换算为碳酸铯、碳酸钾、氢氧化铝和氟化氢的质量比为0.86:57.82:27.41:37.95;本对比例所述碳酸铯的质量为0.86g,碳酸钾的质量为57.82g,氢氧化铝的质量为27.41g,氟化氢的质量为37.95g;将氟化氢配置为质量百分含量为30%的氟化氢水溶液;所述步骤(2)中氢氟酸溶液中氢氟酸与碳酸铯的物质的量比为2:1。
所述铝钎剂的制备方法与实施例1相同。
试验例1
测试样品:实施例1-7、对比例1-2所制备的铝钎剂和市售共晶钎剂;所述市售共晶钎剂由质量百分含量为45.8%氟化钾和54.2%氟化铝。
测试方法:将0.06g测试样品堆放在40mm×40mm×0.8mm的6063铝板上,用氢气火焰加热,加热时间为45秒,观察测试样品在6063铝板上去膜能力和流动性,所述6063铝板中镁含量为0.45-0.9%。
表1实施例1~7、对比例1~2和市售共晶钎剂所述铝钎剂的去膜能力和流动性测试
Figure BDA0003093433550000081
从表1可以看出,本发明所述铝钎剂随着铯含量的增加,在6063铝板上的去膜能力加强,同时,流动性减弱;但铯含量增加过多,将对焊接带来不利影响。
试验例2
测试样品:实施例1-7、对比例1-2所制备的铝钎剂和市售共晶钎剂。
测试方法:(1)将测试样品与去离子水按照测试样品与去离子水质量的百分比为1:19调成浆状钎剂;(2)将浆状钎剂喷淋在铝制热交换器的波纹片(材质:6063)上,在氮气保护气氛,在连续隧道炉中焊接铝制热交换器,检测焊后的有效焊点率和试漏率。
表2实施例1~7、对比例1~2和市售共晶钎剂所述铝钎剂焊接铝制热交换器性能测试
有效焊点率(%) 试漏率(%) 是否可满足生产要求
实施例1 100 0 满足
实施例2 100 0 满足
实施例3 100 0 满足
实施例4 100 0 满足
实施例5 100 0 满足
实施例6 100 0 满足
实施例7 100 0 满足
对比例1 63.2 45.7
对比例2 45.6 53.2
市售共晶钎剂 21.3 >80
从表2可以看出,本发明的铝钎剂随着铯含量的增加,所述铝钎剂焊接铝制热交换器有效焊点率增加,试漏率降低,铯含量过多或过低,将导致所述铝钎剂焊接铝制热交换器的有效焊点率降低,试漏率增加,不满足生产要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种铝钎剂,其特征在于,所述铝钎剂的成分包括CsF、KF和AlF3;所述CsF、KF和AlF3的质量百分比为CsF:KF:AlF3=1.0~4.0:40.3~48.5:50.5~55.7。
2.如权利要求1所述的铝钎剂,其特征在于,所述CsF、KF和AlF3的质量百分比为CsF:KF:AlF3=2.7:44.0:53.3。
3.如权利要求1所述的铝钎剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将钾成分溶于水形成钾成分溶液;
(2)将铯成分溶于水形成铯成分溶液,再加入氢氟酸溶液反应完全得到产物A;
(3)将步骤(2)的产物A和铝成分在水中混合均匀,加入氢氟酸溶液反应完全,得到反应液;
(4)将步骤(1)中的钾成分溶液加入步骤(3)的反应液中反应至pH为6-7,得到浆体;
(5)将浆体干燥、磨粉、过筛得到所述铝钎剂。
4.如权利要求3所述的铝钎剂的制备方法,其特征在于,所述铯成分为碳酸铯;所述钾成分为碳酸钾;所述铝成分为氢氧化铝。
5.如权利要求4所述的铝钎剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,氢氟酸溶液中氢氟酸与铯成分的物质的量比为2:1。
6.如权利要求3所述的铝钎剂的制备方法,其特征在于,所述氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分含量为30%-40%。
7.如权利要求3所述的铝钎剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,钾成分与水的重量比为1:2-3;所述步骤(2)中,铯成分与水的重量比为1:2;所述步骤(3)中,铝成分与水的重量比为1:2-3。
8.如权利要求3所述的铝钎剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)中,浆体干燥的温度为250℃。
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第04期: "氟铝酸铯-氟铝酸钾铝钎剂的合成", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

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