CN1211484A - 钎焊铝合金的粉末组合物和用该粉末组合物的钎焊方法 - Google Patents

Abstract

一种含有单一粉末或混合粉末的钎焊粉,该粉末是由Al、Si和Zn中的一种或多种元素组成,并且其总量具有Al－Si－Zn过共晶合金的成分。该钎焊粉含有大于15%但高达60%(重量)Si和5%～30%(重量)Zn。该钎焊粉还可含有与上述组合物混成浆料形式的钎焊助剂、粘结剂树脂、和溶剂。所得混合物的涂料可涂覆在铝或铝合金制的物品表面,这些物品如机械组件等,将该物品加热使该物品表面熔化,由此形成含Zn层。然用钎焊法将该物品钎焊。

Description

钎焊铝合金的粉末组合物 和用该粉末组合物的钎焊方法

本发明涉及一种用于焊接如铝合金或铝制机械零件、元件、部件等物品的钎焊粉末组合物，以及一种使用这种钎焊粉末组合物焊接这类零件的方法。一种可能的应用是制造热交换器组件。

作为钎焊连接一个或多个铝或铝合金制物品的方法，使用粉末状的钎焊料，并将钎焊料涂覆在待连接的物品之连接表面上。典型的例子公开在US3971501中，其中的钎焊粉可以使用，而不受或很少受接合点的形状、形式等的限制，甚至可容易地应用于使用现有技术中任何钎焊料都难以处理的某些物品中，如复杂构形的物件。在这方面，上述美国专利引起广泛注意。

上述专利所公开的钎焊粉使用了Al-Si共晶合金，其熔点低于被钎焊连接的铝或铝合金部件的熔点。为了改进接合点的耐蚀性，另一份专利文献US5547517中公开了一种含有Al-Si共晶合金和少量Zn的钎焊粉。另一专利US5251374公开了一种含有Al-Si合金粉和Zn粉混合物的钎焊粉。在US5547517中的钎焊粉含有最多5％(重量)加入其中的Zn，而US5251374中的钎焊粉含有最多3％(重量)混合的Zn。与这两份专利相反的是日本专利申请平7-314177A(现已公开)，该申请提出了一种由含10-50％(重量)Zn的Al-Si-Zn合金组成的钎焊粉。另一日本专利申请平7-88689A公开了一种含有不大于20重量份Zn的钎焊组合物。

应指出的是，在钎焊组合物中的Zn组分的熔点低于Al-Si合金组分的熔点，因而在钎焊过程中Zn会较快地熔化。因此，Zn倾向于涂覆区域流向形成焊缝的区域，并且Zn在此处富集。因此，Zn不能对Zn已流走的涂覆区域部分提供满意的耐蚀性，因为其Zn含量低。作为另一种方法，可以提供含更多Zn的钎焊组合物。在这种情况下，在形成焊缝区域内Zn的含量为大于所需量的高浓度。当出现这种情况时，Zn的作用显著，这可能会使Zn侵蚀焊缝及其它。因此，对耐蚀性有不利影响。

如所述的，含Zn的钎焊粉末组合物不能提令人满意的耐蚀性。例如，在安装于汽车中的且必须满足高耐蚀性需要的热交换器中，预先热喷涂Zn以在钎焊连接的铝零件表面上形成Zn涂层。特别地，欧洲专利申请公开EP0140267A中公开了一种包括形式Zn沉积层的工艺。但应指出的是该工艺包括较多步骤，增加了制造成本。

为了用钎焊方法在两个具有大空隙的部件间进行连接，例如热交换器组件中的管与联管箱之间的连接，或者为了需要形成大的焊缝的连接，用于钎焊的钎焊粉的用量明显增加，因此用于涂覆的钎焊粉量也相应增加。对于增加的涂料，需要几次涂覆，因为一次涂覆所得到的涂覆量是有限的(例如流涂)。这样增加涂覆步骤会增大制造成本。一般地，钎焊粉是贵重的，所以钎焊粉用量增加使物料成本增加。

本发明申请的发明人研究了与现有技术钎焊粉相关的问题，并且发现当使用包括过共晶Al-Si合金的钎焊粉时，基体金属在钎焊过程中被侵蚀(熔化)，并且被侵蚀的基体金属部分与涂覆的钎焊粉涂层一起提供钎焊作用。之后，本发明人发现钎焊粉的用量可以减少，因而涂覆次数也可减少，并同时保持良好的可钎焊性。两份公开的专利申请文献PCT国际公开WO94/29072和日本专利公开平8-511201A公开了含有较多Si的钎焊料组合物，但未公开该过共晶合金可提供类似如上所述的结果。

也需指出的是，当Al-Si过共晶合金用作钎焊料时，Si会结晶出来，结晶的Si会由于阴极作用引起局部腐蚀或引起会形成凹坑的其它腐蚀。这种腐蚀会降低钎焊接合点中或已涂覆钎焊粉的涂层区域中的耐蚀性。为避免这种问题，必须进行多个步骤，以形成所述的Zn涂层。

由于这些问题，常规的钎焊粉是不经济的。

鉴于上述问题以及为解决这些问题，本发明的一个目的是提供一种新的钎焊粉以及一种改进的钎焊方法，其中钎焊接合点的耐蚀性可以提高，而不需任何复杂的过多的步骤。

本发明的另一目的是提供一种新的钎焊粉以及一种改进的方法，其中上述目的可以获得而不必增加钎焊粉用量，并且该钎焊工艺可以在减小钎焊粉用量下进行。

本发明包括一种钎焊铝合金粉末组合物。

具体地，在该铝合金钎焊粉末组合物的第一个实施方案中，它由一种或多种粉末料组成，该粉末料基本上由一种或多种选自Al、Si和Zn的元素组成，并且所述一种或多种粉末料的总量具有由Al-Si-Zn组成的过共晶合金成分。

在该钎焊铝合金粉末组合物的第二个实施方案中，它包括一种或多种粉末料，其中全部粉末料基本上由大于15至高达60％(重量)Si和5-30％(重量)Zn组成。

在该钎焊铝合金粉末组合物的第三个实施方案中，它包括一种或多种选自Al-Si合金粉、Al-Si-Zn合金粉、Al-Zn合金粉、Si或Si合金粉、以及Zn或Zn合金粉的粉末料。

在该钎焊铝合金粉末组合物的第四个实施方案中，它含有两种或多种比重不同的金属粉，对于金属粉之间的比重比值为2或更大情况来说，其中比重小的金属粉的平均颗粒尺寸大于比重大的金属粉的平均颗粒尺寸。

在该钎焊铝合金粉末组合物的第五个实施方案中，它含有平均颗粒尺寸为1-100μm的Si粉和平均颗粒尺寸为1-50μm的Zn粉，其中Si粉的平均颗粒尺寸大于Zn粉平均颗粒尺寸。

在该钎焊铝合金粉末组合物的第六个实施方案中，它含有一种或多种由Al-Si-Zn三元过共晶合金粉和Si粉混合物组成的粉末料，

在该钎焊铝合金粉末组合物的第七个实施方案中，它含有一种或多种粉末料，它由Al-Si-Zn三元过共晶粉和Si粉混合物组成，所述Al-Si-Zn三元过共晶合金的成分为13-45％(重量)Si、6-35％(重量)Zn以及平衡量的Al和不可避免的杂质。

在该钎焊铝合金粉末组合物的第八个实施方案中，它含有一种或多种粉末料，它由Al-Si-Zn三元过共晶粉和Si粉混合物组成，其中Al-Si-Zn三元过共晶合金粉的平均颗粒尺寸为5-100μm而Si粉平均颗粒尺寸为1-50μm，前者的平均颗粒尺寸大于后者的。

在该钎焊铝合金粉末组合物的第九个实施方案中，它含有一种或多种粉末料，还含有加入的钎焊助剂。

本发明还包括一种钎焊方法，该方法使用上述实施方案中的任种钎焊铝合金粉末组合物进行钎焊。

具体地，在该方法的一个实施方案中，该方法用于钎焊作为待钎焊物品的铝或铝合金零件、元件、部件等类似物(下面称作“铝物品”)，该方法包括将任何一种上述钎焊粉的涂料涂覆在铝合金物品的表面，将涂覆的涂料以及涂有该涂料的铝物品表面部分熔化，再使熔化的物料凝固，由此将铝物品钎焊并在该铝物品表面形成含Zn的层。

在该方法的第二个实施方案中，还包括在涂覆钎焊铝合金粉涂料之前在钎焊铝合金粉中加入钎焊助剂、粘结剂树脂和溶剂并将其混合成浆料形式的步骤。

在该方法的第三个实施方案中，还包括在纤焊之前在铝物品表面上形成含Zn层的步骤。

本发明人发现通过在过共晶Al-Si合金中加入Zn可明显提高耐蚀性，而不必增加钎焊粉的用量，这与常规的含Zn钎焊粉不同，常规含Zn钎焊粉中的Zn对改进耐蚀性没有好的作用。本发明基于该发现。

应理解的是，该钎焊粉必须含有作为其总量一部分的预定量的Si，以使其成为过共晶。因为Si的共晶点受其他组分含量的影响，该含量不是唯一确定的。例如，含有大于15％(重量)的特定的Si可使该钎焊粉变成过共晶。当该过共晶钎焊粉含有过量Si时，Si在钎焊过程中倾向于扩散进入铝物品中，这降低了该物品的熔点并由此使物品一部分熔化(被侵蚀)。物品的熔化部分与涂覆的钎焊粉涂料一起流动，填充连接处的空隙或形成焊缝。该物品的部分可形成部分的涂覆的钎焊料，并且一起提供纤焊所需的钎焊粉量。因此，用于涂覆的钎焊粉总量可以减少。然而应指出的是，如果钎焊粉含有较少的使钎焊粉共晶或共晶的Si，则不能提供物品的熔化作用。

为了提供上述熔化作用，Si含量优选20％或更多。更优选的为25％或更多。

如果钎焊粉含有过量的Si,Si会更容易地侵蚀到物品深处，并从物品上去除某些部分，从而使这些部分变得非常薄。这使接合点的强度低。另外，会腐蚀造成穿孔。这造成了有关强度和耐蚀性问题。特别地，由于钎焊粉含Zn,Zn被大部分地引入由Si引起的物品的侵蚀区，还会促进侵蚀作用。如果钎焊粉含60％或更多Si，该钎焊料的熔点会高达1150℃。这会难以制造钎焊粉。为此原因，Si含量优选为60％或以下，更优选为50％或以下，最优选45％或以下。

应注意的是，因为过共晶粉起作用使涂有钎焊粉涂料的基体金属部分熔化，含于钎焊粉中的Zn会更容易地扩散到基体金属的熔化部分中。这使Zn在熔化的基体金属部分中的浓度增加，结果在钎焊粉涂覆部分表面上形成含Zn层，该层含有高浓度的Zn，且有小的浓度差。还注意到Zn从含Zn层较深地扩散入基体金属中。结果是钎焊粉涂覆部分包括含Zn层以及Zn扩散层。该Zn扩散层可以延伸至一定的深度，在此处富含Zn，足以抵抗任何腐蚀。这消除了常规钎焊粉的问题，在常规钎焊粉中，可以得到最初的最佳耐蚀性，但这随时间而逐渐降低。

还应指出的是，以形成焊缝的形式流动的熔融的焊缝在流动过程中也会侵蚀基体金属的新的部分。因此，在熔融的焊缝中的Zn伴随减少而被稀释。因而，流动的熔融焊缝含有低浓度的Zn，在焊缝中的Zn浓度小于钎焊粉涂覆部分中的Zn浓度。依据现有技术，在焊缝中的Zn浓度较高，这使焊缝易被腐蚀。最终散热片可能会被拆卸。依据本发明，避免了这种情况。当焊逢中的Zn浓度低于钎焊粉涂覆部分中的Zn浓度时，它也会作为牺牲阳极，从而改善焊缝的耐蚀性。

对于含有足够量Zn的钎焊粉涂覆的部分，所发生的腐蚀类型是全面腐蚀，可防止腐蚀发展到深处。因此，可以提供改善的耐蚀性。

由于钎焊过共晶合金粉作用于被钎焊的物品使部分物品变成熔融的焊缝，则熔融焊缝的量大于涂覆的粉末涂料的量。如果Zn含量低，并当被稀释时，不能提供最佳的耐蚀性。为此原因，总的Zn量优选为大于5％。

为了相同原因，Zn量优选为8％或更多。更优选为10％或更多，最优选为15％或更多。

如果Zn量过多，涂覆粉末涂料的物品以较高速度被侵蚀，降低了耐蚀性。因此，优选的是Zn的总量为30％或以下，更优选为25％或以下，以重量百分数计。

本发明人已发现由两种或多种不同元素和/或合金组成的粉末混合物可以提供与使用单一上述过共晶Al-Si-Zn合金所提供的结果相同的结果。对于总用量，该粉末混合物可以等于过共晶Al-Si-Zn合金，并可使用上述限定的Si和Zn的含量值。该粉末组合物可以包括两种或多种选自粉末形式的Al-Si合金、Al-Si-Zn合金、Al-Zn合金、Si或Si合金、Zn或Zn合金的物料。应指出的是，当从上述物料中选定特定的金属或合金时，金属或合金的成分以及各种不同物料的混合比率都是没有限制的，但可以是变化的。重要的是应等于包括任何所需成分的过共晶Al-Si-Zn合金，以总量考虑。为了保证涂覆的钎焊粉涂料能提供熔化作用以及粉能更均匀地熔化。所希望的是上述Al-Si合金或Al-Si-Zn合金是过共晶的。为此原因，当选择上述物料时，所希望的是包括这些合金中的至少一种。

应指出的是当Al-Si合金或Al-Si-Zn合金是过共晶的时，在这些合金任一种中的Si含量可以等于对上述Al-Si-Zn合金所确定的Si含量。

对于Zn含量的下限，可以等于对过共晶Al-Si-Zn合金所确定的Zn含量，而对其上限，优选为30％，更优选为20％，因为当Zn含量更高时当其溶解时会显著地氧化所含的锌，使其较变成氧化锌，造成钎焊料中的固溶量减少。这使生产过程困难。通过含有所需量的Zn或补充粉末Zn量可以含有较多的Zn。

具有从上述观点考虑而确定的成分的钎焊粉组合物可以通过下述方法制造，这些方法是利用研磨机等的机械粉碎法、水喷雾法、雾化法、离心喷射法、以及物化粉碎法如凝结法、热分解法、还原法、沉积法、置换法、电解法、合金分解法、有机溶剂法等。然后将所得粉末调整至合适的颗粒尺寸(例如1-100μm)。如果颗粒尺寸过大，则用钎焊粉末组合物涂覆的涂层厚度易不均匀。这使产品尺寸产生太大的改变，并易造成较差的钎焊性。

在调整颗粒尺寸中，如果该混合物粉末含有Si，所希望的是Si粉末颗粒尺寸小于其他元素粉末的颗粒尺寸。这是因为Si粉侵蚀被钎焊物的侵蚀性更强，并且当Si颗粒尺寸较小时，Si可以均匀地扩散入该混合物粉末中，这可以降低Si粉对钎焊物品的局部侵蚀。以此方式，Si造成的侵蚀可以是均匀且较轻的。

特别地，当混合粉包括Si粉和其他元素粉时，其他元素的平均颗粒尺寸优选为5-100μm，而Si粉的平均颗粒尺寸为1-50μm，并应比其他粉的平均颗粒尺寸小。

更优选地，其他元素粉的平均颗粒尺寸为10-70μm,Si粉的平均颗粒尺寸为1-30μm,Si粉的平均颗粒尺寸小于其他粉的平均颗粒尺寸是优选的。最优选地，其他元素的平均颗粒尺寸为15-40μm,Si粉的平均颗粒尺寸小于其他粉的平均颗粒尺寸。

如上述所确定的平均颗粒尺寸也适用于由Al-Si-Zn三元过共晶合金粉和Si粉组成的混合物。

如果在以两种或多种粉的混合物形式的钎焊粉组合物中存在金属粉混合物，并且该金属粉混合物中的一种金属的比重是其他金属的两倍或更大时，优选地调整粉末的颗粒尺寸以避免下述问题。即使多种金属粉混合在一起以制备浆料混合物，并且在涂覆之前于搅拌下充分混合，更具体地，具有大比重的金属粉(如Zn)易沉淀，而小比重的金属粉(如Si)易漂浮，这是因为比重依据金属粉种类而变化。因此，不同的金属彼此分离，所以这些金属粉易分层，并且沿垂直方向为不均匀方式存在。如果将这种混合物涂覆在被钎焊物品上，漂浮在浆料中的小比重金属粉被主要地涂覆在被钎焊物品上。除此之外，大比重金属粉当涂覆在被钎焊物品上时易流走，所以小比重金属粉(Si)主要保留在涂覆表面上。因此，涂覆在被钎焊物品表面上的粉末组合物的成分与作为原始粉末混合物成分的预定成分不同，因此对金属粉末混合物所要求的作用如耐蚀性则不会如所期望地发挥出来，这是不利的。

在金属粉之间具有2倍或更大的比重差异的金属粉混合物中，如果这些金属粉具有不同的平均颗粒尺寸，即小比重金属粉的平均颗粒尺寸大于大比重金属粉的平均颗粒尺寸，则可以避免上述现象。

上述限制是针对于比重差异为2倍或更大的情况，其原因是如果比重差异小于2倍，则这种问题出现的频率相当低。在这种情况下，这种限制不是太必要的。甚至在2倍以下，也可能作出这种限制。如果将这种颗粒尺寸的差异规定到大于所必需的程度，则由于易产生稠密的且粗糙的部分而难以进行均匀分散工序。因此，优选地只对比重差异大于2倍或更大的金属粉作出上述限制。当预调整金属粉末使其具有不同的平均颗粒尺寸时，在大尺寸和小尺寸之间进行相对地区分至少是可行的。然而，优选地，小比重金属粉的平均颗粒尺寸与大比重金属粉的平均颗粒尺寸(该尺寸定义为1)之相对比值为1.1-4。这是因为如果比值小于1.1，则不能充分地发挥解决该问题的作用，相反，如果大于4，则易造成粗糙和稠密的部分。为此原因，更优选的是这些平均颗粒尺寸的相对比值为1.2-3。

另外，对颗粒尺寸比值来说，不仅平均颗粒尺寸在上述范围内，而且实际的颗粒尺寸也优选地在该范围内。当组合物中含有比重比值小于2的金属粉时，为了避免粗糙和稠密的部分，其中的两种粉的平均颗粒尺寸相对比值优选地小于1.2，如上所述，Si颗粒尺寸优选地小于其他的比重比值小于2的金属粉的颗粒尺寸。

具有比重比值为2或更大的金属粉包括Si粉和Zn粉。当Si粉的比重与Zn粉的比重相比时，Zn的比重约为Si的3倍。依据本发明，Zn粉的平均颗粒尺寸应大于Si粉的平均颗粒尺寸。在这种情况下，优选地，Si粉的平均颗粒尺寸为1-100μm，而Zn粉的平均颗粒尺寸为1-50μm。对颗粒尺寸作出上述规定的原因在于难以制备颗粒尺寸小于1μm或更小的粉末，并且因为太大的颗粒尺寸会造成用所得钎焊组合物涂覆的涂层厚度不均匀，结果造成产品尺寸变化大，易造成质量差的钎焊。

当需要时，可以通过在任何单一粉末或混合物粉末中加入任何合适的钎焊助剂来得到钎焊粉。可以选择任何合适的混合比。例如，可将1-2重量份的钎焊助剂加到20-1重量份的单一或混合的铝合金粉中。应理解的是，本发明并不限于上述特定的混合比。

可以使用的钎焊助剂包括氟化物如KAlF₄,F₂AlF₅·5H₂O,K₃AlF₆,AlF₃，以及氯化物如NaCl,KCl,LiCl,ZnCl₂。但是，本发明并不限于这几种助剂。

当将任何一种上述钎焊粉的涂料涂覆到被钎焊物品上时，应包括任何合适的起粘结作用的溶剂和/或粘合剂。可用的溶剂包括水、醇(优选为1-8个碳原子的脂族醇)等。

可用的粘合剂包括能较好地粘结粉末并对钎焊接合点质量没有影响的任何粘结剂，如羧基水溶性聚合物，丙烯酸树脂，甲基丙烯酸树脂等。这些溶剂和粘结剂的混合比可根据需要来选择。

将上述的钎焊粉末组合物涂覆到被钎焊物品上。预先将该组合物充分混合并在一起搅拌，然后涂覆在被钎焊物品上。对混合和搅拌的方法没有特别限制，但是，作为例举的方法是使用搅拌叶片的机械搅拌法。在这种搅拌下，可以防止金属粉在钎焊粉末组合物中的不均匀分布并且可使其均匀分散，而且不论金属粉末的种类是什么，这是因为已预先调整了各种不同比重的金属粉末的颗粒尺寸。

将由此得到的并含有任何溶剂和粘合剂的涂料涂覆在被钎焊物品上。可用喷涂法、喷淋法、流涂法、辊涂法、刷涂法、浸涂法等将涂料涂覆。应指出的是本发明不限于这些方法。

用本发明钎焊粉焊接的物品可包括至少一件是由铝或铝合金制成。应指出的是铝合金并不限于特定成分的合金。还指出的是铝或铝合金可以是任何加工方法制得的。含Zn涂层可以形成在铝物品表面。可用任何合适方法形成该含Zn涂层，如金属喷涂或涂覆法以及浸镀法。

涂覆在被钎焊物品上的钎焊粉末组合物可自然干燥以使溶剂干燥。从生产率方面考虑，该组合物优选在加热下干燥。

在钎焊粉末组合物固化后，按常规方法将被纤焊物进行钎焊。

图1是应用本发明的热交换器组件的透视图。

图2是表示在本发明一个实施例中所用的涂覆体系的示意图。

图3是类似于图1的图，放大地表示了热交换器组件的部件，其中在钎焊之前一根管插入了联管箱中。

图4是类似图1的图，放大地表示了热交换器组件的部件，其中该管在与联管箱钎焊后焊接在该联管箱中。

图5是进行钎焊试验的部件的透视图，这些部件是按本发明优选实施方案进行装配的。

图6是类似图5的图，放大地示意了部件的钎焊接合点。

图7是类似图5的图，它是部件钎焊接合点的放大截面图。

图1表明了应用本发明的钎焊组合物和方法的热交换器组件。在下述描述中，存在一些其可能的应用。应理解的是下面的说明仅是例举性的，本发明并不限于这些应用。

该热交换器组件包括联管箱1,1，管2...2，以及波形辐射散热片3...3，这些都是由JIS A3003铝合金制成的。该热交换器组件可通过将这些单独元件组装而装配。当组装这些单独的元件时，可以用本发明的钎焊粉末组合物和方法提供相应的各元件间各接合点，这在下面详述。

将钎焊粉末组合物全部预先制备成Al-Si-Zn过共晶合金，然后雾化粉碎成持定颗粒尺寸，之后涂覆在接合处。

制造该粉的方法没有特别限制，除了雾化外，可用合适的方法如机械粉碎法制造该粉。另外，通过预先调整制备方法的条件或者通过制备后过筛将每种粉末的颗粒尺寸进行满足要求的调整。以此方式，当这些粉末的比重差异例如是两倍或更大时，所制备的小比重粉末的颗粒尺寸比大比重粉末的颗粒尺寸要大。

如果需要，以合适的混合比将粘结剂和溶剂混入粉末中以制备钎焊粉末组合物。

可以使用图2所示的涂覆体系将钎焊粉末组合物涂覆在热交换器组件的管子(被钎焊物品)上。该涂覆体系装有一个盛有钎焊粉末组合物的容器，一个将被钎焊物品引入该钎焊粉末组合物中，并且再将该物品从钎焊粉末组合物的液态表面拉出的输送装置，以及一个安装在钎焊粉末组合物液体表面上方的用于干燥钎焊物品表面的干燥装置。

更具体地，将导出筒11和导入筒21一起安装，在导出筒11上以盘管形式缠绕有用作管的铝合金挤压扁管(被涂覆料)10，导入筒21用于卷绕从导出筒11输送过来的并且涂覆钎焊粉末组合物的挤压扁管10。容器13安装在导出筒11和导入筒21之间，搅拌装置14的搅拌叶片14a安装在容器13内。

除此之外，导辊15安装在导出筒11和容器13之间用于将挤压扁管10引向容器13，导辊16安装在容器13内用于向上输送挤压扁管10，同时将管10保持在容器13内。在导辊16上方，安装有干燥器18，扁管10穿过小导辊17后穿过该干燥器18，小导辊17,17与导辊19一起用于将扁管10导向导入筒21，同时支撑扁管10。这些导辊15,16、17和19一起组成了挤压扁管10的输送装置。

下面说明使用该涂覆体系的涂覆方法。

装入容器13中的钎焊粉组合物25用搅拌机14的搅拌叶片14a搅拌。该钎焊粉末组合物中的各种粉不论其比重之差异而被均匀分散。在此状态，由导出筒11输送的挤压扁管10沿导辊15、16浸入钎焊粉末组合物25中，随后通过将挤压扁管10从钎焊粉末组合物25的液态表面向上拉出，则钎焊粉末组合物25被涂覆在扁管10表面上。通过进一步将扁管10穿过辊17,17而在挤压扁管10表面上均匀地制得涂层后，将涂有钎焊粉末组合物25的表面于干燥器18中在300-500℃热空气流中干燥，之后，将管10通过导辊19缠绕在导入筒21上，从而制得钎焊制品20。

通过涂覆方法，该组合物可被均匀地涂覆在挤压扁管10的表面上，除此之外，作为多种粉末混合物的钎焊粉末组合物可涂覆在扁管10表面上，同时该成分总体上与预先设计的组成成分相同。

该钎焊粉末组合物以其预定组成成分涂覆并固定在钎焊制品20上。因此，钎焊时可得良好的可钎焊性，除此之外，可以绝对地再现所需的性能如耐蚀性，因为这取决于钎焊粉末组合物的组成成分，甚至是钎焊后的。

再次将钎焊制品20从辊上绕开，并作为管件与联管箱一起装配(图中未示出)。

在图3中表示出了在其表面具有钎焊粉25涂层的管2插入在联管箱1的孔4中，该联管箱1的表面也具有钎焊粉25涂层。

然后将包括全部如上处理的接合点的组件于合适气氛中在合适温度下加热，使这些接合点处的钎焊粉25熔化。优选在580℃-620℃范围内加热。在580℃或以下时，粉末25以及被钎焊物品如联管箱等(共同地称作“物品”)自身部分均不会完全熔化，则不能实现焊接。当高于620℃时，则会产生相当程度的侵蚀。在这方面，上述温度范围是所希望的。该组件优选地在该温度范围内保持加热1-10分钟的时间。

图4表明了用本发明的钎焊粉25焊接的联管箱1和管2。由图4可看出，该接合点包括足够量的由此形成的焊缝6。在联管箱1和管2的涂覆有钎焊粉25涂层的各自表面上分别形成了一凝固层1a和2a，该凝固层含有涂覆粉末25，该粉末25曾被熔化而现在凝固了。

含在上述涂覆粉末25中的部分Zn会进入上述接合点中，而剩余部分存在于由涂覆粉末25形成的凝固层1a和2a中，并具有合适且均匀分布的浓度。这会减轻对各自凝固层表面的全面腐蚀，易产生Si的结晶，这可防止能形成点蚀的局部腐蚀或其它腐蚀。结果改善了耐蚀性。应注意的是，含在各自接合点中的部分Zn的浓度低于在涂层中部分Zn的浓度。所以不会观察到Zn部分凝固。

应理解的是，当涂覆本发明的粉末时，基体金属会部分地熔化进入焊缝中，在钎焊完成后使基体金属的厚度减小。因此，本发明特别适合于具有特定厚度的金属板，例如厚度为0.5mm或更厚。但是，应理解的是，本发明并不限于上述特定的那些金属板。还有，本发明不限于上述应用，也可用于其他应用。

进行下述试验以评价本发明的下述不同实施方案的效果。

实施例1

如表1所示，依据本发明提供了几种铝合金粉试样，每一种都含有不同量的Si和Zn(它们的最大颗粒尺寸为75μm，而平均颗粒尺寸为20-30μm)。另外，还提供了由氟化物组成的钎焊助剂和由丙烯酸树脂组成的粘合剂。然后按10∶1∶1的重量比将三者混合得到钎焊粉末。为与这些本发明试样比较，提供了非本发明试样，它们含有Al-Si合金或Al-Si-Zn合金。

使用上述试样来焊接如图5所示的具有倒T构形的两个金属部件，方法是将不同数量的涂料涂覆于这两部位间的空隙中，进行该试验以检查该空隙被填充的如何。具体的，一个金属部件30水平放置，该部件作为对焊金属，是由JIS A 3003铝合金制成的，其尺寸为30mm高，60mm宽，1.5mm厚。另一金属部件31作为基体金属，也是由JISA3003合金制成，高30mm，宽50mm，厚1.0mm。然后用流涂法将本发明试样的涂料涂在基体金属31的两侧。随后，将基体金属部件31按倒T构型放置在对焊金属部件30上，将一直径2.0mm的棒状垫棒32横穿放置在金属部件30的一端。该垫棒32在对焊金属部件30和基体金属部件31之间提供了一小空隙33。

将对焊金属部件30，基体金属部件31和垫棒32于600℃加热5分钟，并在氩气气氛下钎焊。在钎焊过程中，使涂覆的涂料以及部分的基体金属和对焊金属熔化，直至沿30mm的长度(L)将小空隙33填充。由此得到钎焊接合点34。最后，检测实际用于钎焊所涂覆的钎焊粉量。如图6和7所示，也检测在钎焊区域中的最大侵蚀深度(D)。结果列于表1中。

然后将所制得的组件进行CASS试验，其中在50℃的试验温度下将含0.26g/l氯化铜的试验用酸性盐(热至50℃)连续地喷向该组件(480小时)。之后，检查钎焊粉涂覆区域的腐蚀深度，还检测腐蚀类型。也检测焊缝以确定腐蚀类型。结果也列于表1中。

表1

试样号	钎焊粉末*		涂料量	涂层数	应用钎焊的效果			腐蚀焊缝
										Siwt％	Znwt％	(g/m2)		最大侵蚀深度(μm)	最大腐蚀深度(μm)	腐蚀类型	的状态
1234本发明试样 56789101112	161625252530404550506060	5301016252022241625530	200200125125125100706560605555	221111111111	160160180180180200230250270270300300	150901208080707672808015090	全面全面全面全面全面全面全面全面全面全面全面全面	◎△○○○○○○○○◎△
									12非本发明试样345	1010202065	-20340-	35035015015050	33111	100100180180400	35070300250400	点蚀全面点蚀全面点蚀	◎×◎×◎

^*余量：不可避免杂质和铝

(1)腐蚀试验：CASS(铜催化乙酸盐雾试验)

(2)腐蚀焊缝的状态

◎：无腐蚀    ○：轻度    △：腐蚀但未去除焊缝

×：腐蚀严重且焊缝被去除

由表1可清楚地看出，对于含有大于15％(重量)Si的试样，使用较少的涂层数且每层用较少量的粉即可提供好的钎焊接合点(空隙填充的较好)，并且熔化的基体金属量(最大侵蚀深度)可控制到中等程度。特别地，对于含有20-30％(重量)Si的其他试样，最大侵蚀深度相当浅，并可提供好的钎焊接合点。

从表1可看出，对于含有大于60％(重量)Si的试样，最大侵蚀深度较大，意味着基体金属被侵蚀的更深。对于某些具有良好的上述性能且不含或含很少量Zn的其他样品，发现基体金属具有腐蚀产生的点蚀，意味着腐蚀的更深。

对于含有中等数量Zn的其他试样，腐蚀深度明显地变浅。而对于含有太多Zn的其他试样，如含大于30％Zn，它们发生了全面腐蚀并且侵蚀到了基体金属的深处。

由上述说明可理解的是，使用含中等量的Si和Zn的钎焊粉可以对涂覆的涂层和对形成的焊缝提供良好的耐蚀性。使用较少的粉末也可提供好的钎焊接合点。

实施例2

在该实施例中，制备具有表2所示成分和平均颗粒尺寸的雾化的Al-Si-Zn三元合金粉，它包括熔融Al。该Al-Si-Zn三元合金还包括具有表2所示平均颗粒尺寸的纯Si粉。由此得到本发明的几种钎焊粉试样。标号为1-10的这些试样的每一种都分别包括总量的Si和Zn，它们的比值列于表2中。这些试样称作“本发明试样”。为了与这些试样比较，也制备非本发明试样1-5。这些试样称作“非本发明试样”。

也提供了另一种称作“现有技术试样”的非本发明试样，它含有Al-Si二元合金粉。然后向10重量份的每种本发明试样1-10、非本发明试样1-5和现有技术试样中加入1份的钎焊助剂和1份粘结剂，均以重量计。将它们混合成浆料填料形式。应注意的是，非本发明试样1-5中的每一种都具有各元素的成分比，这些比值的任何一个都不是本发明所限定的。

如同实施例1的步骤，将每一试样都涂覆于进行试验的物品上。然后在相同条件下进行钎焊。如下进行SWAAT试验。将包括人造海水和乙酸的试验溶液于50℃喷射到该物品上30分钟。30分钟后停止喷射，将物品在湿气氛下放置30分钟。将相同步骤重复20天。当试验结束时，检测腐蚀深度和腐蚀类型结果列于表2中。

                                  表2

试样号	Al-Si-Zn粉和Si粉的混合比(wt％)	混合物粉末中元素的量(总量)		平均颗粒尺寸涂料量			最大侵蚀深度(mm)	腐蚀类型	腐蚀深度
										(μm)		(g/m2)	(μm)
						Si(wt％)			Zn(wt％)					Al-Si-Zn	Si
1234本发明试样   5678910	Al-13％Si-20％Zn粉∶Si粉=40∶1Al-13％Si-20％Zn粉∶Si粉=11∶1Al-13％Si-20％Zn粉∶Si粉=6∶1Al-20％Si-15％Zn粉∶Si粉=7∶1Al-20％Si-15％Zn粉∶Si粉=4∶1Al-20％Si-15％Zn粉∶Si粉=3∶1Al-20％Si-20％Zn粉∶Si粉=7∶1Al-30％Si-20％Zn粉∶Si粉=4∶1Al-30％Si-20％Zn粉∶Si粉=3∶1Al-40％Si-30％Zn粉Si粉=3∶1	15.1202530354030444855	20181713121118161523				50507070303040808080	30304050202020303050		2001501201008070100686560	0.150.160.180.200.210.230.200.240.250.26	全面全面全面全面全面全面全面全面全面全面	959090909090909090100
				1非本发明  3试样     456	Al-20％Si-15％Zn粉∶Si粉=7∶1Al-50％Si-30％Zn粉∶Si粉=3∶1Al-7.5％Si-20％Zn粉∶Si粉=36∶1Al-20％Si-3％Zn粉∶Si粉=7∶1Al-20％Si-40％Zn粉∶Si粉=7∶1Al-7.5％Si粉(现有技术)	30*63*104030*7.5			132319*235-					508070307050	*10050502050-	1005025070100350	0.400.400.140.230.200.14	全面全面全面点蚀全面点蚀	9010090350350350

*：非本发明

表2的结果表明，对用本发明试样1-10中的每一种所钎焊得到的接合点来说，所涂覆的涂料量和侵蚀深度明显小于用现有技术试样6号所钎焊的接点点的涂料量和侵蚀深度。还表明，依据本发明试样1-10，接合点表现为全面腐蚀，而现有技术的试样，涂料用量较多，由此钎焊的接合点表现出产生点蚀的腐蚀类型，这意味着该接合点更易被腐蚀。还表明非本发明试1-5中的每一种的任何性能都很差，这是所不希望的，这些性能如涂料用量，最大侵蚀深度以及耐蚀性。用每种本发明试样形成的焊缝都具有良好的耐蚀性，如同在前一实施方案中的焊缝。

实施例3

如下制备钎焊粉末，首先用机械粉碎法制备Al-Si粉(75wt％Al和25wt％Si)，该粉的平均颗粒尺寸为40μm(实际颗粒尺寸为5-60μm)，并用雾化法制备平均颗粒尺寸为20μm(实际颗粒尺寸为3-35μm)的Zn粉，随后制备氟化物基的钎焊助剂、丙烯酸树脂粘合剂、异丙醇溶剂，并以Al-Si粉∶Zn粉∶助剂∶粘合剂∶溶剂为4∶1∶10∶2∶25的重量比将它们混合在一起。

将钎焊粉末组合物置于上述实施方案中的涂覆体系中的容器13中，使用该涂料体系将该钎焊粉末组合物以20g/m²的平均速度涂覆在由JISA3003铝合金制成的用作管的挤压扁管表面上。为了比较，除此之外，使用另一相同结构的涂覆体系在相同条件下将对比钎焊粉末组合物涂覆在相同扁管上，不同之处在于在该对比钎焊粉末组合物中的Al-Si合金粉和Zn粉的平均颗粒尺寸均为40μm。

将该钎焊粉末组合物干燥之后，将固定在扁管表面上的钎焊粉末组合物剥离下来，分析其成分。结果是，涂覆后的本发明钎焊粉末组合物的成分具有几乎与涂覆前的重量比相同的重量比，即(Al-Si)∶Zn=4∶1；而涂覆后的对比钎焊粉末组合物的成分具有(Al-Si)∶Zn=8∶1的重量比，这表明具有相对大比重的Zn的量降低了，结果是成分比值明显地与涂覆前的比值不同。

从前述说明可以得出，包括含Zn过共晶合金的本发明钎焊铝合金粉末组合物提供了一优越性，它使含合适量Zn的含Zn层形成在钎焊粉末的涂层上。在具有该涂层的物品表面上发生的腐蚀类型是全面腐蚀，这防止腐蚀发展到物品的深处。因此，可以提供良好的耐蚀性。与现有技术的粉末相比，所涂覆的钎焊粉的量可以明显减少。可提供的可钎焊性等于或大于现有技术粉末所提供的可钎焊性。因此，本发明具有工业实用性。

尽管已参照某些特别优选的实施例对本发明进行了说明，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的条件下可以作出各种变化和改变。

Claims (12)

1．一种钎焊铝合金的粉末组合物，含有一种或多种粉末料，该粉末料基本上由一种或多种选自Al、Si和Zn的元素组成，并且所述一种或多种粉末料的总量具有Al-Si-Zn系过共晶合金成分。

2．权利要求1的钎焊铝合金的粉末组合物，其中所述总量含有大于15至高达60％(重量)Si和5-30％Zn。

3．权利要求1或2的钎焊铝合金的粉末组合物，其中它包括一种或多种选自Al-Si合金粉、AL-Si-Zn合金粉、Al-Zn合金粉、Si或Si合金粉、以及Zn或Zn合金的粉末料。

4．叔利要求1-3之一的钎焊铝合金的粉末组合物，其中该粉末组合物含有两种或多种比重不同的金属粉，对于金属粉之间的比重比值为2或更大的情况来说，其中小比重的金属粉的平均颗粒尺寸大于大比重的金属粉的平均颗粒尺寸。

5．权利要求4的钎焊铝合金的粉末组合物，含有平均颗粒尺寸为1-100μm的Si粉和平均颗粒尺寸为1-50μm的Zn粉，其中Si粉的平均颗粒尺寸大于Zn粉的平均颗粒尺寸。

6．权利要求1-3之一的钎焊铝合金的粉末组合物，其中它含有一种由Al-Si-Zn三元过共晶合金粉和Si粉组成的粉末混合物。

7．权利要求6的钎焊铝合金的粉末组合物，其中它含有由A-Si-Zn三元过共晶合金粉和Si粉组成的粉末混合物，所述Al-Si-Zn三元过共晶合金粉由13-45％(重量)Si、6-35％(重量)Zn以及平衡量的Al和不可避免的杂质组成。

8．权利要求6或7的钎焊铝合金的粉末组合物，其中所述的Al-Si-Zn三元过共晶合金粉具有5-100μm的平均颗粒尺寸，即Si粉具有1-50μm的平均颗粒尺寸，所述Al-Si-Zn三元过共晶合金粉的平均颗粒尺寸相对大于所述Si粉的平均颗粒尺寸。

9．权利要求1-8之一的钎焊铝合金的粉末组合物，还含有一种或多种类型的粉末形式的钎焊助剂。

10．一种钎焊铝制物品如机械零件、元件、部件等的方法，包括下述步骤：将作为涂料介质的权利要求1-9之一的钎焊粉末组合物涂料涂覆在该物品表面，

加热该涂料介质和该物品，以使所述涂料介质以及具有该涂覆涂料的物品表面部分熔化，以及

使所述熔化的涂料介质和所述的熔化的物品表面部分凝固，由此钎焊该物品并在该物品表面形成含Zn层。

11．权利要求10的方法，其中所述涂料介质包括钎焊助剂、粘结剂树脂和溶剂，其中在涂覆于该物品上之前将所述钎焊助剂、所述粘结剂树脂、和所述溶剂一起混合成浆料。

12．权利要求10或11的方法，其中在钎焊之前在该物品表面上形成含Zn涂层。

Images