CN102500957A - 铝合金/不锈钢钎焊用Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法 - Google Patents

Abstract

铝合金/不锈钢钎焊用Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法，采用锌粉及成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔为原料，原料加入真空非自耗电弧炉，抽真空后冲入氩气；打开电源使原料以每秒28℃的速率升温至1400-1500℃后，切断电源冷却15分钟；熔炼后的原料取出并翻转后重新送入电弧炉，再进行1至2次熔炼；熔炼结束后将冷却的合金块取出打磨；然后放入单辊熔体快淬设备，加热熔化，熔化后的合金喷至辊轮上经甩带制成宽15mm，厚120μm的钎料箔带，即制成Al-Si-Zn急冷钎料。制备的钎料具有良好的润湿性，缩短了对不锈钢的润湿时间，能够同步润湿不锈钢和铝合金，使不锈钢和铝合金之间形成牢固的接头。

Description

铝合金/不锈钢钎焊用Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法

技术领域

本发明涉及用于异种材料钎焊的钎料，具体地说是铝合金/不锈钢钎焊用Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法。

背景技术

近年，随着节能环保进程和汽车及工业领域诸类机械零部件轻量化趋势的加快，制备轻量、耐腐蚀、耐热、高强度兼备的复合部件的技术日趋重要；

铝合金是轻量化的首选材料，然而其耐热性、强度稍欠缺，而不锈钢可以弥补此缺陷。因此，铝合金与不锈钢连接技术的开发研究即成为亟待解决的课题。就连接方法而言，钎焊方法是比较适宜的方法。但铝合金和不锈钢的钎焊为大器形异种材料之间的焊接，由于两者强固的氧化膜及融点、热物理性能差异很大等原因使得焊接很困难。而且迄今，前期研究中对各种铝合金与不锈钢使用Al-Si钎料实施了钎焊，其结果为：铝合金与不锈钢的异材间钎焊很难形成强固的接头。Al-Si共晶钎料对不锈钢虽然能够产生润湿，但产生润湿所需要的时间比润湿铝合金所需时间要长，并且钎料在润湿不锈钢母材前, 先与铝合金母材发生润湿、反应并急速等温凝固，其结果导致的熔融钎料层消失是接头难以形成的主要原因。

因此，开发研制润湿性良好、易于润湿不锈钢，熔点更低、钎料自身力学性能更好的Al-Si基急冷钎料已势在必行，这对钎焊铝合金与不锈钢，加快促进汽车和其他工业领域的节能环保发展的进程，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适于铝合金和不锈钢之间焊接的Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法，解决钎料润湿不锈钢差的问题，以进一步提高钎料的润湿性、力学性能，降低钎料熔点。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：先制备一种Al-Si-Zn普通钎料，在保证其对不锈钢润湿性的基础上再制备Al-Si-Zn急冷钎料，以进一步提高钎料的润湿性、力学性能，降低钎料熔点。其方案为：铝合金/不锈钢钎焊用Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法，采用锌粉以及成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔为原料，钎料箔中铝、硅、铁、铜和镁占原料总重量的百分比为：铝78.8—87.7%、硅11－13%、铁0.6－0.8%、铜0.3－0.4%、镁0.1－0.2%，锌粉占原料总重量的百分比为：0.1—7%；制备步骤为：

（1）、将成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔以及锌粉按照上述比例加入到真空非自耗电弧炉中，将炉内抽成真空，真空度为4×10^-2Pa，然后向炉内冲入压强为0.02MPa的氩气作为保护气体；

（2）、打开电弧炉电源向原料中打入电弧，对原料进行熔炼，调节电流使原料以每秒28℃的速率升温，熔炼过程中通过电弧产生的推力搅拌熔融合金，熔炼温度上升至1400-1500℃后，切断电弧炉电源自然冷却15分钟；

（3）、将熔炼后的原料取出并翻转后重新送入电弧炉，按照上述方法再进行1至2次熔炼；熔炼结束后，得到的合金自然冷却；

（4）、将冷却后的合金块取出，用砂纸对合金块表面进行打磨，去除合金块表面的残杂和氧化膜，打磨时，先用磨料粒度为400目的砂纸打磨一遍，再依次用磨料粒度为800目和1200目的砂纸各打磨一遍；

（5）、将打磨过的合金块放入单辊熔体快淬设备的石英管内，加热使合金块熔化，然后将熔化后的合金通过设备的喷嘴喷至辊轮上，经甩带制成宽15mm，厚120μm的钎料箔带，即制成Al-Si-Zn急冷钎料。

本发明的有益效果是：本技术方案中原料的选择有利于铝合金和不锈钢之间的焊接，采用以上原料配比制备的钎料具有良好的润湿性，缩短了对不锈钢的润湿时间，能够同步润湿不锈钢和铝合金，使不锈钢和铝合金之间形成牢固的接头。钎料经过单辊熔体快淬法急冷甩带后，进一步提高了钎料的润湿性、力学性能，降低钎料熔点，更易于不锈钢和铝合金的焊接，并提高了焊接强度。采用先制备Al-Si-Zn普通钎料，然后再转化制备Al-Si-Zn急冷钎料的方法，不仅使整个制备工艺过程简单化，而且还可先筛选工艺性能、力学性能良好的Al-Si-Zn普通钎料，在此基础上再制备Al-Si-Zn急冷钎料，提高了效率，并降低了成本。

具体实施方式

结合实施例具体说明本发明的实施方式：铝合金/不锈钢钎焊用Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法，采用锌粉以及成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔为原料，钎料箔中铝、硅、铁、铜和镁占原料总重量的百分比为：铝78.8—87.7%、硅11－13%、铁0.6－0.8%、铜0.3－0.4%、镁0.1－0.2%，锌粉占原料总重量的百分比为：0.1—7%；制备步骤为：

（1）、将成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔以及锌粉按照上述比例加入到真空非自耗电弧炉中，将炉内抽成真空，真空度为4×10^-2Pa，然后向炉内冲入压强为0.02MPa的氩气作为保护气体；

（2）、打开电弧炉电源向原料中打入电弧，对原料进行熔炼，调节电流使原料以每秒28℃的速率升温，熔炼过程中通过电弧产生的推力搅拌熔融合金，熔炼温度上升至1400-1500℃后，切断电弧炉电源自然冷却15分钟；

（3）、将熔炼后的原料取出并翻转后重新送入电弧炉，按照上述方法再进行1至2次熔炼；熔炼结束后，得到的合金自然冷却；

（4）、将冷却后的合金块取出，用砂纸对合金块表面进行打磨，去除合金块表面的残杂和氧化膜，打磨时，先用磨料粒度为400目的砂纸打磨一遍，再依次用磨料粒度为800目和1200目的砂纸各打磨一遍；

（5）、将打磨过的合金块放入单辊熔体快淬设备的石英管内，加热使合金块熔化，然后将熔化后的合金通过设备的喷嘴喷至辊轮上，经甩带制成宽15mm，厚120μm的钎料箔带，即制成Al-Si-Zn急冷钎料。

本发明制成的Al-Si-Zn急冷钎料合金熔点在585～620℃之间，Al-Si-Zn急冷钎料箔带宽15mm左右，厚120μm左右，能够保证最佳的钎焊性能。

单辊熔体快淬设备也称为单辊甩带机，原料在石英管内熔化后，通过喷嘴将熔融的原料喷至旋转的铜辊轮上，液态金属由于急冷而被制成薄带状。单辊熔体快淬法甩带设备的操作方法为：接通电源，开启冷却水水源；通水后三分钟，开启机上电源开关，按下油泵启动按钮启动油泵；按“喷嘴下降按钮”使石英夹头处于最低位置；安装石英管，调整好喷口与铜轮的间隙；然后开启氩气，调节氩气压力，把石英管提高到加热位置；选择半自动工作状态；将高温计测头瞄准待熔化的合金；按辊轮启动按钮，转动调速按钮，至转速上升到所需转速；保温喷甩制带，待制完后立即将石英管上升到夹头；按动辊轮停止按钮；关油泵、关机上电源，关氩气，断开外接电源，关闭冷却水。本发明未提及的操作参数可按常规方法执行。钎料经过单辊熔体快淬设备快速凝固处理后,组织变得更为均匀,钎料熔化温度降低，熔化区间也更窄。铺展迅速，润湿面积增大、润湿角减小。另外急冷钎料中的元素处于非稳态,有较高的自由能，扩散能力较强，钎料有很强的活性，从而保证钎焊接头有较高的强度。

注意每次制带后应清扫干净，保持辊轮清洁，光亮。

实施例1

铝合金/不锈钢钎焊用Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法，采用锌粉以及成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔为原料，钎料箔中铝、硅、铁、铜和镁占原料总重量的百分比为：铝78.8%、硅13%、铁0.7%、铜0.35%、镁0.15%，锌粉占原料总重量的百分比为：7%；制备步骤为：

（1）、将成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔以及锌粉按照上述比例加入到真空非自耗电弧炉中，将炉内抽成真空，真空度为4×10^-2Pa，然后向炉内冲入压强为0.02MPa的氩气作为保护气体；

（2）、打开电弧炉电源向原料中打入电弧，对原料进行熔炼，调节电流使原料以每秒28℃的速率升温，熔炼过程中通过电弧产生的推力搅拌熔融合金，熔炼温度上升至1400℃后，切断电弧炉电源自然冷却15分钟；

（3）、将熔炼后的原料取出并翻转后重新送入电弧炉，按照上述方法再进行2次熔炼；熔炼结束后，得到的合金自然冷却；

（4）、将冷却后的合金块取出，用砂纸对合金块表面进行打磨，去除合金块表面的残杂和氧化膜，打磨时，先用磨料粒度为400目的砂纸打磨一遍，再依次用磨料粒度为800目和1200目的砂纸各打磨一遍；

（5）、将打磨过的合金块放入单辊熔体快淬设备的石英管内，加热使合金块熔化，然后将熔化后的合金通过设备的喷嘴喷至辊轮上，经甩带制成宽15mm，厚120μm的钎料箔带，即制成Al-Si-Zn急冷钎料。

实施例2

铝合金/不锈钢钎焊用Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法，采用锌粉以及成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔为原料，钎料箔中铝、硅、铁、铜和镁占原料总重量的百分比为：铝84.8%、硅12%、铁0.6%、铜0.4%、镁0.2%，锌粉占原料总重量的百分比为：2%；制备步骤为：

（1）、将成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔以及锌粉按照上述比例加入到真空非自耗电弧炉中，将炉内抽成真空，真空度为4×10^-2Pa，然后向炉内冲入压强为0.02MPa的氩气作为保护气体；

（2）、打开电弧炉电源向原料中打入电弧，对原料进行熔炼，调节电流使原料以每秒28℃的速率升温，熔炼过程中通过电弧产生的推力搅拌熔融合金，熔炼温度上升至1450℃后，切断电弧炉电源自然冷却15分钟；

（3）、将熔炼后的原料取出并翻转后重新送入电弧炉，按照上述方法再进行1次熔炼；熔炼结束后，得到的合金自然冷却；

（4）、将冷却后的合金块取出，用砂纸对合金块表面进行打磨，去除合金块表面的残杂和氧化膜，打磨时，先用磨料粒度为400目的砂纸打磨一遍，再依次用磨料粒度为800目和1200目的砂纸各打磨一遍；

（5）、将打磨过的合金块放入单辊熔体快淬设备的石英管内，加热使合金块熔化，然后将熔化后的合金通过设备的喷嘴喷至辊轮上，经甩带制成宽15mm，厚120μm的钎料箔带，即制成Al-Si-Zn急冷钎料。

 

实施例3

铝合金/不锈钢钎焊用Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法，采用锌粉以及成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔为原料，钎料箔中铝、硅、铁、铜和镁占原料总重量的百分比为：铝87.7%、硅11%、铁0.8%、铜0.3%、镁0.1%，锌粉占原料总重量的百分比为：0.1%；制备步骤为：

（1）、将成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔以及锌粉按照上述比例加入到真空非自耗电弧炉中，将炉内抽成真空，真空度为4×10^-2Pa，然后向炉内冲入压强为0.02MPa的氩气作为保护气体；

（2）、打开电弧炉电源向原料中打入电弧，对原料进行熔炼，调节电流使原料以每秒28℃的速率升温，熔炼过程中通过电弧产生的推力搅拌熔融合金，熔炼温度上升至1500℃后，切断电弧炉电源自然冷却15分钟；

（3）、将熔炼后的原料取出并翻转后重新送入电弧炉，按照上述方法再进行2次熔炼；熔炼结束后，得到的合金自然冷却；

（4）、将冷却后的合金块取出，用砂纸对合金块表面进行打磨，去除合金块表面的残杂和氧化膜，打磨时，先用磨料粒度为400目的砂纸打磨一遍，再依次用磨料粒度为800目和1200目的砂纸各打磨一遍；

（5）、将打磨过的合金块放入单辊熔体快淬设备的石英管内，加热使合金块熔化，然后将熔化后的合金通过设备的喷嘴喷至辊轮上，经甩带制成宽15mm，厚120μm的钎料箔带，即制成Al-Si-Zn急冷钎料。

实施例4

    取含有42.9g铝、6g硅、0.4g铁、0.15g铜和0.05g镁的Al-Si钎料箔共49.50g，取锌粉0.5g，按照锌粉加入量为1%的比例混合配制，将上述配好的原料放入工业用真空非自耗感应炉中，并将炉内抽成真空，真空度为4×10^-2Pa，其次冲入0.02MPa的氩气作为保护气体；然后打开感应电弧炉电源预热5分钟，预热过后打入电弧引燃，开始对原料进行熔炼；熔炼过程中调节电流使其熔化均匀，在常压下，温度达到大约1400℃，待原料完全熔化均匀后，切断电源随炉冷却大约15分钟；待熔炼结束，将试样翻转重新打入电弧再进行熔炼两次，即可得到Al-Si-Zn普通钎料合金；熔炼完后需对块体Al-Si-Zn普通钎料合金表面进行研磨加工处理。采用单辊熔体快淬法将制成的Al-Si-Zn普通钎料合金转化制备成Al-Si-Zn急冷钎料。

    制成的Al-Si-Zn普通钎料合金润湿角12.33°，抗拉强度100.12MPa，熔点610℃。最终制成的Al-Si-Zn急冷钎料润湿角9.20°，抗拉强度119.95MPa，熔点602℃。

实施例5

取含有42.4g铝、5.5g硅、0.4g铁、0.15g铜和0.05g镁的Al-Si钎料箔共48.50g，取锌粉1.5g，按照锌粉加入量为3%的比例混合配制，将上述配好的原料放入工业用真空非自耗电弧炉中，并将炉内抽成真空真空度为4×10^-2Pa，其次冲入0.02MPa的氩气作为保护气体；然后打开电弧炉电源打入电弧引燃原料，开始对原料进行熔炼；熔炼过程中调节电流使其熔化均匀，在常压下，温度达到大约1450℃，待原料完全熔化均匀后，切断电源随炉冷却大约15分钟；待熔炼结束，将试样翻转重新打入电弧再进行熔炼一次，即可得到Al-Si-Zn普通钎料合金； 熔炼完后需对块体Al-Si-Zn普通钎料合金表面进行研磨加工处理。采用单辊熔体快淬法将制成的Al-Si-Zn普通钎料合金转化制备成Al-Si-Zn急冷钎料。

制成的Al-Si-Zn普通钎料合金润湿角11.19°，抗拉强度120.10MPa，熔点607℃。最终制成的Al-Si-Zn急冷钎料润湿角7.76°，抗拉强度100.91MPa，熔点598℃。

    实验结果表明，本发明所得产物Al-Si-Zn急冷钎料，具有优良的润湿性和力学性能，能够同步润湿不锈钢和铝合金，铝合金和不锈钢焊接后的抗拉强度大于100.9MPa，并且钎料熔点有所降低，满足钎焊使用要求，可以解决铝合金与不锈钢异材间钎焊难的问题。

Claims (1)

1.铝合金/不锈钢钎焊用Al-Si-Zn急冷钎料的制备方法，其特征在于：采用锌粉以及成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔为原料，钎料箔中铝、硅、铁、铜和镁占原料总重量的百分比为：铝78.8—87.7%、硅11－13%、铁0.6－0.8%、铜0.3－0.4%、镁0.1－0.2%，锌粉占原料总重量的百分比为：0.1—7%；制备步骤为：

（1）、将成分为铝、硅、铁、铜和镁的钎料箔以及锌粉按照上述比例加入到真空非自耗电弧炉中，将炉内抽成真空，真空度为4×10^-2Pa，然后向炉内冲入压强为0.02MPa的氩气作为保护气体；

（2）、打开电弧炉电源向原料中打入电弧，对原料进行熔炼，调节电流使原料以每秒28℃的速率升温，熔炼过程中通过电弧产生的推力搅拌熔融合金，熔炼温度上升至1400-1500℃后，切断电弧炉电源自然冷却15分钟；

（3）、将熔炼后的原料取出并翻转后重新送入电弧炉，按照上述方法再进行1至2次熔炼；熔炼结束后，得到的合金自然冷却；

（4）、将冷却后的合金块取出，用砂纸对合金块表面进行打磨，去除合金块表面的残杂和氧化膜，打磨时，先用磨料粒度为400目的砂纸打磨一遍，再依次用磨料粒度为800目和1200目的砂纸各打磨一遍；

（5）、将打磨过的合金块放入单辊熔体快淬设备的石英管内，加热使合金块熔化，然后将熔化后的合金通过设备的喷嘴喷至辊轮上，经甩带制成宽15mm，厚120μm的钎料箔带，即制成Al-Si-Zn急冷钎料。