CN1962941A - 铝合金热交换器导管和翘片复合钎料的冷喷涂方法 - Google Patents

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吴京洧
方洪渊
刘雪松
徐文立
万鑫
胡军峰
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铝合金热交换器导管和翘片复合钎料的冷喷涂方法，它涉及汽车铝合金热交换器的制备方法。它解决了现有NOCOLOK钎焊工艺工序复杂，而复合铝箔的制造过程中，产品质量不易控制，热轧制法生产、成材率低；冷轧复合法成本高及爆炸焊接加扎制方法应用难和不安全的问题。本发明的方法为：一、将Al－Si、Zn粉末和钎剂按重量比9∶3～4∶0.5～4混合成粉料，再将粉料进行烘干处理，制成冷喷粉料；二、将导管和翘片表面进行清洗处理，将步骤一烘干后的制成冷喷粉料，采用冷喷涂一次性沉积到导管和翘片的表面上；三、对于步骤二冷喷涂后的基体导管进行组装，按照NOCOLOK工艺进行钎焊，即可制备出铝合金热交换器。本发明将钎料合金粉料直接喷涂在铝基体的外表面上，工艺简单、高效。

Description

铝合金热交换器导管和翘片复合钎料的冷喷涂方法
技术领域
本发明涉及汽车铝合金热交换器的制备方法。
背景技术
铝质热交换器的生产主要由钎焊组装，较多采用真空钎焊法和NOCOLOK法工艺连接。其中NOCOLOK工艺是一种钎剂钎焊方法，现在已经发展成为热交换器的主要生产方法之一。该工艺使用少量的氟铝酸钾钎剂(NOCOLOK)，并且钎焊后不必清除钎剂，钎焊接头质量良好。NOCOLOK钎剂是KF-AlF3系中间化合物KAlF4和K3AlF6的共晶组成物，不溶于水，能清除铝表面的氧化膜，且对铝没有腐蚀。采用此钎焊工艺时钎料成分以Al-Si共晶合金为基，Si的添加量一般为重量的7％～12％。NOCOLOK钎焊工艺主要是在钎剂的作用下将复合铝箔材料作为翘片焊接到铝质导管上，而在复合铝箔的制造过程中，产品质量控制不稳定，会直接影响到最终的铝合金热交换器的使用性能与寿命。中国发明专利ZL 00114046.9提出生产方法有轧制复合法和爆炸焊接加扎制法。热轧制法存在生产效率低、成材率低等缺点；冷轧复合法工艺：加工成本比较高。而爆炸焊接加扎制的方法又受到炸药许可的限制不能广泛的应用于生产过程中。
发明内容
本发明为了解决现有NOCOLOK钎焊工艺工序复杂，在复合铝箔的制造过程中，产品质量控制不稳定，热轧制法存在生产效率低、成材率低；冷轧复合法成本高及爆炸焊接加扎制方法应用难和不安全的问题，提供了一种铝合金热交换器导管和翘片复合钎料的冷喷涂方法，解决上述问题的具体技术方案如下：
本发明铝合金热交换器导管和翘片复合钎料的冷喷涂方法的步骤如下：
步骤一、将平均颗粒直径在25～100μm的Al-Si钎料、NOCOLOK钎剂以及平均颗粒直径为4.5μm～5.5μm的Zn粉末，Al-Si钎料与Zn的重量比在9∶3～4，而Al-Si钎料与NOCOLOK钎剂的重量比在9∶0.5～4，Al-Si钎料Si的重量比为7～14％，将Al-Si钎料、Zn粉末和NOCOLOK钎剂按重量比9∶3～4∶0.5～4进行混合，然后将混合后的粉末在三维混合机上混合4～5小时形成冷喷粉料，在将混合后的粉料在90～110℃下进行烘干处理，烘干时间为2～4小时，制成冷喷粉料；
步骤二、将铝基体表面采用工业乙醇进行清洗处理，然后将步骤一烘干后的制成冷喷粉料，应用Kinetic3000冷喷涂设备的带有Laval型喷管的喷枪，采用冷喷涂一次性沉积到导管和翘片的表面上，喷涂的工作气体为氮气，气体预热温度为400～450℃，气体供应压力1.5～3MPa，粉末供应率为10～20g/min，喷枪喷口至导管和翘片表面的喷涂距离为20～30mm；
步骤三、对于步骤二冷喷涂后的导管和翘片进行组装，按照NOCOLOK工艺进行钎焊，即制备成冷喷涂和钎焊的铝合金热交换器。
本发明采用冷喷涂技术将钎料合金直接喷涂在导管和翘片的外表面上，由于冷喷涂工艺简单、高效，适合于喷涂任意厚度的金属材料，提高了制造铝合金热交换器的生产效率。将钎料、防蚀添加元素以及NOCOLOK钎剂直接混合为复合钎料的方法，去除了现有加工工艺中的钎剂刷涂等过程，进一步简化了钎焊工艺的制备过程，而直接混合的钎剂与钎料作用更加直接，可以起到很好的保护钎焊过程的顺利进行及提高钎焊的质量。
附图说明
图1是本发明具体实施方式二的钎焊接头的微观形貌图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的制备方法的步骤如下：
步骤一、将平均颗粒直径在25～100μm的Al-Si钎料、NOCOLOK钎剂以及平均颗粒直径为4.5μm～5.5μm的Zn粉末，Al-Si钎料与Zn的重量比在9∶3～4，而Al-Si钎料与NOCOLOK钎剂的重量比在9∶0.5～4，Al-Si钎料Si的重量比为7～14％，将Al-Si钎料、Zn粉末和NOCOLOK钎剂按重量比9∶3～4∶0.5～4进行混合，然后将混合后的粉末在三维混合机上混合4～5小时形成冷喷粉料，在将混合后的粉料在90～110℃下进行烘干处理，烘干时间为2～4小时，制成冷喷粉料；Zn粉末作为防蚀添加元素。
步骤二、将铝基体表面采用工业乙醇进行清洗处理，然后将步骤一烘干后的制成冷喷粉料，采用冷喷涂一次性沉积到导管和翘片的表面上，喷涂的工作气体为氮气，气体预热温度380～420℃，气体供应压力1.5～3MPa，粉末供应率为10～20g/min，采用Kinetic3000冷喷涂设备，带有Laval型喷管的喷枪喷口至导管和翘片表面的距离为20～30mm；
步骤三、对于步骤二冷喷涂后的导管和翘片进行组装，按照NOCOLOK工艺进行钎焊，即可制备出铝合金热交换器。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将平均颗粒直径为25μm的Al-Si钎料，Zn粉末的平均颗粒直径为4.5μm，Al-Si钎料中Si的重量比为8％，将上述Al-Si钎料、Zn粉末和NOCOLOK钎剂按重量比9∶3∶0.5进行混合，然后将混合后的粉末在三维混合机上混合4小时形成冷喷粉料，在将混合后的粉料在110℃下进行烘干处理，烘干时间为4小时，制成冷喷粉料；步骤二中喷涂气体的预热温度380℃，气体供应压力1.5MPa，粉末供应率为20g/min，喷涂距离为20mm。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将平均颗粒直径为60μm的Al-Si钎料，Zn粉末的平均颗粒直径为5μm，Al-Si钎料中Si的重量比为12％，将上述Al-Si钎料、Zn粉末和NOCOLOK钎剂按重量比9∶3.5∶2进行混合，然后将混合后的粉末在三维混合机上混合4.5小时形成冷喷粉料，在将混合后的粉料在100℃下进行烘干处理，烘干时间为2小时，制成冷喷粉料；步骤二中喷涂气体的预热温度400℃，气体供应压力2.5MPa，粉末供应率为15g/min，喷涂距离为25mm。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将平均颗粒直径为80μm的Al-Si钎料，Zn粉末的平均颗粒直径为5.5μm，Al-Si钎料中Si的重量比为14％，将上述Al-Si钎料、Zn粉末和NOCOLOK钎剂按重量比9∶4∶4进行混合，然后将混合后的粉末在三维混合机上混合5小时形成冷喷粉料，在将混合后的粉料在90℃下进行烘干处理，烘干时间为3小时，制成冷喷粉料；步骤二中喷涂气体的预热温度420℃，气体供应压力3MPa，粉末供应率为10g/min，喷涂距离为30mm。其它步骤与具体实施方式一相同。
所选择的喷涂铜基体材料为汽车铝热交换器专用铝合金导管(型号为3102S，导管壁厚为200μm。
冷喷涂技术由于使用高速的复合钎料颗粒撞击铝合金热交换器导管，可以在喷涂过程中击碎母材表面的氧化膜，而后续的颗粒对先前的颗粒的撞击也会破碎钎料表面的氧化膜，从而有利于钎焊过程的顺利进行。
对上述冷喷和钎焊后得到的试样进行了扫描电镜分析，结果表明，在本发明的工艺条件下，能获得连接质量优良的接头(见图1)。为了进一步分析复合钎料涂层钎焊接头的抗腐蚀性能和评价新钎焊工艺的铝热交换器的使用性能，对热交换器进行SWAAT盐雾腐蚀试验。试验结果表明热交换器在SWAAT盐雾腐蚀300小时后，该工艺制备的接头和母材没有出现明显的失效情况。

Claims (4)

1、铝合金热交换器导管和翘片复合钎料的冷喷涂方法，其特征在与该方法的步骤如下：
步骤一、将平均颗粒直径在25～100μm的Al-Si钎料、NOCOLOK钎剂以及平均颗粒直径为4.5μm～5.5μm的Zn粉末，Al-Si钎料与Zn的重量比在9∶3～4，而Al-Si钎料与NOCOLOK钎剂的重量比在9∶0.5～4，Al-Si中Si的重量比为7～14％，将Al-Si钎料、Zn粉末和NOCOLOK钎剂按重量比9∶3～4∶0.5～4进行混合，然后将混合后的粉末在三维混合机上混合4～5小时形成冷喷粉料，在将混合后的粉料在90～110℃下进行烘干处理，烘干时间为2～4小时，制成冷喷粉料；
步骤二、将铝基体表面采用工业乙醇进行清洗处理，然后将步骤一烘干后的制成冷喷粉料，应用Kinetic3000冷喷涂设备的带有Laval型喷管的喷枪，采用冷喷涂一次性沉积到导管和翘片的表面上，喷涂的工作气体为氮气，气体预热温度为400～450℃，气体供应压力1.5～3MPa，粉末供应率为10～20g/min，喷枪喷口至导管和翘片表面的喷涂距离为20～30mm；
步骤三、对于步骤二冷喷涂后的导管和翘片进行组装，按照NOCOLOK工艺进行钎焊，即制备成冷喷涂和钎焊的铝合金热交换器。
2、根据权利要求1所述的铝合金热交换器导管和翘片复合钎料的冷喷涂方法，其特征在于步骤一平均颗粒直径在25μm的Al-Si钎料，Zn粉末的平均颗粒直径为4.5μm，Al-Si钎料中Si的重量比为8％，将上述Al-Si钎料、Zn粉末和NOCOLOK钎剂按重量比9∶3∶0.5进行混合，然后将混合后的粉末在三维混合机上混合4小时形成冷喷粉料，在将混合后的粉料在110℃下进行烘干处理，烘干时间为4小时，制成冷喷粉料；步骤二中喷涂气体的预热温度380℃，气体供应压力1.5MPa，粉末供应率为20g/min，喷涂距离为20mm。
3、根据权利要求1所述的铝合金热交换器导管和翘片复合钎料的冷喷涂方法，其特征在于步骤一中平均颗粒直径在60μm的Al-Si钎料，Zn粉末的平均颗粒直径为5μm，Al-Si钎料中Si的重量比为12％，将上述Al-Si钎料、Zn粉末和NOCOLOK钎剂按重量比9∶3.5∶2进行混合，然后将混合后的粉末在三维混合机上混合4.5小时形成冷喷粉料，在将混合后的粉料在100℃下进行烘干处理，烘干时间为2小时，制成冷喷粉料；步骤二中喷涂气体的预热温度400℃，气体供应压力2.5MPa，粉末供应率为15g/min，喷涂距离为25mm。
4、根据权利要求1所述的铝合金热交换器导管和翘片复合钎料的冷喷涂方法，其特征在于步骤一平均颗粒直径在80μm的Al-Si钎料，Zn粉末的平均颗粒直径为5.5μm，Al-Si钎料中Si的重量比为14％，将上述Al-Si钎料、Zn粉末和NOCOLOK钎剂按重量比9∶4∶4进行混合，然后将混合后的粉末在三维混合机上混合5小时形成冷喷粉料，在将混合后的粉料在90℃下进行烘干处理，烘干时间为3小时，制成冷喷粉料；步骤二中喷涂气体的预热温度420℃，气体供应压力3MPa，粉末供应率为10g/min，喷涂距离为30mm。
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