CN1535785A - 含Mg铝合金材料的钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种含Mg铝合金材料的钎焊方法，采用氟锌酸钾和Al－Si类合金材料，在惰性气体的环境中，钎焊汽车换热器的管材等、钎焊部位使用的含Mg 0.2～1.0％的铝合金材料时，可以得到优良钎焊性，其中，在钎焊部位，涂布(1.65×Mg％÷T℃/秒)g/m2(T是上述铝合金材料的温度从550℃加热至钎焊温度的平均升温速度)以上的组成为KxZnyFz(x、y、z为正整数)的氟锌酸钾，使平均升温速度(T)为0.1℃/秒以上，进行钎焊加热。

Description

含Mg铝合金材料的钎焊方法
技术领域
本发明涉及含Mg铝合金材料的钎焊方法，特别是涉及在惰性气体的环境下，使用氟化物类焊剂和Al-Si类合金钎焊材料，钎焊汽车换热器的管材等、钎焊部位使用的含Mg0.2％以上的铝合金材料(包括覆盖Al-Si类合金钎焊材料的铝合金复合材料)时，可以得到优良钎焊性的含Mg铝合金材料的钎焊方法。
背景技术
在散热器、加热器、冷却器、蒸发器等铝合金制汽车用换热器的制造中，一般是采用把成型为规定形状的铝板材或挤压成型材料组装成规定的结构后，使用氟化物类焊剂，例如以氟铝酸钾为基料的焊剂，在惰性气体环境的加热炉内钎焊接合的方法。
近几年来，在汽车用换热器中，从省能、省资源的观点考虑，构成材料的薄壁化已得到了发展，伴随着薄壁化，就要求构成材料的高强度化。一般作为提高铝合金材料的强度的对策之一是添加Mg，已有人尝试用含Mg铝合金材料作为换热器用材料，但是，含Mg铝合金材料，特别是含Mg0.2％以上的铝合金材料，使用上述氟化物类焊剂进行钎焊接合时，在钎焊加热中，氟化物类焊剂与材料中的Mg反应，生成MgF2、KMgF3等化合物，具有焊剂的活性下降，有钎焊性受损等问题。
即，现在使用的氟化物类焊剂是以氟铝酸钾作为基料的焊剂，所以，在约560℃附近熔融，变成活性状态。因此，在含Mg的铝合金材料上涂布后进行钎焊时，熔融的焊剂立即与材料表面的Mg反应，生成MgF2及KMgF3。在以后的升温过程中，整个反应的速度被Mg从材料中向材料表面扩散所支配而持续进行反应，所以，在升温至钎焊温度(600℃)之前，与大量的Mg反应，结果变得焊剂活性继续下降。
作为含Mg铝合金材料的钎焊用焊剂，公开的有含氟铝酸的铯盐的焊剂(例如，美国专利第4670067号说明书)，但是由于焊剂昂贵，所以难以适用于通常的汽车换热器的钎焊。
使用含氟锌酸钾的焊剂，在惰性气体的环境中钎焊铝及铝合金的方法也已经公开(美国专利第6432221号公报)，已经公开可以良好的接合铝彼此之间、铝合金(3003合金)和铝。
发明内容
在铝的钎焊中采用氟锌酸钾时，在钎焊加热中与铝发生置换反应，生成Zn，具有该金属Zn被覆在钎焊部位，而有助于耐腐蚀性的优点。本发明人着眼于氟锌酸钾，尝试将其涂布在钎焊部位，采用Al-Si类合金钎焊材料，在惰性气体的环境中，钎焊含有Mg 0.2％以上的铝合金材料。
在该试验过程中，采用氟锌酸钾的含Mg铝合金材料钎焊时，根据钎焊条件，有时发生钎焊接合进行的不够充分的现象，进一步，反复地进行试验、研究的结果发现，在含Mg铝合金材料的钎焊中，氟锌酸钾的涂布量、从氟锌酸钾和铝合金材料开始发生置换反应的550℃至钎焊温度的升温速度对钎焊性有影响。
本发明基于上述发现而成，目的在于提供一种含Mg铝合金材料的钎焊方法，采用氟锌酸钾和Al-Si类合金钎焊材料，在惰性气体的环境中，钎焊汽车换热器的管材等、钎焊部位使用的含Mg 0.2～1.0％的铝合金材料(包括覆盖Al-Si类合金钎焊材料的铝合金复合材料)时，可以得到优良钎焊性。
用于达到上述目的的发明方案1所述的含Mg铝合金材料的钎焊方法，是把含Mg 0.2～1.0％的铝合金材料和其他铝材料加以组装，在惰性气体的环境中用焊剂进行钎焊的方法，其中，在钎焊部位，涂布5g/m2以上且(1.65×Mg％÷T℃/秒)g/m2以上的组成为KxZnyFz(x、y、z为正整数)的氟锌酸钾，使平均升温速度(T)为0.1℃/秒以上，进行加热钎焊。
按照发明方案2所述的含Mg铝合金材料的钎焊方法，其中，在发明方案1中，在钎焊部位，涂布5g/m2以上且(2.5×Mg％÷T℃/秒)g/m2的上述氟锌酸钾，使平均升温速度(T)为0.1℃/秒以上，进行钎焊加热。
按照发明方案3所述的含Mg铝合金材料的钎焊方法，其中，在发明方案1或2中，上述氟锌酸钾的组成为KZnF3。
附图说明
图1是表示间隙填充试验中钎焊前的组装状态图。
图2是表示间隙填充试验中钎焊后的状态图。
具体实施方式
氟锌酸钾的单体即使加热至钎焊温度(约600℃)也不熔融，也不与铝合金反应，但涂布在铝合金上等，使其附着在铝合金上后进行加热时，在约550℃下，在与氟锌酸钾接触的铝合金表面上，开始进行置换反应，生成作为焊剂成分的氟铝酸钾和Zn，其后生成的氟铝酸钾和材料中的Mg反应。
由于氟铝酸钾和Mg的反应被氟锌酸钾和铝合金表面的置换反应的速度所支配而持续进行至钎焊温度，所以与现在使用的以氟铝酸钾作为基料的焊剂相比，与Mg的反应量少，焊剂的活性难以下降。
本发明的特征在于，以含Mg 0.2～1.0％的铝合金材料作为对象，把该铝合金材料或在铝合金材料上被覆Al-Si类合金的铝合金复合材料，与其他的铝材料加以组装，在惰性气体的环境中用焊剂进行钎焊时，将氟锌酸钾(组成：KxZnyFz，x、y、z为正整数)，在钎焊部位，涂布5g/m2以上且(1.65×Mg％÷T℃/秒)g/m2(T是上述铝合金材料的温度从550℃加热至钎焊温度的平均升温速度)以上，使平均升温速度(T)为0.1℃/秒以上，进行钎焊加热。作为氟锌酸钾的组成例子，可以举出K2ZnF4、K3Zn2F7、KZnF3等。其中，KZnF3最适用。
在本发明中，氟锌酸钾的涂布量最低必须在5g/m2以上。另外，当氟锌酸钾的涂布量超过30g/m2时，涂布至到达钎焊温度(约600℃)的氟锌酸钾的全部未与铝合金反应，具有未反应的氟锌酸钾残留的现象，因此，对钎焊性有害，所以，最好使最大涂布量为30g/m2。
伴随着铝合金材料中Mg量的增加，与Mg反应的氟铝酸钾也增多，通过与铝合金材料的置换反应，生成大量氟铝酸钾，所以，不得不增加氟锌酸钾的涂布量，该涂布量相对于Mg量成正比。
另外，伴随着到达550℃以上的钎焊温度的平均升温速度的增加，Mg和氟铝酸钾的反应时间缩短，所以，被消耗的氟铝酸钾的量也少，从而，氟铝酸钾的涂布量相对于上述平均升温速度成反比。
在5g/m2以上且在(1.65×Mg％÷T℃/秒)g/m2以上的氟锌酸钾的涂布量的范围是作为对上述关系进行进一步研究的结果设定而成的范围，当氟锌酸钾的涂布量比上述范围少时，通过与铝合金的置换反应生成的氟铝酸钾，在到达钎焊温度(约600℃)的时间内，通过与Mg反应而被消耗，所以，钎焊性下降。
作为涂布方法，具有把粉末状氟锌酸钾采用静电干式涂布等手段直接进行涂布的方式、混合在水或丙酮等溶剂中进行涂布的方式、与粘合剂、溶剂进行混合后采用辊筒涂布等手段进行涂布的方式。在和水及溶剂加以混合进行涂布时，进行干燥，使溶剂挥发后进行钎焊。还有，在本发明中，涂布量是指氟锌酸钾的净涂布量。
在钎焊加热中，铝合金材料的实体温度从550℃加热至钎焊温度(约600℃)的平均升温速度低于0.1℃/秒时，生成的氟铝酸钾和Mg反应的时间加长，由于化合物的生成，作为焊剂的活性下降，钎焊性受损。通过在0.1℃/秒以上的平均升温速度进行加热，由于在550℃附近，使氟锌酸钾和铝合金的置换反应开始，所以到达至钎焊温度(约600℃)的时间缩短，生成的氟铝酸钾和Mg的反应量下降，结果是作为焊剂的活性不下降，可以得到良好的钎焊性。
在本发明中，将含Mg 0.2～0.6％的铝合金材料和其他铝材料组装，在惰性气体的环境中用焊剂进行钎焊时的最优选的实施方案是，将组成为KxZnyFz(x、y、z为正整数)的氟锌酸钾，在钎焊部位，涂布5g/m2以上且(2.5×Mg％÷T℃/秒)g/m2，使平均升温速度为0.1℃/秒以上，进行钎焊加热的方法。
在涂布氟锌酸钾进行钎焊时，在钎焊后形成Zn，该金属Zn在铝合金材料中形成扩散层，所以，有助于材料的耐腐蚀性的改善。另外，即使是使用原来的以氟铝酸钾作基料的焊剂，当通过与Mg的反应消耗后的剩余量，例如，在涂布量大于30mg/m2时，虽然可以确保钎焊性，但是，采用如此大量的焊剂时，实用性差，是不理想的。
实施例
下面把本发明的实施例和比较例进行比较进行说明，实际证明本发明的效果。这些实施例仅是本发明的一实施方案，本发明不受其限制。
实施例1
铸锭具有表1所示组成的铝合金，对得到的铸块按常用的手法进行均匀化处理，进一步，通过热轧、冷轧制成1.0mm厚度的板材，于360℃进行3小时软化处理，制成试验材料。
另一方面，用A3003合金(组成：Si 0.27％、Fe 0.6％、Cu 0.15％、Mn 1.2％、其余为Al及杂质)作为芯材，在其两面被覆Al-10％Si合金钎焊材料，在最终压延后，于360℃进行3小时软化处理，制成厚度为1.0mm的钎接金属片(钎焊材料的被覆厚度是各单面为100μm)。
为了采用上述试验材料及钎接金属片，对在惰性气体的环境中采用氟化物类焊剂进行钎焊的试验材料的钎焊性进行评价，如图1所示，以钎接金属片为垂直材料1，而以试验材料为水平材料3，进行了间隙填充试验。图中的2为间隔棒。
在把垂直材料(钎接金属片)和水平材料(试验材料)组装成规定的形状前，把各材料切成规定的尺寸，进行脱脂后，在各材料表面，作为氟锌酸钾将KZnF3粉末与丙酮混合后进行涂布，加以干燥，使溶剂挥发，组装成图1所示的试片形状。
组装后，装入氮气炉中进行加热，在到达600℃时立即进行冷却，完成钎焊，如图2所示，测定钎焊后的试片的填充长度L，填充长度L除以间隙长度L0，求出填充率L/L0，来评价钎焊性，填充率大于等于0.7为钎焊性良好(○)，大于等于0.4且小于0.7为钎焊性不稳定(△)，小于0.4为钎焊性不良(×)。结果示于表2～5。
表1
试验材料     组成(质量％)
    Si     Fe     Cu     Mn     Mg
    1234     0.040.060.040.05     0.050.040.070.03     0.020.020.030.02     0.010.030.020.03     0.20.61.01.2
表2
作为水平材料使用的试验材料 焊剂涂布量g/m2 平均升温速度(T)℃/S  1.65×Mg％÷T℃/Sg/m2   填充率L/L0 钎焊性
    1111111111111     333551010202030305050     0.10.20.40.10.20.10.20.10.20.10.20.10.2     3.31.650.833.31.653.31.653.31.653.31.653.31.65     00.090.150.730.780.740.790.770.790.780.810.510.55 ×××○○○○○○○○△△
表3
作为水平材料使用的试验材料 焊剂涂布量g/m2 平均升温速度(T)℃/S  1.65×Mg％÷T℃/Sg/m2   填充率L/L0 钎焊性
    22222222222222     3335551010202030305050     0.10.20.40.10.20.40.10.20.10.20.10.20.10.2     9.94.952.489.94.952.489.94.959.94.959.94.959.94.95     000.150.120.710.730.730.750.740.750.780.800.500.53 ××××○○○○○○○○△△
表4
作为水平材料使用的试验材料 焊剂涂布量g/m2 平均升温速度(T)℃/S  1.65×Mg％÷T℃/Sg/m2   填充率L/L0 钎焊性
    333333333333333     3355101791010202030305050     0.10.20.10.20.10.10.20.20.40.10.20.10.20.10.2     16.58.2516.58.2516.516.58.258.254.1316.58.2516.58.2516.58.25     00000.150.700.710.720.740.710.730.740.760.490.51 ×××××○○○○○○○○△△
表5
作为水平材料使用的试验材料 焊剂涂布量g/m2 平均升温速度(T)℃/S  1.65×Mg％÷T℃/Sg/m2   填充率L/L0 钎焊性
    44444444444444     335510101020202030305050     0.10.20.10.20.10.20.40.10.20.40.10.20.10.2     19.89.919.89.919.89.94.9519.89.94.9519.89.919.89.9     0000000.150.110.450.480.530.560.480.50 ××××××××△△△△△△
如表2～4所示，按照本发明可以得到良好的钎焊性。相对于此，如表5所示，当试验材料的铝合金板的Mg含量超过1.0％时，即使KZnF3的涂布量多，也得不到良好的钎焊性，当试验材料的Mg含量在0.2～1.0％的范围时，为了得到良好的钎焊性，如表2～4所示，随着Mg含量的增加，KZnF3的涂布量必须增加。
比较例1
把实施例1制作的试验材料No.2、3作为水平材料3，把实施例1制作的钎接金属片作为垂直材料1，在把垂直材料(钎接金属片)和水平材料(试验材料)组装成规定的形状前，把各材料切成规定的尺寸，进行脱脂后，在各材料表面，涂布氟铝酸钾，组装成图1所示的试片形状，进行与实施例1同样的间隙填充试验。结果示于表6～7。
表6
作为水平材料使用的试验材料   焊剂涂布量g/m2 平均升温速度(T)℃/S   填充率L/L0 钎焊性
    222222222222     33551010202030305050     0.10.20.10.20.10.20.10.20.10.20.10.2     0000000.130.150.250.700.730.75 ×××××××××○○○
表7
作为水平材料使用的试验材料   焊剂涂布量g/m2 平均升温速度(T)℃/S   填充率L/L0 钎焊性
    333333333333     33551010202030305050     0.10.20.10.20.10.20.10.20.10.20.10.2     000000000.130.440.520.72 ×××××××××△△○
如表6～7所示，在Mg含量为0.6％及1.0％的试验材料中，当使用氟铝酸钾作为焊剂时，只要焊剂分别不涂布30g/m2以上及50g/m2以上，则得不到良好的钎焊性。
按照本发明提供含Mg铝合金材料的钎焊方法，使用氟锌酸钾和Al-Si类合金钎焊材料，在惰性气体的环境下，钎焊汽车换热器的管材等、钎焊部位使用的含Mg 0.2～1.0的铝合金材料时，可以得到优良钎焊性。

Claims (3)

1.一种含Mg铝合金材料的钎焊方法，是将含Mg 0.2～1.0％(质量％，以下相同)的铝合金材料和其他铝材料加以组装后，在惰性气体的环境中用焊剂进行钎焊的方法，其特征在于，在钎焊部位，涂布5g/m2以上且(1.65×Mg％÷T℃/秒)g/m2(T是上述铝合金材料的温度从550℃加热至钎焊温度的平均升温速度，以下相同)以上的组成为KxZnyFz(x、y、z为正整数)的氟锌酸钾，使平均升温速度(T)为0.1℃/秒以上，进行钎焊加热。
2.如权利要求1所述的含Mg铝合金材料的钎焊方法，其特征在于，在钎焊部位，涂布5g/m2以上且(2.5×Mg％÷T℃/秒)g/m2以上的上述氟锌酸钾，使平均升温速度为0.1℃/秒以上，进行钎焊加热。
3.如权利要求1或2所述的含Mg铝合金材料的钎焊方法，其特征在于，所述氟锌酸钾的组成为KZnF3。
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