CN113814514A - 一种锌合金的无钎剂钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钎焊方法领域，具体涉及一种锌合金的无钎剂钎焊方法。该锌合金的无钎剂钎焊方法包括以下步骤：将锌合金棒待焊部位和与锌合金棒相配合的锌合金底座安装孔的待焊面分别热涂装一层Sn‑Zn钎料层；将锌合金棒装入锌合金底座的安装孔，二者紧密配合；对待焊部位加热使钎料层熔化为钎料液，然后使锌合金棒绕自身轴线旋转，促进所述钎料液破膜、扩散，停止旋转，钎料液凝固形成钎缝，完成钎焊。本发明中，在锌合金棒与锌合金底座的待焊面预制钎料层，钎料层熔化成金属液后，锌合金棒低速旋转破膜、促使钎料液扩散形成钎缝，实现了锌合金大气环境下的无钎剂钎焊；该方法所获接头中夹杂、气孔缺欠少，钎缝致密度高，接头强度高。

Description

一种锌合金的无钎剂钎焊方法

技术领域

本发明属于钎焊方法领域，具体涉及一种锌合金的无钎剂钎焊方法。

背景技术

锌合金尤其是变形锌合金具有优良的综合性能，在某些领域成为铜合金的理想替代品，在电子通讯、卫浴、五金建筑、机电等行业具有广阔的应用前景。

目前，锌合金的钎焊一般用低温软钎料(如Sn-Zn、Sn-Ag、Sn-Bi等)配合低温腐蚀钎剂或有机软钎剂进行钎焊。然而，低温软钎剂大多含有氯化锌、氯化铵、氟化钠等腐蚀性强成分，其残渣难清除、易腐蚀母材基体，致使钎焊构件的可靠性差。而有机软钎剂的腐蚀性小，但有机软钎剂的成分大多是三乙醇胺、氟硼酸锌、氟硼酸铵等，钎焊时易分解产生大量气体，用于锌合金钎焊(特别是盲孔接头)时，钎缝中易产生大量马蜂窝状气孔，严重影响接头的强度和寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锌合金的无钎剂钎焊方法，实现锌合金件的高可靠、高致密的无钎剂钎焊。

为实现上述目的，本发明的锌合金的无钎剂钎焊方法的技术方案是：

一种锌合金的无钎剂钎焊方法，锌合金棒插入锌合金底座安装孔内并利用钎焊形成接头，包括以下步骤：

(1)将锌合金棒待焊部位和与锌合金棒相配合的锌合金底座安装孔的待焊面分别热涂装一层Sn-Zn钎料层；

(2)将步骤(1)处理后的锌合金棒装入锌合金底座的安装孔，二者紧密配合；

(3)对待焊部位加热使钎料层熔化为钎料液，然后使锌合金棒绕自身轴线旋转，促进所述钎料液破膜、扩散，停止旋转，钎料液凝固形成钎缝，完成钎焊。

本发明的锌合金的无钎剂钎焊方法，在锌合金棒与锌合金底座的待焊面预制钎料层，装配固定，钎料层熔化成金属液后，锌合金棒低速旋转破膜、促使钎料液扩散形成钎缝，实现了锌合金大气环境下的无钎剂钎焊；该方法所获接头中夹杂、气孔缺欠少，钎缝致密度高，接头强度高。

所述锌合金为变形锌合金或铸造锌合金。

Sn-Zn钎料(当锌成分达一定范围时)具有与锌合金相同物理属性，可免钎剂使锡锌钎料热浸涂到锌合金表面。优选的，步骤(1)中，所述钎料层由以下组分组成：Zn 28.0～35份、Sn 65～72份。在常规Sn-Zn共晶钎料的基础上提高Zn含量(使钎料主组元尽量与母材成分相同)，可增加钎料在锌合金上的浸润性能，达到免钎剂热浸涂的作用，且不影响钎焊接头强度。

优选的，步骤(1)中，所述热涂装时，将锌合金棒和锌合金底座预热到120～150℃。

更优选的，骤(1)中，所述钎料层的厚度为8～20μm。浸涂钎料层的厚度与金属液的温度和浸涂的时间有关。同样浸涂时间，金属液温度越高，钎料层越薄，同样金属液温度，浸涂时间越长，钎料层越厚。可根据钎焊需要，通过实验确定最佳的钎料层厚度。

优选的，步骤(3)中，所述旋转的时间为15～20s。所述旋转的速度为60～80r/min。

优选的，步骤(3)中，所述旋转是将锌合金棒连接到旋转机构上，由所述旋转机构带动锌合金棒绕自身轴线旋转。通过钻床或其他旋转机构使锌合金棒低速旋转，可以破除钎料液表面氧化膜，加速钎料液的扩散和浸润作用，从而实现锌合金无钎剂钎焊。

优选的，步骤(3)中，所述加热是将锌合金底座置于加热平台上，利用加热平台对锌合金底座加热。

优选的，步骤(3)中，所述加热的温度为280～350℃。

优选的，所述热涂装为热浸涂或热刷涂，包括将锌合金棒待焊部位浸入钎料金属液中进行所述热浸涂，以及将钎料金属液通过所述热刷涂涂覆在锌合金底座安装孔的待焊面上。

本发明无需用钎剂，钎缝中无钎剂残留，更不会有钎剂分解所产生的气孔、夹杂，可在大气环境下实现锌合金的钎焊，不污染环境，绿色环保。另外，锌合金棒的旋转作用不但可以破膜促流，一定程度上还加速钎料液中溶入气泡的悬浮排除，进一步起到排渣除气作用，所获锌合金钎缝致密、强度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明的钎焊结构装配示意图；

图1中：1-钻床夹头，2-锌合金棒，3-锌合金棒钎料涂覆层，4-锌合金底座钎料涂覆层，5-锌合金底座，6-加热平台；

图2为现有技术有钎剂钎焊的宏观接头(a)和微观形貌(b)；

图3为本发明无钎剂钎焊的宏观接头(a)和微观形貌(b)。

具体实施方式

本发明主要提供一种锌合金的无钎剂钎焊方法。借助锌合金与锡锌钎料(当锌成分达一定范围时)二者具有相同物理属性，可免钎剂使锡锌钎料热浸涂到锌合金表面，再利用本发明中锌合金棒旋转破膜、加速扩散，实现锌合金件的高可靠、高致密的无钎剂钎焊。

铝合金底座上的安装孔可以为盲孔或者贯穿孔，以下主要以盲孔为例进行说明。安装孔为贯穿孔时，可增加一垫板封堵安装孔一侧，阻止钎焊时钎料溢出即可。

本发明进行钎焊时的钎焊结构装配示意图如图1所示。

图1中，利用钻床夹头1夹紧锌合金棒2，带动锌合金棒2绕其自身轴线进行旋转。锌合金棒2的下端部涂覆有锌合金棒钎料涂覆层3。锌合金底座5上设置有与锌合金棒2的下端部相配合的盲孔，在盲孔内涂覆有锌合金底座钎料涂覆层4。锌合金底座5设置于加热平台6上。

上述锌合金的无钎剂钎焊方法，包括以下步骤：

步骤一、将钎料金属置于石墨坩埚内加热、熔化成金属液，同时将锌合金棒和锌合金底座在加热平台上预热到120～150℃；

步骤二、先将锌合金棒浸入钎料液，热浸涂一层钎料，然后将钎料液滴入锌合金底座盲孔，用不锈钢刷子刷涂均匀；

步骤三、将热浸涂钎料层的锌合金棒固定在钻床的夹孔，锌合金底座放在加热平台上，同时使锌合金棒插入盲孔，二者紧配合；

步骤四、启动加热平台，加热至280～350℃时，钎料层熔化成金属液，打开钻床开关，转速为60～80r/min，旋转15～20S，钎料液破膜、扩散；

步骤五、关闭钻床、停止电源，钎料液凝固形成钎缝，完成钎焊。

步骤三的紧配合指，锌合金棒的钎料层与锌合金底座盲孔的钎料层紧密接触(装配过程不破坏或少破坏各自的钎料层；单边间隙10-30μm或零间隙)，以尽可能减少空气的引入，在步骤四中，进一步通过锌合金棒的旋转破膜，排渣除气。

下面结合附图和具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。以下锌合金中，是以型号为ZZnAl6Cu1(简称ZA6-1)的锌合金为例进行说明。

一、锌合金的无钎剂钎焊方法的具体实施例

实施例1

本实施例的锌合金的无钎剂钎焊方法，包括以下步骤：

(1)将钎料金属置于石墨坩埚内加热、熔化成金属液，同时将锌合金棒和锌合金底座在加热平台上预热到120℃；钎料金属由以下重量份的组分组成：Zn 28.0份、Sn 72份。

(2)先将锌合金棒浸入钎料液，热浸涂一层钎料，然后将钎料液滴入锌合金底座盲孔，用不锈钢刷子刷涂均匀；控制锌合金棒钎料涂覆层、锌合金底座钎料涂覆层的厚度均为8μm。在锌合金棒热浸涂、钛合金底座热刷涂过程中无需用钎剂。

(3)将热浸涂钎料层的锌合金棒固定在钻床的夹孔，锌合金底座放在加热平台上，同时使锌合金棒插入盲孔，二者紧配合。

(4)启动加热平台，加热至280℃时，钎料层熔化成金属液，打开钻床开关，转速为60r/min，旋转20s，钎料液破膜、扩散。

(5)关闭钻床、停止电源，钎料液凝固形成钎缝，完成钎焊。

实施例2

本实施例的锌合金的无钎剂钎焊方法，与实施例1的实施过程基本相同，区别仅在于：

步骤(1)中，钎料金属由以下重量份的组分组成：Zn 30.0份、Sn 70份。预热的温度为130℃。

步骤(2)中，控制锌合金棒钎料涂覆层、锌合金底座钎料涂覆层的厚度均为10μm。

步骤(4)中，加热的温度为300℃，转速为65r/min，旋转时间为18s。

实施例3

本实施例的锌合金的无钎剂钎焊方法，与实施例1的实施过程基本相同，区别仅在于：

步骤(1)中，钎料金属由以下重量份的组分组成：Zn 32.0份、Sn 68份。预热的温度为130℃。

步骤(2)中，控制锌合金棒钎料涂覆层、锌合金底座钎料涂覆层的厚度均为12μm。

步骤(4)中，加热的温度为310℃，转速为70r/min，旋转时间为17s。

实施例4

本实施例的锌合金的无钎剂钎焊方法，与实施例1的实施过程基本相同，区别仅在于：

步骤(1)中，钎料金属由以下重量份的组分组成：Zn 34.0份、Sn 66份。预热的温度为140℃。

步骤(2)中，控制锌合金棒钎料涂覆层、锌合金底座钎料涂覆层的厚度均为15μm。

步骤(4)中，加热的温度为330℃，转速为75r/min，旋转时间为16s。

实施例5

本实施例的锌合金的无钎剂钎焊方法，与实施例1的实施过程基本相同，区别仅在于：

步骤(1)中，钎料金属由以下重量份的组分组成：Zn 35.0份、Sn 65份。预热的温度为150℃。

步骤(2)中，控制锌合金棒钎料涂覆层、锌合金底座钎料涂覆层的厚度均为20μm。

步骤(4)中，加热的温度为350℃，转速为80r/min，旋转时间为15s。

以上实施例中，钎料金属中Zn含量较常规Sn-Zn共晶钎料含量高，能够增加钎料在锌合金上的浸润性能，实现免钎剂热涂装(浸涂或刷涂)，并且不影响接头强度。如使用常规Sn-Zn系钎料，则无法进行无钎剂热浸涂，所得热浸涂的涂层不均匀，易氧化分层、剥落。

二、实验例

实验例1

本实验例采用实施例1的钎料配合有机软钎剂(由82％三乙醇胺、10％氟硼酸锌和8％氟硼酸铵组成)进行锌合金的传统有钎剂感应钎焊，另外采用实施例1的钎焊方法进行锌合金金的无钎剂钎焊，对比两种接头的宏观接头和微观形貌，结果如图2和图3所示。

由图2和图3可知，与有钎剂钎焊的钎缝相比，无钎剂钎焊所获得锌合金钎缝中的夹杂和气孔较少、接头致密度高。

实验例2

本实验例对比有钎剂钎焊(同实验例1)和实施例1～5五种无钎剂钎焊接头的抗拉强度，选直径Φ5mm的锌合金棒与边长20mm的锌合金立方块(锌合金立方块一面设有盲孔Φ5.1mm×5mm)，进行钎焊试验，钎焊后，将锌合金棒露出端加工螺纹，拧入带同样内螺纹的铸铁块，铸铁块与锌合金块尺寸大小一致，方便组合成拉伸试验件，然后按照GB/T 11363-2008的规定测试接头的拉伸剪切强度，测试结果见下表1。

表1钎缝的拉伸剪切强度

由表1可以看出，无钎剂钎焊锌合金接头的平均剪切强度值均高于有钎剂钎焊所获得接头的剪切强度。这是因为，有钎剂钎焊时，钎缝内部有较多钎剂分解产生的气孔、夹杂等缺欠，实际钎着率较低，导致接头强度较低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种锌合金的无钎剂钎焊方法，其特征在于，锌合金棒插入锌合金底座安装孔内并利用钎焊形成接头，包括以下步骤：

(1)将锌合金棒待焊部位和与锌合金棒相配合的锌合金底座安装孔的待焊面分别热涂装一层Sn-Zn钎料层；

(2)将步骤(1)处理后的锌合金棒装入锌合金底座的安装孔，二者紧密配合；

(3)对待焊部位加热使钎料层熔化为钎料液，然后使锌合金棒绕自身轴线旋转，促进所述钎料液破膜、扩散，停止旋转，钎料液凝固形成钎缝，完成钎焊。

2.如权利要求1所述的锌合金的无钎剂钎焊方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钎料层由以下组分组成：Zn 28.0～35份、Sn 65～72份。

3.如权利要求1所述的锌合金的无钎剂钎焊方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热涂装时，将锌合金棒和锌合金底座预热到120～150℃。

4.如权利要求1或3所述的锌合金的无钎剂钎焊方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钎料层的厚度为8～20μm。

5.如权利要求1所述的锌合金的无钎剂钎焊方法，其特征在于，步骤(3)中，所述旋转的时间为15～20s。

6.如权利要求1或5所述的锌合金的无钎剂钎焊方法，其特征在于，步骤(3)中，所述旋转的速度为60～80r/min。

7.如权利要求1或2或3或5所述的锌合金的无钎剂钎焊方法，其特征在于，步骤(3)中，所述旋转是将锌合金棒连接到旋转机构上，由所述旋转机构带动锌合金棒绕自身轴线旋转。

8.如权利要求1所述的锌合金的无钎剂钎焊方法，其特征在于，步骤(3)中，所述加热是将锌合金底座置于加热平台上，利用加热平台对锌合金底座加热。

9.如权利要求1或8所述的锌合金的无钎剂钎焊方法，其特征在于，步骤(3)中，所述加热的温度为280～350℃。

10.如权利要求1或2或3所述的锌合金的无钎剂钎焊方法，其特征在于，所述热涂装为热浸涂或热刷涂，包括将锌合金棒待焊部位浸入钎料金属液中进行所述热浸涂，以及将钎料金属液通过所述热刷涂涂覆在锌合金底座安装孔的待焊面上。

Images