CN1206642A

CN1206642A - 铝基自钎钎料及其制备方法

Info

Publication number: CN1206642A
Application number: CN 98102253
Authority: CN
Inventors: 张少明; 朱学新; 徐柱天; 郭宏; 石力开; 李永伟; 贺会军; 李可平; 王磊; 张曙光
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 1999-02-03

Abstract

本发明涉及用于铝合金母材真空钎焊的急冷铝基自钎钎料及其制法。本发明的自钎钎料为箔状,含有硅、自钎元素、稀土元素及余量铝。其制法是将配料于750—900℃进行熔炼,于700—850℃的温度下保温后,使熔体浇铸到高速旋转的带水冷的冷却辊上,形成钎料箔。本产品具有自钎功能,具有良好的润湿性和瞬间流动性,焊接力强,可冲剪出各种形状。本法生产出的钎料箔组织精细,成分均匀,工艺流程短,生产成本低。

Description

铝基自钎钎料及其制备方法

本发明涉及铝件钎接用的铝基自钎钎料及其制法，更具体地说是用于铝合金母材真空钎焊的急冷铝基自钎钎料及其制法。

中国专利文献CN1136488A报道了一种复合钎料及其制造方法。该复合钎料由三层结构组成，其二外层为一种银钎料合金，其成分(重量％)为Ag48～50，Cu18．0～28．0，Zn20～21．0，Mn2．0～8．0，Ni0．3～5．0，其熔化温度为670～690℃，所说的复合钎料的芯层为一种铜基合金，其成分(重量％)为Mn1．0～3．0，Cu余量，在所说的铜基合金中还可以选择添加Ni0．5-1．0，Zn0．5-1．0中之一种或二种，且二者之和为1．0～1．5。上述的复合钎料的制造方法是，首先将三层结构进行复合轧制，随后进行扩散焊接热处理，最后进行精轧，得到总厚度0．3±0．05mm的复合钎料带，该复合钎料带可用于硬质合金和钢钎接。但不能用于铝件的钎接，而且其厚度也较厚，工艺复杂。

铝合金的钎焊对焊料的要求很高，这不仅因为铝合金的表面极易形成氧化膜，影响钎焊时钎料的流动性，同时还因为铝合金在焊接时极易烧损。所以在钎焊铝件时要严格控制钎焊温度，否则将引起母材性能的恶化甚至使零件报废。如果钎焊温度太低又使钎料不能实现有效的漫流，从而影响焊接质量。若采用低熔点的铝钎料又会降低钎缝的机械性能。轧制出来的铝焊料无法理想地调和这些矛盾。所以希望研制出一种新型的焊料，使其熔点相对较低，而其焊接强度却比轧制的铝焊料要高。另外，轧制的铝钎料由于轧制过程中需要加润滑剂，而且加工工序较长，故杂质含量升高，影响钎缝性能，且在使用前需清洗，增加了使用成本并延长了工期。再者，当硅含量较高时，因材料脆性增加已无法轧制成箔带状的形式，限制了铝钎料的应用。

在航空、航天、军工、电子工业等领域中的许多产品都要求钎焊具有高精度、高可靠性等特点，使用轧制的铝钎料往往难以满足这些要求，因而迫切要求有一种具有较强的焊接能力，同时又能提高钎缝的可靠性并保证钎焊精度的新型钎料。

本发明的目的就在于研制出一种具有优异的焊接能力、成本低的新型急冷铝基自钎钎料箔。

本发明的另一个目的是研究出制备上述的新型急冷铝基自钎钎料箔的方法。

本发明的一种铝基自钎钎料，为箔状，这种钎料箔的成分，重量百分比，下同，为硅(Si)5～25，自钎元素0．05～5．0，稀土元素(RE)0．05～2．5，余量为铝，是采用平面流铸法制备而成。

上述的一种铝基自钎钎料其成分，重量百分比，硅为5～25，又以8～25，自钎元素0．5～2为佳。

所说的自钎元素为镁(Mg)、铋(Bi)、镁和铋的混合物其中的一种。镁和铋的混合物可以是任意重量比的混合物。自钎元素就是本身起钎剂作用的元素。自钎元素的作用：一方面是在钎焊时破碎、还原氧化膜，提高钎料的漫流性，故可不用钎剂进行真空钎焊，这样可以提高钎缝的纯度，进而提高了钎缝的机械性能等，另一方面可以细化钎料组织，提高钎料的韧性和可加工性等。

所说的稀土元素(RE)为镧(La)、铈(Ce)、镧和铈的混合物、富镧混合稀土、富铈混合稀土、富镧混合稀土与富铈混合稀土的混合物其中的一种。镧与铈的混合物可以是它们任意的重量比的混合物。富镧混合稀土与富铈混合稀土的混合物也可以是它们任意重量比的混合物。富镧混合稀土、富铈混合稀土为市售产品，它们所含各稀土元素的重量百分数的波动对本发明的产品影响不大。加入稀土元素的作用是可提高钎料的塑性和强度，在改善钎缝性能的同时又可改善钎料合金在制箔过程中的成形性能，对提高钎料箔的表面质量有积极的作用。

本发明的铝基自钎钎料为箔状，这种钎料箔的厚度为5-150μm，钎料箔的厚度的公差小于等于±10μm，其厚度的公差又以小于等于±5μm为佳。本发明的产品铝基自钎钎料箔的宽度为5～200mm，钎料箔的宽度的公差为小于等于±0．5mm，又以其宽度的公差为小于等于±0．25mm为好。

为了方便使用本发明的产品钎料箔可以加工成圆形、环形、矩形以及其它各种形状。

本发明的一种铝基自钎钎料的制备方法，为平面流铸法，首先按以下成分，重量百分比，硅5～25，自钎元素0．05～5．0，稀土元素(RE)0．05～2．5，余量为铝，进行配料；将配好的料置于熔炼炉的熔炼坩埚中，于750～900℃的温度下进行熔炼，将熔炼好的熔体转至中间包中的坩埚中，于700～850℃的温度下进行保温后，使熔体浇铸到高速旋转的带水冷的冷却辊上，熔体被冷却辊拉薄，并迅速固化成钎料箔；在上述的整个工艺过程中完全在保护气体中进行。

在上述的配料中以硅8～25，自钎元素0．5～2为佳。

所说的自钎元素为镁、铋、镁和铋的混合物其中的一种，镁和铋的混合物可以是任意重量比的混合物。所说的稀土元素为镧、铈、镧和铈的混合物、富镧混合稀土、富铈混合稀土、富镧混合稀土与富铈混合稀土的混合物其中的一种。镧和铈的混合物可以是它们任意的重量比的混合物。富镧混合稀土和富铈混合稀土的混合物也可以是它们任意重量比的混合物。

在熔炼过程中，将配好的料置于熔炼炉的熔炼坩埚中，于750～900℃的温度下进行熔炼20-100分钟为好。将熔炼好的熔体转至中间包中的坩埚中，于700～850℃的温度下进行保温5-30分钟后，再进行下一道工序为宜。保温后，拔起塞杆，使熔体浇铸到高速旋转的带水冷的冷却辊上，高速旋转的带水冷的冷却辊的旋转的线速度为10-25m／sec，冷却水的温度为15-30℃。

在制备本发明的铝基自钎钎料的整个工艺过程中完全在保护气体中进行，所用的保护气体为惰性气体或还原性气体。所说的惰性气体为氩气、氦气其中的一种气体。所用的还原性气体为氢气、一氧化碳其中的一种。所用的氩气、氦气、氢气、一氧化碳其中的一种气体的压力为1×10⁵～1．5×10⁵Pa。

所用的熔炼炉为中频感应炉。用平面流铸法制备急冷铝基钎料箔带的示意图如图1所示。按钎料箔的成分(重量百分比)进行配料，将配好的料置于中频感应炉中的熔炼坩埚11中。在熔炼坩埚11的外壁有中频线圈12，于750～900℃的温度下进行熔炼20-100分钟，将熔炼好的熔体转至中间包4中的坩埚3中，于700～850℃温度下进行保温5-30分钟，再进行下一道工序。中间包中设有塞杆1，将流嘴6堵住，还设有热电偶及套管2，用以测量熔体5的温度。在中间包4中的坩埚3中，于700～850℃的温度下进行保温5-30分钟后，拔起塞杆1，使熔体5通过流嘴6浇铸到高速旋转的带水冷的冷却辊7上，高速旋转的带水冷的冷却辊7的旋转的线速度为10-25m／sec，冷却水的温度为15-30℃，熔体5被冷却辊7拉薄，并迅速固化成急冷铝基自钎钎料箔带8，再以启带装置9将钎料箔启下，用清扫轮10进行清扫。在上述的整个过程中完全在保护气氛中进行，所用的保护气氛如上所述。

本发明的铝基自钎钎料的优点就在于：

1．本发明的铝基自钎钎料为急冷铝基自钎钎料箔，具有自钎功能，在钎焊过程中可有效地破碎氧化膜；由于其组织呈热力学非稳状态，所以加剧了熔化过程中原子的扩散，因此具有良好的润湿性和瞬时流动性，同时其熔点也比铸态时有所降低，因此具有较好的焊接性能，提高了焊接质量，在实施钎焊时可不用钎剂。由于本发明的产品钎料箔采用平面流铸法制备而成，其组织具有典型的快速凝固特征，其冷速较高，不低于10⁵K／S，达到微晶甚至非晶态，具有比非快速凝固法制备的同成分晶态钎料更低的熔点，焊接能力强。本发明的钎料箔组织精细成分均匀，纯度高可减少钎焊时对环境的污染，对保护环境具有积极意义。

2．由于本发明的钎料箔具有较好的润湿性，可使钎缝间隙进一步减小，不仅提高了焊接能力，而且还可以节省钎料并实现钎料用量的准确控制。

3．本发明的急冷铝基自钎钎料箔比轧制的铝基钎料更适合用于大面积钎缝，长钎缝，极窄钎缝和复杂钎缝的焊接，能确保钎缝没有虚焊等缺陷。

4．由于本发明的钎料箔具有较好的韧性，可冲剪出圆形、环形、矩形及其他形状以供使用。

5．由于本发明的钎料箔组织精细、成分均匀，杂质及有害物质含量少，可提高钎缝的致密度，改善纤缝组织并提高其强度、抗热疲劳性能和抗腐蚀性等。

6．由于本发明的钎料箔因熔点比其铸态时有所降低，故可降低钎焊时所需的加热温度并缩短了加热时间，因此能最大限度地减轻焊接加热时对母材性能的影响，提高焊接的可靠性，有利于保证焊件的尺寸精度。由于本发明的钎料箔的具有的这些特点，它不仅适用于普通的铝钎焊，更适合于高技术领域中要求精度高、高可靠性的精密焊接和薄壁件、粉末冶金零件等的焊接。

本发明的铝基自钎钎料的制备方法的优点是：

1．由于本发明的方法采用了平面流铸法，使得所生产的产品钎料箔组织精细，成分均匀，杂质及有害物质含量少且均匀，提高了钎缝的致密度。

2．由于采用了平面流铸法，使得本发明的钎料箔可降低由于硅含量的升高而带来的脆性的增加，大大改善了钎料合金的韧性，可冲剪成圆形、环形、矩形以及其他形状以供使用。而采用轧制的方法很难，甚至无法将与本发明成份的钎料合金制备成箔带状

3．本发明的方法加工工艺流程短，生产周期短，生产成本低。

图1 用平面流铸法制备急冷铝基自钎钎料箔带示意图

图中，1为塞杆，2为热电偶及套管，3为坩埚，4为中间包，5为熔体，6为流嘴，7为冷却辊，8为急冷铝基自钎钎料箔带，9为启带装置，10为清扫轮，11为熔体坩埚，12为中频线圈。

图2 用平面流铸法制备的急冷铝基自钎钎料箔带实物照片

图3急冷AlSi_12．6Mg_1．8RE_0．1自钎钎料箔纵断面金相组织(1000X)

用德国制Neophot-2光学金相显微镜进行的观测

图4急冷AlSi_12．6Mg_1．8RE_0．1自钎钎料箔X射线衍射分析图谱

图中横坐标为θ角，纵坐标为CPS

所用的仪器为荷兰Philips AppiD全自动X射线衍射线测定的。

以下用实施例对本发明作进一步的说明，将有助于对本发明的产品和产品的制备方法及其优点作进一步的理解，本发明的保护范围不受这些实施例的限定，本发明的保护范围由权利要求书决定。

实施例1

本实施例的一种急冷铝基自钎钎料为箔状。生产出的钎料箔的成分，重量百分比，为硅12．6，镁1．8，富镧混合稀土0．1，铝为85．4。制备出的箔带的厚度为55±5μm，宽度20±0．2mm。用平面流铸法制成。

本实施例的急冷铝基自钎钎料箔的制备方法，为平面流铸法，按配料成分，重量百分比，为硅12．6，镁1．9，富镧混合稀土0．1，铝为85．4进行配料。所用的富镧混合稀土的的成分，重量百分数，为镧51．6，铈29．3，镨12．7，钕4．8，余量为其他稀土元素及微量非稀土元素杂质。

将配好的料置于中频感应炉中的熔炼坩埚11中。在熔炼坩埚11的外壁有中频线圈12，于850℃的温度下进行熔炼40分钟，将熔炼好的熔体转至中间包4中的坩埚3中，于780℃的温度下进行保温20分钟后，拔去塞杆1，使熔体5通过流嘴6浇铸到高速旋转的带水冷的铜合金冷却辊7上(见图1)，高速旋转的带水冷的冷却辊7的旋转的线速度为14．5m／sec。冷却水的温度为22．5±2．5℃。制备出的钎料箔带厚55±5μm，宽20±0．2mm(该尺寸指除去箔带头部和尾部的中间部分的尺寸，以下同)的急冷铝基自钎钎料箔带，AlSi_12．6Mg_1．8RE_0．1自钎钎料箔带(见图2)。整个制带过程完全在氩气的气氛的保护下进行，氩气的压力为1．1×10⁵Pa。该钎料箔连续、无孔洞，两边平齐，表面质量极好，其表面光滑、平展，厚度较为均匀。该钎料箔韧性很好，可进行冲剪加工。本实施例中的急冷钎料箔组织精细(其金相组织见图3)，纯度高，成分均匀，没有偏析(通过扫描电镜能谱分析的结果得知)。通过差热分析表明，该钎料箔的熔点比其铸态降低了11℃左右；通过X射线衍射分析(见图4)表明，该钎料箔的相结构较为单一，原来在铸态中存在的某些相结构在该钎料箔中已不复存在。这表明由于冷速提高，该钎料合金的固溶度可以得到明显的提高

实施例2

其操作方法及设备基本同实施例1，唯不同的是生产出的钎料箔的成分，重量百分比，为硅15．0，镁0．6，铋1．6，富铈混合稀土0．5，铝为82．3。用平面流铸法制成。制备出的钎料箔带的厚度为60±8μm，宽度20±0．25mm的表面质量高，尺寸稳定的高质量急冷铝基自钎钎料箔，具有和实施例1中的钎料箔相似的优点。

其制法与实施例1不同处是，按配料成分，重量百分比，为硅15．0，镁0．8，铋1．7，富铈混合稀土0．5，余量为铝为82．0进行配料。所用的富铈混合稀土的的成分，重量百分数，为镧31．2，铈49．6，镨11．8，钕4．9，余量为其他稀土元素及微量非稀土元素杂质。于900℃的温度下进行熔炼，熔炼35分钟，在中间包4的坩埚3中，于810℃的温度下保温25分钟后，浇铸到高速旋转的带水冷的冷却辊7上，高速旋转的带水冷的冷却辊7的旋转的线速度为13．7m／sec，冷却水的温度为为22．5±2．5℃。

实施例3

其操作方法及设备基本同实施例2，唯不同的是，所加入的稀土元素的重量百分数为0．5，所加入的稀土元素为富镧混合稀土和富铈混合稀土的混合物，富镧混合稀土的成分同实施例1，富铈混合稀土的成分同实施例2，富镧混合稀土与富铈混合稀土的重量比为1∶1。

实施例4

其操作方法及设备基本同实施例1，唯不同的是所用的稀土元素为纯镧，金属镧的纯度为99．5％。

实施例5

其操作方法和设备基本同实施例1，唯不同的是所用的稀土元素为纯铈，金属铈的纯度为99．5％。

Claims

1．一种铝基自钎钎料，其特征是，为箔状，这种钎料箔的成分，重量百分比，下同，为硅5～25，自钎元素0．05～5．0，稀土元素0．05～2．5，余量为铝，用平面流铸法制成。

2．根据权利要求1的一种铝基自钎钎料，其特征是，硅为8～25。

3．根据权利要求1的一种铝基自钎钎料，其特征是，自钎元素为0．5～2。

4．根据权利要求1或3的一种铝基自钎钎料，其特征是，所说的自钎元素为镁、铋、镁和铋的混合物其中的一种。

5．根据权利要求1的一种铝基自钎钎料，其特征是，所说的稀土元素为镧、铈、镧和铈的混合物、富镧混合稀土、富铈混合稀土、富镧混合稀土与富铈混合稀土的混合物其中的一种。

6．根据权利要求1的一种铝基自钎钎料，其特征是，钎料箔的厚度5～150μm。

7．根据权利要求6的一种铝基自钎钎料，其特征是，钎料箔的厚度的公差小于等于±10μm。

8．根据权利要求7的一种铝基自钎钎料，其特征是，钎料箔的厚度的公差小于等于±5μm。

9．根据权利要求1的一种铝基自钎钎料，其特征是，钎料箔的宽度为5-200mm。

10．根据权利要求9的一种铝基自钎钎料，其特征是，钎料箔的宽度的公差小于等于±0．5mm。

11．根据权利要求10的一种铝基自钎钎料，其特征是，钎料箔的宽度的公差小于等于±0．25mm。

12．一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，

1)为平面流铸法，

2)按以下成分，重量百分比，硅5-25，自钎元素0．05～5．0，稀土元素0．05-2．5，余量为铝，进行配料，

3)将配好的料置于熔炼炉的熔炼坩埚中，于750～900℃的温度下进行熔炼，

4)将熔炼好的熔体转至中间包中的坩埚中，于700-850℃的温度下进行保温后，使熔体浇铸到高速旋转的带水冷的冷却辊上，熔体被冷却辊拉薄，迅速固化成钎料箔，

5)在上述的整个工艺过程中完全在保护气体中进行。

13．根据权利要求12的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，配料中硅8～25。

14．根据权利要求12的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，自钎元素为0．5～2。

15．根据权利要求12或14的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，所说的自钎元素为镁、铋、镁和铋的混合物其中的一种。

16．根据权利要求12的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，所说的稀土元素为镧、铈、镧和铈的混合物、富镧混合稀土、富铈混合稀土、富镧混合稀土与富铈混合稀土的混合物其中的一种。

17．根据权利要求12的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，将配好的料置于熔炼炉的熔炼坩埚中，于750-900℃的温度下进行熔炼20-100分钟。

18．根据权利要求12的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，将熔炼好的熔体转至中间包中的坩埚中，于700-850℃的温度下进行保温5-30分钟。

19．根据权利要求12的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，高速旋转的带水冷的冷却辊的旋转的线速度为10-25m／sec。

20．根据权利要求12或19的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，冷却水的温度为15-30℃。

21．根据权利要求12的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，所用的保护气体为惰性气体或还原性气体。

22．根据权利要求21的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，惰性气体为氩气、氦气其中的一种，所用的还原性气体为氢气、一氧化碳其中的一种。

23．根据权利要求22的一种铝基自钎钎料的制备方法，其特征是，氩气、氦气、氢气、一氧化碳其中的一种气体的压力为1×10⁵～1．5×10⁵Pa。