CN105215575A - 一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂 - Google Patents

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张思文
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Abstract

本发明涉及一种焊接用钎剂。一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂，其特征在于它由四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体、氟硅酸钾、氟硼酸钾、铝、锌、锡和铜的粉末混合研磨而成，各原料所占重量百分比数为：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾（KAlF4+K3AlF6）共晶体40%~60%、氟硅酸钾（K2SiF6）0~10%、氟硼酸钾（KBF4）0~10%、铝（Al）10%~30%、锌（Zn）0%~10%、锡（Sn）0%~10%、铜（Cu）0~10%，各原料所占重量百分数之和为100%。本发明在保持已有钎剂良好润湿铺展性的同时，改善了接头组织，减少了脆性金属间化合物的形成，使熔钎焊接头力学性能得到提高，最终实现铝合金、不锈钢异种金属的优质可靠连接；还具有熔钎焊工艺相对简单、能耗及原料成本较低，焊后钎剂残留量少、残渣易清洗等优点。

Description

一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂
技术领域
本发明涉及一种焊接用钎剂，尤其是一种铝合金与不锈钢熔钎焊用钎剂。
背景技术
铝合金/不锈钢复合结构具有重量轻、强度高、耐腐蚀等综合特点，因此被广泛应用在航空航天，汽车、船舶制造等领域。然而，铝合金与不锈钢固溶度极低、热物理性质差异大，焊接过程易生成脆性金属间化合物，给二者的连接造成很大的困难。
近年来，熔钎焊成为铝合金/不锈钢异种材料连接的热门研究方向。铝合金/不锈钢熔钎焊的实质是熔化的铝及焊丝与固态的钢通过界面反应结合在一起，该焊接过程兼备熔焊和钎焊的双重特点。
目前，铝合金/不锈钢熔钎焊大多直接使用Nocolok钎剂(KAlF4+K3AlF6)。对该钎剂已有的改进有如下几类：(1)添加较多的Al粉；(2)添加较多的Zn粉、Sn粉以及氟硅酸钾、氟硼酸钾等；(3)添加某些金属氟化物(如ZnF2、SnF4、CuF2)等。这些添加组分对去除金属表面氧化膜、改善钎料铺展润湿、提高界面活性等方面具有辅助作用，但是也分别存在着铝/不锈钢熔钎焊工艺复杂、组分原材料成本上升、能耗增加，特别是较难显著改善熔钎焊过程中脆性金属间化合物组织及性能上的不足。另外，采用在不锈钢表面镀Cu、Ag、Ni层的方法，虽可较好改善接头中脆性金属间化合物的状态及分布，但其综合成本较高且工艺复杂，在实际工业应用中难以推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂，使用该钎剂，润湿铺展良好，接头抗拉强度高。
实现本发明目的的技术方案是：一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂，其特征在于它由四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体、氟硅酸钾、氟硼酸钾、铝、锌、锡和铜的粉末混合研磨而成，各原料所占重量百分比数为：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾(KAlF4+K3AlF6)共晶体40％～60％、氟硅酸钾(K2SiF6)0～10％、氟硼酸钾(KBF4)0～10％、铝(Al)10％～30％、锌(Zn)0％～10％、锡(Sn)0％～10％、铜(Cu)0～10％，各原料所占重量百分数之和为100％。使用时，用无水乙醇将该配制好的混合粉末调制成液态,均匀涂敷于待焊不锈钢材料表面。
优选地，各原料所占重量百分比数为：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾(KAlF4+K3AlF6)共晶体40％～60％、氟硅酸钾(K2SiF6)2～10％、氟硼酸钾(KBF4)2～10％、铝(Al)10％～30％、锌(Zn)2％～10％、锡(Sn)2％～10％、铜(Cu)2～10％，各原料所占重量百分数之和为100％。
优选地，各原料所占重量百分比数最佳为：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾(KAlF4+K3AlF6)共晶体55％、氟硅酸钾(K2SiF6)5％、氟硼酸钾(KBF4)5％、铝(Al)15％、锌(Zn)5％、锡(Sn)7％、铜(Cu)8％。
其中，四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体、氟硅酸钾、氟硼酸钾、铝、锌、锡和铜的粉末(KAlF4、K3AlF6、K2SiF6、KBF4、Al、Zn、Sn、Cu的状态)均为200～500目的粉末。
所述四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体中，四氟铝酸钾与六氟铝酸钾所占重量百分比数为：四氟铝酸钾72％、六氟铝酸钾28％。
本发明通过适量添加辅助钎剂和有关合金元素粉末，既可改善钎料铺展润湿，促进接头接合，又可减少焊接接头脆性金属间化合物的生成或减少脆性金属间化合物层厚度，从而实现焊接铝合金与不锈钢的优质连接。
在本发明所述钎剂中，所述四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体为钎剂的基体，保证了钎剂的粘合性及在不锈钢表面良好的涂敷性，同时去除母材表面氧化膜，降低界面张力，促进钎料润湿铺展；所述氟硅酸钾、氟硼酸钾可去除工件表面氧化膜，进一步促进润湿铺展；所述铝粉液化后，起到钎料的作用，促进铝合金与不锈钢界面结合；所述铜在较低温度下即可与铝发生反应，形成固溶体和金属间化合物，从而阻断铝与铁脆性金属间化合物的连续形成，有效提高焊缝强度。所述锌、锡在熔钎焊过程中形成液态金属层，铺展在不锈钢表面，在一定程度上抑制液态填充金属中A1原子向钢一侧的扩散，防止脆性相Fe2Al5的过度生长，同时，铜、锌、锡原子之间也可部分互溶，提高了接合面强度。
与现有技术相比较，本发明所述钎剂通过添加适量的辅助钎剂及有关合金粉末，使其发生有利的交互作用，在保持已有钎剂良好润湿铺展性的同时，改善了接头组织，减少了脆性金属间化合物的形成，使熔钎焊接头力学性能得到提高，最终实现铝合金、不锈钢异种金属的优质可靠连接，接头抗拉强度高。另外，本发明所述钎剂还具有熔钎焊工艺相对简单、能耗及原料成本较低，焊后钎剂残留量少、残渣易清洗等优点。
附图说明
图1为使用本发明的铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂的焊接示意图。
图1中标号：1—TIG焊焊枪；2—焊接电弧；3—铝合金板；4—陶瓷衬垫；5—填充焊丝；6—钎剂；7—不锈钢板。图1中的板厚3的单位为mm，即3mm。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂(粉末状)，它由四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体、氟硅酸钾、氟硼酸钾、铝、锌、锡和铜的粉末混合研磨而成，各原料所占重量百分比数为：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾(KAlF4+K3AlF6)共晶体55％、氟硅酸钾(K2SiF6)5％、氟硼酸钾(KBF4)5％、铝(Al)15％、锌(Zn)5％、锡(Sn)7％、铜(Cu)8％。使用时，用无水乙醇将该配制好的混合粉末调制成液态,均匀涂敷于待焊不锈钢材料表面。
其中，KAlF4、K3AlF6、K2SiF6、KBF4、Al、Zn、Sn、Cu的状态为200～500目的粉末。
所述四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体中，四氟铝酸钾与六氟铝酸钾所占重量百分比数为：四氟铝酸钾72％、六氟铝酸钾28％(以下相同)。
母材为6061铝合金板(即图1中的铝合金板3)和304不锈钢板(即图1中的不锈钢板7)，铝合金板与不锈钢板板厚均为3.0mm，采用直流TIG电源，进行对接试验，填充材料采用Al-Si5焊丝5，焊接示意图如图1所示。结果表明：在熔钎焊过程中，本发明的粉末状钎剂6(使用时用无水乙醇将其调制成液态涂敷)在不锈钢板7的表面润湿铺展良好，获得的熔钎焊接头成形美观，焊缝气孔少；拉伸试验显示接头断裂于焊缝靠不锈钢侧区域，接头抗拉强度达到115MPa，与纯Nocolok钎剂熔钎焊接头相比，其强度提高约43.75％。
实施例2：
一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂，它由四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体、氟硅酸钾、氟硼酸钾、铝、锌、锡和铜的粉末混合研磨而成，各原料所占重量百分比数为：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾(KAlF4+K3AlF6)共晶体40％、氟硅酸钾(K2SiF6)10％、氟硼酸钾(KBF4)10％、铝(Al)10％、锌(Zn)10％、锡(Sn)10％、铜(Cu)10％。
其中，KAlF4、K3AlF6、K2SiF6、KBF4、Al、Zn、Sn、Cu的状态为200～500目的粉末。
进行对接试验，同实施例1，结果表明：本发明的粉末状的钎剂在不锈钢表面润湿铺展良好，获得的熔钎焊接头成形较美观，焊缝气孔较少；拉伸试验显示接头断裂于焊缝靠不锈钢侧区域，接头抗拉强度达到92MPa。
实施例3：
一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂，它由四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体、氟硅酸钾、氟硼酸钾、铝、锌、锡和铜的粉末混合研磨而成，各原料所占重量百分比数为：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾(KAlF4+K3AlF6)共晶体60％、氟硅酸钾(K2SiF6)2％、氟硼酸钾(KBF4)2％、铝(Al)30％、锌(Zn)2％、锡(Sn)2％、铜(Cu)2％。
其中，KAlF4、K3AlF6、K2SiF6、KBF4、Al、Zn、Sn、Cu的状态为200～500目的粉末。
进行对接试验，同实施例1，结果表明：本发明的粉末状的钎剂在不锈钢表面润湿铺展良好，获得的熔钎焊接头成形较美观，焊缝气孔较少；拉伸试验显示接头断裂于焊缝靠不锈钢侧区域，接头抗拉强度达到101MPa。

Claims (4)

1.一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂，其特征在于它由四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体、氟硅酸钾、氟硼酸钾、铝、锌、锡和铜的粉末混合研磨而成，各原料所占重量百分比数为：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾(KAlF4+K3AlF6)共晶体40％～60％、氟硅酸钾(K2SiF6)0～10％、氟硼酸钾(KBF4)0～10％、铝(Al)10％～30％、锌(Zn)0％～10％、锡(Sn)0％～10％、铜(Cu)0～10％，各原料所占重量百分数之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂，其特征在于：各原料所占重量百分比数为：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体40％～60％、氟硅酸钾2～10％、氟硼酸钾2～10％、铝10％～30％、锌2％～10％、锡2％～10％、铜2～10％，各原料所占重量百分数之和为100％。
3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂，其特征在于：各原料所占重量百分比数最佳为：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体55％、氟硅酸钾5％、氟硼酸钾5％、铝15％、锌5％、锡7％、铜8％。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种铝合金/不锈钢熔钎焊用钎剂，其特征在于：四氟铝酸钾+六氟铝酸钾共晶体、氟硅酸钾、氟硼酸钾、铝、锌、锡和铜的粉末均为200～500目的粉末。
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