CN86101487A

CN86101487A - 铝和铝合金的硬钎焊法

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Publication number: CN86101487A
Application number: CN 86101487
Authority: CN
Inventors: 张成邦
Original assignee: Research Inst No27 Ministry Of Electronic Industry
Current assignee: Research Inst No27 Ministry Of Electronic Industry
Priority date: 1986-03-12
Filing date: 1986-03-12
Publication date: 1987-09-23
Also published as: CN86101487B

Abstract

一种用于铝和铝合金的硬钎焊法。在普通纯度的氢气气氛中使用微量的糊状氟铝酸钾钎剂及铝硅锶镧共晶钎料钎焊铝和铝合金。氢气的露点在-20℃以下，钎料中含有微量的锶和镧，钎剂用研磨法制备并用乙二醇调成糊状使用。钎料的填隙能力强，钎焊接头抗拉强度高，耐腐蚀、残余焊剂少、焊剂无腐蚀性，不需清洗，经济效益显著。可进行对接、搭接和套接，特别适用于精度较高、形状复杂的组件的钎焊。

Description

本发明属于铝和铝合金的硬钎焊，按国际专利分类表属B23K1/04类和B23K35/362类。

长期以来，铝和铝合金的硬钎焊法通常都是使用含硅在5～12%范围内的铝硅系钎料，以氯化物（如氯化锌、氯化钾、氯化锂等）为主的腐蚀性很强的钎剂。

但是，由于这种钎剂对铝及铝合金具有很强的腐蚀性，因此，使用该方法钎焊后的工件必须进行残余钎剂的去除和检查，工序繁多，致使成本升高。

为了克服上述方法的缺点，近年来开发了铝和铝合金的真空无钎剂硬钎焊和高纯度不活性气体保护的无钎剂硬钎焊。这些方法除了需要高真空或高纯度气体的条件外，往往需要在铝硅系钎料中加进少量的镁、铋、稀土等元素。上述方法在保证钎焊接头质量的前提下虽然较好地解决了接头腐蚀问题，但由于增加了设备投资费用，因此限制了应用和推广的范围。

真空钎焊时，钎料的填隙能力较差，尽管有人在钎焊面通过机械打磨使其粗造而提高钎料对母材的润湿、填隙能力，但效果有限，其填隙高度（按大阪大学法）也只能达到1.75毫米。因此真空钎焊法在钎焊搭接或套接面积大的产品时，往往因接头的漏焊面被限制其使用。

1980年4月在洛杉矶举行的第十一届国际钎焊年会上W.E.COOKE提出在氮气中使用氟铝酸钾钎剂的铝合金硬钎焊法。虽然在工业上获得了一定的应用，但目前还存在以下几个问题尚待克服：（1）需要的氮气纯度较高，露点选在-40℃以下;（2）使用的钎剂用量较大，一般为：钎剂重量∶钎料重量＝1∶1～5生成数量较多的残余钎剂，给工件的表面涂复带来困难;（3）因为氮气的热传导率低于氢气，为了保证工件的快速均匀加热，往往选择高于铝合金熔点的初始炉温和对通入氮气进行了较高温度的予先加热。W.E.COOKE选择的初始炉温为704℃，氮气予热温度为540℃。

据日本专利昭53-5053，介绍了服卷孝等人提出的在露点为-40℃以下氢气气氛中对铝和铝合金进行无钎剂的硬钎焊法。这种方式打破了氢气中不进行钎焊铝和铝合金的常规。不过该发明需要予先对工件表面的氧化膜进行严格的清洗和检查，要求氢气的露点在-40℃以下，还要使用包复铝硅钎料的复合钎焊板，否则会造成钎焊接头的缺陷。

美国专利3，951，328号介绍了氟铝酸钾钎剂对铝的氧化膜具有较强的破除作用，而对铝基体不发生任何作用。同时，氟铝酸钾钎剂不溶于水，残余钎剂对铝基材不产生腐蚀。但是该专利介绍的水溶法制取氟铝酸钾却有一定的局限，因为氟化钾和氟化铝作用不充分，使得钎剂中存在残余的氟化钾，因为钎剂的熔点有时升高到700℃，使钎剂失效。

本发明的目的旨在克服上述已有技术的不足，让铝和铝合金硬钎焊在氢气气氛中进行，配合使用微量无腐蚀性的氟铝酸钾钎剂及含有微量锶和镧的铝硅共晶型钎料，从而降低了对氢气露点的要求，放宽了钎焊前工件表面予处理的要求以及选用不同形状的钎料实现对不同钎焊接头的填隙。本发明对氟铝酸钾钎剂的制备用研磨法代替水溶法，以克服美国专利3，951，328的不足。这样使得本发明既利用了氢气作为保护气氛的一系列优点，又利用了氟铝酸钾的活性和无腐蚀性，同时还利用了铝硅锶镧钎料的良好流动性和细化钎缝组织的特征。因此，采用本发明既可实现对散热器类工件的钎焊，又可实现对精度较高的、形状复杂的微波元器件的钎焊。

本发明采用露点为-20℃以下的氢气作为保护气氛，采用用研磨法制备的无腐蚀性的糊状氟铝酸钾作为钎剂，采用加有微量锶和镧的铝硅共晶型钎料，对铝和铝合金进行硬钎焊。

采用露点为-20℃以下的氢气作为保护气氛，一是为了充分利用氢气气氛中工件加热均匀快速，有利于钎焊过程的顺利进行;二是利用氢对铝氧化膜的破坏作用，另外，也利用了氢的原子半径小，可以有效地置换工件表面和炉壁及炉内钎焊夹具的表面所吸附的有害气体，比如水分子和氧分子等，这样有利于快速净化钎焊环境，提高钎焊质量。

采用露点为-20℃以下的氢气是在钎剂的较少用量和钎料优异填隙能力的前提下，降低气体的使用费用，方便了气体的来源和简化了氢气的净化程序。

采用微量锶和镧的铝硅系共晶钎料其成份是：硅12%;锶0.04～0.06%;镧0.04～0.06%;其余为铝。它不仅具有优良的流动性和填隙能力，而且还可以使钎缝组织细化，提高接头的塑性和抗腐能力。同时该钎料具有良好的延展性，可加工成丝状、箔状、块状使用，适用各种型式的钎焊接头的填隙需要，比如对接、搭接、套接等。

糊状氟铝酸钾钎剂的制备;

采用工业纯的氟化钾和氟化铝作为原料，把重量比为：

KF·2H₂O∶ALF₃·3 1/2 H₂O＝40～45∶60～55的含结晶水的氟化钾和氟化铝混合研磨成氟铝酸钾后，用适量的乙二醇将氟铝酸钾调成糊状，乙二醇和钎剂的配比（重量比）为：

乙二醇∶钎剂＝1∶2～5

这样制得的糊状钎剂不仅具有很强的活性，而且还具有可靠的粘接性，因此，在方便操作的同时，可以减少钎剂的用量，本发明的钎剂用量为：钎剂重量∶钎料重量＝1∶7～10。

钎焊时只要将这种糊状钎剂按规定用量涂抹在钎焊处即可。

本发明使用的钎剂和钎料均为共晶型，因此把钎焊温度定为595±10℃，热壁炉的初始温度定为630±10℃，由于炉子初始温度低于铝合金的熔化温度，因此可以防止钎焊时工件的局部熔化和过热。钎焊温度下的保温时间视工件的具体结构和大小而定，一般原则是：待全部钎料熔化后，再保温10～30秒钟即可。

所使用的热壁式氢炉的炉壁材料采用气炼法制取的透明石英，有二个优点：（1）高温下透明石英不发生氧化反应，保持炉壁的洁净;（2）透明石英光滑，表面吸附的少量杂质气体易被赶走，有利于钎焊环境的净化。

本发明对工件表面的予处理要求远较服卷孝等人的发明为低。将工件表面去油去污后，只要进行一般的碱洗和酸洗即可。如果处理过的工件不再沾污和接触油，放置时间的长短不影响钎焊过程的进行。

本发明和已有技术相比，突出的效果是：

1.糊状氟铝酸钾钎剂不仅活性强而且具有可靠的粘附钎料的性能，易于制备;

2.钎剂的用量减少到已有技术用量的1/2～1/5，残余钎剂微少，不需清洗;

3.氢气的露点升到-20℃以下，用普通氢气代替了已有技术中使用的露点为-40℃以下的高纯度氢气和氮气;

4.放宽和简化了钎焊工件表面予处理的要求;

5.微量的锶和镧对钎缝组织进行细化，提高了接头的塑性和耐腐蚀能力;

6.降低了热壁式炉子的初始温度，使其低于铝和铝合金的熔化温度;

7.采用气炼法制取的透明石英作为炉壁材料，大大缩短了净化钎焊时保护气氛所需的时间。

采用本发明钎焊防锈的铝锰合金（LF21），其钎焊接头的抗拉强度不低于11公斤/毫米²，钎料的填隙高度按大阪大学法可达到3毫米，钎焊接头经高灵敏度的氦质谱检漏仪检漏。漏孔的漏率Q≤5.0×10^-11托·升/秒，钎焊接头浸泡在加有0.1%过氧化氢的3%氯化钠溶液中，经30昼夜不发生腐蚀。

采用本发明在半连续热壁式氢炉中钎焊精密的三公分三腔滤波器组件，每件所消耗的气体、钎剂、钎料和电能的总费用仅为0.12元。

图1是钎焊试件的简图

图2是热壁式氢炉的示意图

图3是钎焊后的试件

试板[1]和[2]为LF21铝合金，尺寸是70×20×3，表面经机械加工光洁度达四级以上，试片经一般的去油去污处理后，再经碱洗和酸洗即可。

如图1所示，清洗后的试板[2]自然放置在试板[1]上，并用氩弧点焊工艺将两端各焊一个氩弧点固点[5]，形成倒置的T形试件。

在待焊缝的一侧放上经清洗过的钎料丝[4]，在钎料丝[4]与钎缝之间放上适量的糊状钎剂[3]。

如图2所示，氢气炉由均流板[6]、石英管[7]、加热体[8]、进气管[9]、载物板[10]组成。炉子预先加热到初始温度630±10℃并充分保温。然后按照使用氢气安全规程导入氢气，并在出口处点火待用。

将装配好的T形试件[11]放在载物板[10]上，从炉口缓慢地推入炉内的恒温区，T形试件[11]到达钎焊温度595±10℃后开始保温。完成钎焊后，可把T形试件[11]推到炉外冷却，完成一个钎焊循环。

钎缝园角均匀一致，饱满、残余焊剂极少。

Claims

1、一种在保护气氛中使用适量的钎剂和钎料对铝和铝合金进行硬钎焊的方法。其特征是：在普通纯度的氢气气氛中使用微量的糊状氟铝酸钾钎剂及加有微量锶和镧的铝硅系共晶钎料钎焊铝和铝合金的方法。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是：氢气露点在-20℃以下。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征是钎料为铝硅系共晶型钎料并含有微量的锶和镧。

4、根据权利1、3所述的方法，其特征是：硅含量12%，锶含量0.04～0.06%，镧含量0.04～0.06%，其余为铝。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征是：氟铝酸钾钎剂是用研磨法制备。

6、根据权利要求1、5所述的方法，其特征是：氟铝酸钾钎剂的原料为工业纯的氟化铝及氟化钾，其配比为：

KF·2H₂O∶ALF₃·3 1/2 H₂O＝40～45∶60～55（重量比）。

7、根据权利要求1、6所述的方法，其特征是：氟铝酸钾钎剂用适量的乙二醇调成糊状使用。

8、根据权利要求1、7所述的方法，其特征是：乙二醇和钎剂的配比（重量比）是：

乙二醇∶钎剂＝1∶2～5。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征是：钎焊温度为595±10℃。

10、根据权利要求1所述的方法，其特征是：热壁式氢炉的炉壁材料是气炼法制取的透明石英。