CN102862002B - 一种Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料及其制备方法 - Google Patents
一种Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于铝及铝合金的钎焊材料领域，涉及一种Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料及其制备方法。钎料的化学成分为：Si 4%~8%、Zn 18%~28%、Ge 8%~25%、Ni 0~3%，余量为Al。另外，钎料中还可添加微量Sr改善钎料组织和性能。它的制备步骤为：（1）根据用料配比称取金属原料；（2）在NaCl和KCl的熔盐保护下熔炼Al-Si中间合金液；（3）再加入Ge得Al-Si-Ge中间合金，随后加入Zn得到Al-Si-Zn-Ge合金；（4）最后加入Ni、Sr；（5）浇注成锭。该钎料具有较低的熔点，可以实现低熔点铝合金的钎焊；具有良好的机械加工性能，可制成钎料箔和钎料丝。
Description
技术领域
本发明属于铝及铝合金的钎焊材料领域，涉及一种用于铝及铝合金钎焊的Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料及其制备方法。
背景技术
铝及铝合金由于密度小，热导率和电导率高（仅列于Ag、Cu、Au之后），强度高，耐蚀性好，在近代工业材料中占有其独特的地位。随着铝及铝合金越来越广泛的应用，人们也更多的关注铝及铝合金的连接问题。钎焊作为一种材料精密连接方法，具有加热温度较低，母材不融化，对母材的组织和性能影响较小，结构变形小，生产效率高，接头美观等优点，在航空航天领域、工业生产中发挥着巨大的作用。然而与其它金属材料相比，铝及铝合金钎焊难度较大，一个很重要的原因就是常用铝基钎料和铝及铝合金熔化温度接近，从而极易造成母材过烧软化。
Al-Si钎料因其具有良好的润湿性、流动性、钎焊性、 强度和母材色泽一致性、抗腐蚀性都极佳，使得这一钎料成为目前使用最广泛的铝合金硬钎焊用钎料。但是该钎料由于熔点较高（液相线温度为577℃），从而在低熔点铝合金的钎焊使用中受到限制。
目前，国内外对低熔点铝基钎料进行着大量的研究，其中研究较多的有Al-Si-Cu系、Al-Ag-Cu系、Al-Si-Ge系等合金体系，但大都存在相应的问题，而未成为一种普遍被采用的钎料。如S.Y. Chang等人研制的Al-9.6Si-20Cu 钎料虽然流动性相对Al-Si显著增加，但生成的金属化合物CuAl2脆性较大使得钎料性能恶化，同时加工工艺性能差，很难加工成丝或箔状；北京航空航天大学的于文花等也研究了一系列的Al-Si-Cu-Ni系钎料，由于Ni元素的加入钎料性能有所改善，但加工工艺性能依然很差；哈尔滨焊接研究所的薛松柏等人研究的Al-Ag-Cu系虽然能使钎料的熔点降低到500℃左右，但由于Ag的含量太高，导致成本太高，同时加工工艺性能太差；日本茅本隆司等人研究的Al-Si-Ge系也存在相应的问题，Ge含量高，加工性能更差；近年来北京工业大学张福礼等人向Al-Si-Ge系中加Cu，组成Al-Si-Ge-Cu系，以此来降低Ge的含量来降低成本，但由于Cu的加入，钎料中引入Al2Cu金属间化合物，加工工艺性依然很差。
因此，研制一种熔点低（500℃左右）、成本低、加工工艺性能好、接头综合性能优良的钎料成为急切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是研制一种成本相对较低，加工工艺性能好，熔点低（500℃左右），综合性能优良的新型低熔点铝基钎料，来解决钎料加工工艺性差、钎焊过程中母材易被过烧（尤其火焰钎焊）、低熔点铝合金难钎焊的问题。
本发明是通过以下措施实现的：
在纯Al中同时添加多种元素Si、Zn、Ge、Ni、Sr组成Al-Si-Zn-Ge系多元合金。加Zn的主要目的是增加钎料的加工工艺性、润湿性和流动性，更重要的是Zn的加入显著降低了Ge的含量，降低了成本；加Ge的主要目的是降低钎料的熔点；加Ni的主要目的是提高钎料的抗腐蚀性能，加Sr的主要目的是对钎料进行变质处理，细化晶粒，提高钎料的强度和改善钎料的塑性。
该钎料的成分质量比为：Si 4~8%、Zn 18~28%、Ge 8~25%、Ni 0~3%、Sr 0.01~0.05%，余量为Al。
本发明提出的Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料的制备方法步骤如下：
（1）根据用料配比称取金属原料；
（2）在在NaCl和KCl的熔盐保护下熔炼Al-Si中间合金液，加入Ge得中间合金，在一定条件下再分别加入Zn得到Al-Si-Zn-Ge合金；
（3）加入Ni、Sr进行球化处理；
（4）保温30分钟，每10分钟搅拌一次，保证钎料合金成分均匀。
（5）浇注成锭，经轧制、拉拔后制成箔片和丝。
有益效果：
（1）本发明钎料的熔点为490℃~510℃，可以钎焊固相线温度在500℃以上的几乎所有铝合金，适用范围广泛。
（2）本发明钎料，配合AlF3-CsF钎剂，0.1g钎料的铺展面积平均大于500mm2，钎料的流动性好，钎缝成形好。
（3）钎料具有良好的机械加工性能，很容易制备成钎料箔或钎料丝。
（4）该钎料钎焊铝及铝合金，获得钎焊接头的强度接近Al-Si钎料的使用效果。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明做进一步地详述。
实施例1：
钎料的成分质量比为：Si 8%、Zn 25%、Ge 10%，余量为Al。按照上述钎料制备方法，制成钎料箔。对上述制得的Al-Si-Zn-Ge系铝基钎料进行DTA差热分析实验，测试钎料的熔点；并按照国家标准的规定对钎料的铺展性进行了检测；同时利用火焰钎焊配合AlF3-CsF钎剂钎焊纯铝1060，并对接头强度进行检测（所执行的国家标准为：GB/T11364-89《钎料铺展性及填缝性试验方法》和GB11363-89《钎焊接头强度试验方法》，下同）。检测结果如表1所示。
实施例2：
钎料的成分质量比为：Si 8%、Zn 25%、Ge 10%、Ni 1%，余量为Al。按照上述钎料制备方法，制成钎料箔。对上述制得的Al-Si-Zn-Ge系铝基钎料进行DTA差热分析实验，测试钎料的熔点；并按照国家标准的规定对钎料的铺展性进行了检测；同时利用火焰钎焊配合AlF3-CsF钎剂钎焊纯铝1060，并对接头强度进行检测（所执行的国家标准为：GB/T11364-89《钎料铺展性及填缝性试验方法》和GB11363-89《钎焊接头强度试验方法》，下同）。检测结果如表1所示。
实施例3：
钎料的成分质量比为：Si 7%、Zn 25%、Ge 12%、Ni 1.5%、Sr 0.02%，余量为Al。按照上述钎料制备方法，制成钎料箔。对上述制得的Al-Si-Zn-Ge系铝基钎料进行DTA差热分析实验，测试钎料的熔点；并按照国家标准的规定对钎料的铺展性进行了检测；同时利用火焰钎焊配合AlF3-CsF钎剂钎焊纯铝1060，并对接头强度进行检测。检测结果如表1所示
实施例4：
钎料的成分质量比为：Si 6%、Zn 22%、Ge 15%、Ni 2%、Sr 0.03%，余量为Al。按照上述钎料制备方法，制成钎料箔。对上述制得的Al-Si-Zn-Ge系铝基钎料进行DTA差热分析实验，测得钎料的熔点；并按照国家标准的规定对钎料的铺展性检测；同时配合AlF3-CsF钎剂用于2024铝合金炉中钎焊，对接头剪切强度进行了检测。检测结果如表1所示。
实施例5：
钎料的成分质量比为：Si 5%、Zn 22%、Ge 24%、Ni 2.5%、Sr 0.04%，余量为Al。按照上述钎料制备方法，制成钎料箔。对上述制得的Al-Si-Zn-Ge系铝基钎料进行DTA差热分析实验，测得钎料的熔点；并按照国家标准的规定对钎料的铺展性检测；同时配合AlF3-CsF钎剂用于2024铝合金炉中钎焊，对接头剪切强度进行了检测。检测结果如表1所示。
表1、实施例1-5中制备的钎料成分及质量百分比以及相应的实验结果
Claims (3)
1.一种Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料，其特征是成分质量百分比为：Si 4~8%、Zn 15~28%、Ge 8~25%、Ni 0~3%，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料，其特征在于：钎料成分质量比为：Si 4~8%、Zn 15~28%、Ge 8~25%、Ni 0~3%，Sr 0.01~0.05%，余量为Al。
3.如权利要求1或2所述的Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：（1）根据用料配比称取金属原料；（2）在NaCl和KCl的熔盐保护下熔炼Al-Si中间合金液，加入Ge获得Al-Si-Ge中间合金，随后加入Zn得到Al-Si-Zn-Ge合金；（3）加入Ni、Sr；（4）保温30分钟，每10分钟搅拌一次，保证钎料合金成分均匀；（5）浇注成锭，经轧制、拉拔后制成箔片和丝。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |