CN116240484A - 一种铝铜复合焊接材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝铜复合焊接材料的制备方法，包括以下步骤：在铝合金基材表面采用等离子喷涂的方法依次喷涂第一合金层和第二合金层，所述第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：50%～60%纯铝粉末、20%～30%纯铜粉末和10%～20%的氧化铜粉末，所述第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%～80%的纯铜粉末、10%～20%的铜锡合金粉末和5%～20%的铜锌合金粉末，所述第一合金层与铝合金基材质量比为2～3：1，所述第二合金层与铝合金基材质量比为2～3：1。本发明制得的焊接材料用于铜、铝异种金属焊接可获得较高抗拉强度的焊接接头。

Description

一种铝铜复合焊接材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种焊接材料制备方法，特别是一种铝铜复合焊接材料的制备方法。
背景技术
铝合金材料轻质，是一种广泛应用的材料之一。铜合金材料导电导热性好，广泛应用于热交换器、电力、仪器仪表等工业领域。为实现环保设备轻量化并保证环保设备安全及性能，可以考虑将铝铜混合使用，但是目前铝铜异种材料的焊接制造过程困难，且接头处容易断裂，连接难度大，会直接降低接头的性能。
现有技术中，主要是用钎焊、超声波焊接、搅拌摩擦焊接等工艺实现铜铝板材的焊接连接，接头强度从20MPa到40MPa，采用含Zn的铝钎料进行激光焊接连接时部分可达到100MPa。公开号为CN101972902A的中国专利则公开了一种铜铝焊接用铝合金焊料，其由铝、硅、镁、铜或锗、锂或铋或锑元素组成的合金，合金熔融后制成箔带材以便于焊接使用，使得焊接后接头抗弯强度达到母材水平。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种铝铜复合焊接材料的制备方法，保证应用于铝板和铜板异种材料焊接后接头具有较高的抗拉强度。
本发明技术方案如下：一种铝铜复合焊接材料的制备方法，包括以下步骤，在铝合金基材表面采用等离子喷涂的方法依次喷涂第一合金层和第二合金层，所述第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：50%～60%纯铝粉末、20%～30%纯铜粉末和10%～20%的氧化铜粉末，所述第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%～80%的纯铜粉末、10%～20%的铜锡合金粉末和5%～20%的铜锌合金粉末，所述第一合金层与铝合金基材质量比为2～3：1，所述第二合金层与铝合金基材质量比为2～3：1。
本发明内层喷涂粉末主要为铝粉，与基材铝板结合性能更好，同时添加一定量的铜粉和氧化铜粉末，外层的铜能与之结合更好。从铝合金基材到铜过渡，铝的含量逐渐减少，铜的含量逐渐增加，使得二者结合紧密。
进一步地，所述第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成： 60%纯铝粉末、30%纯铜粉末和10%的氧化铜粉末，所述第二合金层的喷涂料中铜锡合金粉末与铜锌合金粉末质量比为1：1。采用该组成的合金层喷涂料，最终焊接得到的接头的抗拉强度最佳。
进一步地，所述纯铝粉末、纯铜粉末、氧化铜粉末、铜锡合金粉末和铜锌合金粉末的粒径为10nm～100nm。
进一步地，所述铝合金基材为3003或者6061铝合金。
进一步地，所述铝合金基材在进行等离子喷涂前进行清洗和喷砂处理，去除表面油污等杂物，确保表面干净。
进一步地，为了防止在该焊接材料剪切使用时合金层与基材的开裂分离，所述铝合金基材表面喷涂第一合金层和第二合金层后进行热处理，所述热处理是进行在温度为200～250℃，保温4～5个小时后以5～10℃/min速率冷却。
本发明与现有技术相比的优点在于：
采用本发明方法制得的铝铜复合焊接材料可用于铜、铝异种金属的焊接，获得的焊接接头抗拉强度较高，能保证接头完整致密，无裂纹等缺陷。本发明制备方法过程简单、成分易于控制。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
将原料准备：3003铝合金基材、6061铝合金基材以及50～100nm粒径的纯铝粉末、纯铜粉末、氧化铜粉末、铜锡合金粉末（青铜粉末）和铜锌合金粉末（黄铜粉末）。
实施例1
铝铜复合焊接材料的制备步骤为：在3003铝合金基材表面采用喷砂处理并以丙酮清洗干净，以氩气作为运载气体采用等离子喷涂的方法在铝合金基材依次喷涂第一合金层和第二合金层，其中第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：50%纯铝粉末、30%纯铜粉末和20%的氧化铜粉末，第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%的纯铜粉末、20%的铜锡合金粉末和20%的铜锌合金粉末，第一合金层、第二合金层与铝合金基材质量比为都为2：1。喷涂后的多层合金在250℃保温4小时后以10℃/min速率冷却至常温。采用2mm厚度的5052铝合金与H62黄铜板材进行焊接实验，试制好铝铜复合焊接材料后直接剪成条状，送入氩弧焊电弧中，采用氩弧焊接方法进行焊接，最后测得接头抗拉强度为84MPa。
实施例2
铝铜复合焊接材料的制备步骤为：在3003铝合金基材表面采用喷砂处理并以丙酮清洗干净，以氩气作为运载气体采用等离子喷涂的方法在铝合金基材依次喷涂第一合金层和第二合金层，其中第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：55%纯铝粉末、30%纯铜粉末和15%的氧化铜粉末，第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%的纯铜粉末、20%的铜锡合金粉末和20%的铜锌合金粉末，第一合金层、第二合金层与铝合金基材质量比为都为3：1。喷涂后的多层合金在250℃保温4小时后以10℃/min速率冷却至常温。采用2mm厚度的5052铝合金与H62黄铜板材进行焊接实验，试制好铝铜复合焊接材料后直接剪成条状，送入氩弧焊电弧中，采用氩弧焊接方法进行焊接，最后测得接头抗拉强度为123MPa。
实施例3
铝铜复合焊接材料的制备步骤为：在3003铝合金基材表面采用喷砂处理并以丙酮清洗干净，以氩气作为运载气体采用等离子喷涂的方法在铝合金基材依次喷涂第一合金层和第二合金层，其中第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：55%纯铝粉末、25%纯铜粉末和20%的氧化铜粉末，第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%的纯铜粉末、20%的铜锡合金粉末和20%的铜锌合金粉末，第一合金层、第二合金层与铝合金基材质量比为都为3：1。喷涂后的多层合金在250℃保温4小时后以10℃/min速率冷却至常温。采用2mm厚度的5052铝合金与H62黄铜板材进行焊接实验，试制好铝铜复合焊接材料后直接剪成条状，送入氩弧焊电弧中，采用氩弧焊接方法进行焊接，最后测得接头抗拉强度为131MPa。
实施例4
铝铜复合焊接材料的制备步骤为：在3003铝合金基材表面采用喷砂处理并以丙酮清洗干净，以氩气作为运载气体采用等离子喷涂的方法在铝合金基材依次喷涂第一合金层和第二合金层，其中第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%纯铝粉末、30%纯铜粉末和10%的氧化铜粉末，第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%的纯铜粉末、20%的铜锡合金粉末和20%的铜锌合金粉末，第一合金层、第二合金层与铝合金基材质量比为都为2.5：1。喷涂后的多层合金在200℃保温5小时后以5℃/min速率冷却至常温。采用2mm厚度的5052铝合金与H62黄铜板材进行焊接实验，试制好铝铜复合焊接材料后直接剪成条状，送入氩弧焊电弧中，采用氩弧焊接方法进行焊接，最后测得接头抗拉强度为151MPa。
实施例5
铝铜复合焊接材料的制备步骤为：在3003铝合金基材表面采用喷砂处理并以丙酮清洗干净，以氩气作为运载气体采用等离子喷涂的方法在铝合金基材依次喷涂第一合金层和第二合金层，其中第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%纯铝粉末、30%纯铜粉末和10%的氧化铜粉末，第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：70%的纯铜粉末、20%的铜锡合金粉末和10%的铜锌合金粉末，第一合金层、第二合金层与铝合金基材质量比为都为2.5：1。喷涂后的多层合金在200℃保温5小时后以5℃/min速率冷却至常温。采用2mm厚度的5052铝合金与H62黄铜板材进行焊接实验，试制好铝铜复合焊接材料后直接剪成条状，送入氩弧焊电弧中，采用氩弧焊接方法进行焊接，最后测得接头抗拉强度为98MPa。
实施例6
铝铜复合焊接材料的制备步骤为：在3003铝合金基材表面采用喷砂处理并以丙酮清洗干净，以氩气作为运载气体采用等离子喷涂的方法在铝合金基材依次喷涂第一合金层和第二合金层，其中第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%纯铝粉末、30%纯铜粉末和10%的氧化铜粉末，第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：75%的纯铜粉末、20%的铜锡合金粉末和5%的铜锌合金粉末，第一合金层、第二合金层与铝合金基材质量比为都为2.5：1。喷涂后的多层合金在200℃保温5小时后以5℃/min速率冷却至常温。采用2mm厚度的5052铝合金与H62黄铜板材进行焊接实验，试制好铝铜复合焊接材料后直接剪成条状，送入氩弧焊电弧中，采用氩弧焊接方法进行焊接，最后测得接头抗拉强度为117MPa。
实施例7
铝铜复合焊接材料的制备步骤为：在3003铝合金基材表面采用喷砂处理并以丙酮清洗干净，以氩气作为运载气体采用等离子喷涂的方法在铝合金基材依次喷涂第一合金层和第二合金层，其中第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%纯铝粉末、30%纯铜粉末和10%的氧化铜粉末，第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：80%的纯铜粉末、10%的铜锡合金粉末和10%的铜锌合金粉末，第一合金层、第二合金层与铝合金基材质量比为都为2.5：1。喷涂后的多层合金在200℃保温5小时后以5℃/min速率冷却至常温。采用2mm厚度的5052铝合金与H62黄铜板材进行焊接实验，试制好铝铜复合焊接材料后直接剪成条状，送入氩弧焊电弧中，采用氩弧焊接方法进行焊接，最后测得接头抗拉强度为156MPa。另外采用2mm厚度的6061铝合金与H62黄铜板材进行焊接实验，最后测得接头抗拉强度为132MPa。
实施例8
铝铜复合焊接材料的制备步骤为：在6061铝合金基材表面采用喷砂处理并以丙酮清洗干净，以氩气作为运载气体采用等离子喷涂的方法在铝合金基材依次喷涂第一合金层和第二合金层，其中第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%纯铝粉末、30%纯铜粉末和10%的氧化铜粉末，第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：80%的纯铜粉末、10%的铜锡合金粉末和10%的铜锌合金粉末，第一合金层、第二合金层与铝合金基材质量比为都为2.5：1。喷涂后的多层合金在200℃保温5小时后以5℃/min速率冷却至常温。采用2mm厚度的5052铝合金与H62黄铜板材进行焊接实验，试制好铝铜复合焊接材料后直接剪成条状，送入氩弧焊电弧中，采用氩弧焊接方法进行焊接，最后测得接头抗拉强度为135MPa。
对比例为2mm厚度的5052铝合金与H62黄铜板材采用激光焊接填充Zn-15%Al钎料进行激光钎焊，最后测得接头抗拉强度为120MPa。
通过上述实施例和对比例的结果可以看出，本发明得到的焊接材料进行铝铜异种金属焊接时焊接接头可获得较高的抗拉强度，并且可采用不同的铝合金基材通过本方法的制备，获得的铝铜复合焊接材料焊条均可用于不同成分的铝合金和铜合金的电弧焊接。

Claims (6)

1.一种铝铜复合焊接材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在铝合金基材表面采用等离子喷涂的方法依次喷涂第一合金层和第二合金层，所述第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：50%～60%纯铝粉末、20%～30%纯铜粉末和10%～20%的氧化铜粉末，所述第二合金层的喷涂料由以下质量比组分组成：60%～80%的纯铜粉末、10%～20%的铜锡合金粉末和5%～20%的铜锌合金粉末，所述第一合金层与铝合金基材质量比为2～3：1，所述第二合金层与铝合金基材质量比为2～3：1。
2.根据权利要求1所述的铝铜复合焊接材料的制备方法，其特征在于，所述第一合金层的喷涂料由以下质量比组分组成： 60%纯铝粉末、30%纯铜粉末和10%的氧化铜粉末，所述第二合金层的喷涂料中铜锡合金粉末与铜锌合金粉末质量比为1：1。
3.根据权利要求1所述的铝铜复合焊接材料的制备方法，其特征在于，所述纯铝粉末、纯铜粉末、氧化铜粉末、铜锡合金粉末和铜锌合金粉末的粒径为10nm～100nm。
4.根据权利要求1所述的铝铜复合焊接材料的制备方法，其特征在于，所述铝合金基材为3003或者6061铝合金。
5.根据权利要求1所述的铝铜复合焊接材料的制备方法，其特征在于，所述铝合金基材在进行等离子喷涂前进行清洗和喷砂处理。
6.根据权利要求1所述的铝铜复合焊接材料的制备方法，其特征在于，所述铝合金基材表面喷涂第一合金层和第二合金层后进行热处理，所述热处理是进行在温度为200～250℃，保温4～5个小时后以5～10℃/min速率冷却。
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