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

一种含TiC纳米颗粒的铝合金钎料及制备方法
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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