CN106624439A - 一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其原料按重量百分比包括:铝合金基材90~98%、TiC纳米颗粒2~10%;铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 4~6%,Fe 0.1~0.3%,Cu 0.1~0.5%,Zn 0.05~0.2%,余量为Al及不可避免的杂质;本发明还公开了一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料的制备方法。本发明在Al‑Si基合金剂基础上添加了TiC纳米颗粒,强化焊接接头的组织结构,提高了接头的力学性能,强度达到350MPa,优化制备工艺,获得了焊接性能好且力学性能优良的钎料,满足生产和应用的要求。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金钎料技术领域,尤其涉及一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料及制备方法。
背景技术
随着国内外企业提出散热器轻量化、小型化、降低成本的要求,对铝代铜的研究工作已经取得了一定的突破。随着铝制品的大规模应用,铝钎焊材料的用量也大幅度增加,铝制换热器及散热器已经在家用空调、汽车空调等中广泛使用。随着散热器广泛采用铝合金作为制作材料,铝合金钎焊材料的使用量将显著提高,伴随着用量的提高,钎焊技术和焊接接头质量的要求也将随之变得严格要求,其中很重要的就是钎料。目前铝合金钎焊材料常用有Al-Mg-Si型钎料,其具有结合强度高、铺展润湿性好是的优点,但是采用Al-Mg-Si合金钎焊时以为铝合金自身的缺点,常会出现接头软化的现象,使得钎焊质量不能达到理想状态。因此,迫切需要研发制备中低温熔点合金钎料,降低钎焊温度强化焊缝金属保证焊层具备良好的力学性能。
发明内容
本发明提出了一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,在Al-Si基合金剂基础上添加了TiC纳米颗粒,强化焊接接头的组织结构,提高了接头的力学性能,强度达到350MPa,优化制备工艺,获得了焊接性能好且力学性能优良的钎料,满足生产和应用的要求。
本发明提出的一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其原料按重量百分比包括:铝合金基材90~98%、TiC纳米颗粒2~10%;铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 4~6%,Fe0.1~0.3%,Cu 0.1~0.5%,Zn 0.05~0.2%,余量为Al及不可避免的杂质。
优选地,Si在铝合金基材中的重量百分比为4%、4.1%、4.2%、4.3%、4.4%、4.5%、4.6%、4.7%、4.8%、4.9%、5%、5.1%、5.2%、5.3%、5.4%、5.5%、5.6%、5.7%、5.8%、5.9%、6%,Fe在铝合金基材中的重量百分比为0.1%、0.12%、0.14%、0.16%、0.18%、0.2%、0.22%、0.24%、0.26%、0.28%、0.3%,Cu在铝合金基材中的重量百分比为0.1%、0.12%、0.14%、0.16%、0.18%、0.2%、0.22%、0.24%、0.26%、0.28%、0.3%、0.32%、0.34%、0.36%、0.38%、0.4%、0.42%、0.44%、0.46%、0.48%、0.5%,Zn在铝合金基材中的重量百分比为0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%、0.1%、0.11%、0.12%、0.13%、0.14%、0.15%、0.16%、0.17%、0.18%、0.19%、0.2%。
优选地,TiC纳米颗粒制备过程如下:将金红石和炭黑置于分散介质中混合球磨15-20h,烘干得到混合物料,将混合物料在不同的微波功率下进行微波反应,冷却至100℃以下,得到TiC纳米颗粒。
优选地,混合物料微波反应分为三个阶段:第一阶段、第二阶段和第三阶段。
优选地,第一阶段微波功率为8000W,反应时间为15-25min。
优选地,第二阶段微波功率为10000W,反应时间为15-25min。
优选地,第三阶段微波功率为12000W,反应时间为25-35min。
优选地,第一阶段微波功率为8000W,反应时间为15-25min;第二阶段微波功率为10000W,反应时间为15-25min;第三阶段微波功率为12000W,反应时间为25-35min。
优选地,微波反应第一阶段微波功率为8000W,反应时间为20min,第二阶段微波功率为10000W,反应时间为20min,第三阶段微波功率为12000W,反应时间为30min。
优选地,TiO2和炭黑的摩尔比为1:3~4,其中TiO2为金红石中的TiO2含量。
优选地,在TiC纳米颗粒制备过程中,烘干在50℃的鼓风干燥箱中进行,烘干时间为24h。
优选地,在TiC纳米颗粒制备过程中,冷却至70-90℃。
优选地,在TiC纳米颗粒制备过程中,分散介质为无水乙醇;优选地,球磨的料:球:无水乙醇的重量比为1:5:2。
优选地,球磨的料是指待球磨的金红石和炭黑的混合物,球是指球磨机中的耐磨球。
优选地,其原料按重量百分比包括:铝合金基材95%、TiC纳米颗粒5%。
优选地,铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 5%,Fe 0.2%,Cu 0.3%,Zn0.15%,余量为Al及不可避免的杂质。
一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料的制备方法,包括如下步骤:
S1、在感应炉加入铝合金基材,升温,待铝合金基材融化后检测基材合金液中组分含量,除去表面浮渣,得到基材合金液;
S2、将TiC纳米颗粒加入基材合金液中,通入氩气作为保护气,升温至550-600℃,搅拌,保温为1-2h,空冷得到钎料基材。
S3、将钎料基材进行时效处理,时效温度为150-170℃,时效时间为4-12h,得到含TiC纳米颗粒的铝合金钎料。
优选地,在S2中,升温至580℃,保温1.5h。
优选地,在S3中,时效温度为160℃,时效时间为8h。
本发明采用Al-Si合金作为钎料基材,Si在钎焊铝合金表面时具备良好的润湿性、抗腐蚀性、在母材表面的铺展性能良好,加入少量的Cu、Zn、Fe一方面降低了钎料的熔点,保护焊接主体金属不受损害,另一方面提高了焊接接头的强度,获得优异性能的钎焊接头;TiC颗粒以两种形式存在于焊后接头中,一部分TiC残留在铝基体中,成为基体的强化相,提高了焊接接头强度,一部分TiC偏聚在铝晶界,TiC在Al基体中的可动性极低,起到钉扎晶界的作用,阻碍晶界的迁移,从而抑制晶粒长大,细化接头组织,焊接接头组织都具有良好的韧性,在拉伸载荷下表现出良好的塑性变形能力,有效地提高接头焊接强度,改善铝合金焊接质量;钎料制备过程对基材进行加热处理,使金属合金与TiC颗粒固溶强化,提高了焊缝的强度,时效处理使得钎料内部结构更加紧致,强度显著提高。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其原料按重量百分比包括:铝合金基材95%、TiC纳米颗粒5%;铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 5%,Fe 0.2%,Cu 0.3%,Zn0.15%,余量为Al及不可避免的杂质。
实施例2
一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其原料按重量百分比包括:铝合金基材98%、TiC纳米颗粒2%;铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 4%,Fe 0.3%,Cu 0.1%,Zn0.2%,余量为Al及不可避免的杂质;TiC纳米颗粒制备过程如下:将金红石和炭黑置于分散介质中混合球磨15h,烘干得到混合物料,将混合物料在不同的微波功率下进行微波反应,冷却至100℃以下,得到TiC纳米颗粒。
实施例3
一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其原料按重量百分比包括:铝合金基材90%、TiC纳米颗粒10%;铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 6%,Fe 0.1%,Cu 0.5%,Zn0.05%,余量为Al及不可避免的杂质;TiC纳米颗粒制备过程如下:将金红石和炭黑置于分散介质中混合球磨20h,烘干得到混合物料,将混合物料在不同的微波功率下进行微波反应,微波反应分为三个阶段:第一阶段、第二阶段和第三阶段;冷却至90℃,得到TiC纳米颗粒。
实施例4
一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其原料按重量百分比包括:铝合金基材93%、TiC纳米颗粒7%;铝合金基材组分按重量百分比包括:Si4.5%,Fe 0.15%,Cu 0.24%,Zn0.09%,余量为Al及不可避免的杂质;TiC纳米颗粒制备过程如下:将金红石和炭黑置于分散介质中混合球磨18h,烘干得到混合物料,将混合物料在不同的微波功率下进行微波反应,微波反应分为三个阶段:微波反应第一阶段微波功率为8000W,反应时间为20min,第二阶段微波功率为10000W,反应时间为20min,第三阶段微波功率为12000W,反应时间为30min,冷却至80℃,得到TiC纳米颗粒。
实施例5
一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其原料按重量百分比包括:铝合金基材90~98%、TiC纳米颗粒2~10%;铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 4~6%,Fe 0.1~0.3%,Cu 0.1~0.5%,Zn 0.05~0.2%,余量为Al及不可避免的杂质;TiC纳米颗粒制备过程如下:将金红石和炭黑置于无水乙醇中TiO2和炭黑的摩尔比为1:3,混合球磨20h,球磨的料:球:无水乙醇的重量比为1:5:2,在50℃的鼓风干燥箱中烘干24h,得到混合物料,将混合物料在不同的微波功率下进行微波反应,微波反应分为三个阶段:第一阶段微波功率为8000W,反应时间为15min,第二阶段微波功率为10000W,反应时间为25min,第三阶段微波功率为12000W,反应时间为35min,冷却至70℃,得到TiC纳米颗粒;
TiC纳米颗粒铝合金钎料由如下步骤制得:
S1、在感应炉加入铝合金基材,升温,待铝合金基材融化后检测基材合金液中组分含量,除去表面浮渣,得到基材合金液;
S2、将TiC纳米颗粒加入基材合金液,通入氩气作为保护气,升温至550℃,搅拌,保温为2h,空冷得到钎料基材。
S3、将钎料基材进行时效处理,时效温度为150℃,时效时间为12h,得到含TiC纳米颗粒的铝合金钎料。
实施例6
一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其原料按重量百分比包括:铝合金基材94%、TiC纳米颗粒6%;铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 5.5%,Fe 0.26%,Cu 0.34%,Zn0.11%,余量为Al及不可避免的杂质;TiC纳米颗粒制备过程如下:将金红石和炭黑置于无水乙醇中,TiO2和炭黑的摩尔比为1:4,混合球磨20h,球磨的料:球:无水乙醇的重量比为1:5:2,在50℃的鼓风干燥箱中烘干24h,得到混合物料,将混合物料在不同的微波功率下进行微波反应,微波反应分为三个阶段:第一阶段微波功率为8000W,反应时间为15min,第二阶段微波功率为10000W,反应时间为25min,第三阶段微波功率为12000W,反应时间为35min,冷却至70℃,得到TiC纳米颗粒;
TiC纳米颗粒铝合金钎料由如下步骤制得:
S1、在感应炉加入铝合金基材,升温,待铝合金基材融化后检测基材合金液中组分含量,除去表面浮渣,得到基材合金液;
S2、将TiC纳米颗粒加入基材合金液,通入氩气作为保护气,升温至600℃,搅拌,保温为1h,空冷得到钎料基材。
S3、将钎料基材进行时效处理,时效温度为170℃,时效时间为4h,得到含TiC纳米颗粒的铝合金钎料。
实施例7
一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其原料按重量百分比包括:铝合金基材97%、TiC纳米颗粒3%;铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 5.5%,Fe 0.26%,Cu 0.34%,Zn0.11%,余量为Al及不可避免的杂质;TiC纳米颗粒制备过程如下:将金红石和炭黑置于无水乙醇中,TiO2和炭黑的摩尔比为1:4,混合球磨17h,球磨的料:球:无水乙醇的重量比为1:5:2,在50℃的鼓风干燥箱中烘干24h,得到混合物料,将混合物料在不同的微波功率下进行微波反应,微波反应分为三个阶段:第一阶段微波功率为8000W,反应时间为15min,第二阶段微波功率为10000W,反应时间为25min,第三阶段微波功率为12000W,反应时间为35min,冷却至70℃,得到TiC纳米颗粒;
TiC纳米颗粒铝合金钎料由如下步骤制得:
S1、在感应炉加入铝合金基材,升温,待铝合金基材融化后检测基材合金液中组分含量,除去表面浮渣,得到基材合金液;
S2、将TiC纳米颗粒加入基材合金液,通入氩气作为保护气,升温至580℃,搅拌,保温为1.5h,空冷得到钎料基材。
S3、将钎料基材进行时效处理,时效温度为160℃,时效时间为8h,得到含TiC纳米颗粒的铝合金钎料。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其特征在于,其原料按重量百分比包括:铝合金基材90~98%、TiC纳米颗粒2~10%;铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 4~6%,Fe0.1~0.3%,Cu 0.1~0.5%,Zn 0.05~0.2%,余量为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其特征在于,TiC纳米颗粒制备过程如下:将金红石和炭黑置于分散介质中混合球磨15-20h,烘干得到混合物料,将混合物料在不同的微波功率下进行微波反应,冷却至100℃以下,得到TiC纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其特征在于,混合物料微波反应分为三个阶段:第一阶段、第二阶段和第三阶段。
4.根据权利要求3所述的含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其特征在于,第一阶段微波功率为8000W,反应时间为15-25min。
5.根据权利要求3所述的含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其特征在于,第二阶段微波功率为10000W,反应时间为15-25min;优选地,第三阶段微波功率为12000W,反应时间为25-35min。
6.根据权利要求2或3所述的含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其特征在于,TiO2和炭黑的摩尔比为1:3~4,其中TiO2为金红石中的TiO2含量。
7.根据权利要求2所述的含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其特征在于,分散介质为无水乙醇;优选地,球磨的料:球:无水乙醇的重量比为1:5:2。
8.根据权利要求1所述的含TiC纳米颗粒的铝合金钎料,其特征在于,其原料按重量百分比包括:铝合金基材95%、TiC纳米颗粒5%;优选地,铝合金基材组分按重量百分比包括:Si 5%,Fe 0.2%,Cu 0.3%,Zn 0.15%,余量为Al及不可避免的杂质。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的含TiC纳米颗粒的铝合金钎料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、在感应炉加入铝合金基材,升温,待铝合金基材融化后检测基材合金液中组分含量,除去表面浮渣,得到基材合金液;
S2、将TiC纳米颗粒加入基材合金液中,通入氩气作为保护气,升温至550-600℃,搅拌,保温为1-2h,空冷得到钎料基材。
S3、将钎料基材进行时效处理,时效温度为150-170℃,时效时间为4-12h,得到含TiC纳米颗粒的铝合金钎料。
10.根据权利要求9所述的含TiC纳米颗粒的铝合金钎料的制备方法,其特征在于,在S3中,时效温度为160℃,时效时间为8h。
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PB01 | Publication | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170510 |