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Abstract

本发明涉及一种高强度铝基钎料及其制备方法，按照重量百分比计，包括Si4‑4.5，Cu0.1‑0.5，Mg0.03‑0.08，Zn0.05‑0.1，In0.1‑0.2，纳米TiO20.3‑.0.5，碳纳米管0.01‑0.02，余量为Al和不和避免杂质。本发明通过添加纳米TiO2和碳纳米管为强化材料，纳米TiO2颗粒具有硬度高、熔点高、热膨胀系数小、稳定性好等特点；纳米碳管具有热膨胀系数小，导电率优异，强度、硬度非常高的特点。这两种材料均比较适合于用作强化材料。通过优化它们的配比，使其钎料具有良好的焊接性能。

Description

一种高强度铝基钎料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度铝基钎料及其制备方法，属于铝合金焊料领域。
背景技术
铝合金由于具有密度小、比强度高等优点，广泛应用于航空、航天、石化、汽车、机械等领域，很多传统的铜合金波导、高频器件、冷凝器、热交换器等已被铝合金所取代。钎焊作为铝合金连接的重要方法之一，具有钎焊件变形小、尺寸精度高等优点，在实际生产中得到越来越广泛的应用，特别适合于制造复杂的铝合金构件。Al-Si系钎料以A1-Si共晶成分为基础，该共晶合金具有良好的润湿性、流动性、钎焊接头的抗腐蚀性和可加工性，且钎焊接头强度高，是铝合金钎焊中应用最广的一种铝钎料。但Al-Si系钎料熔点较高(Al-Si共晶合金的共晶温度为577℃)，钎焊时钎焊温度多在600℃以上，接近于铝合金的固相线温度，易使母材发生过烧、溶蚀等现象。在一些特殊的应用场合，如薄壁的铝制板翅式换热器的钎焊，Al-Si系钎料的应用受到很大的制约。对于高强度铝基钎料来说，低熔点与高强度是一对矛盾，目前市场上的铝基钎料都没有同时具备低熔点、高强度的特性。低熔点铝基钎料一般是通过合金化手段大量添加能够强烈降低熔点的合金元素如Si、Cu等基本成分而获得的。而Si、Cu等元素含量很高时，在钎料组织中会形成大量的脆性相，如针状Al-Si共晶，或Al-Si-Cu共晶，甚至块状的Si初晶，以及大块状的Al2Cu化合物等，使钎料本身的性能显著脆化，几乎完全没有韧性和塑性(拉伸率)。由于金属的强度与韧性及塑性之间的关系是互相消长的，没有高的韧性和塑性的金属材料就不可能有高的强度。再加上金属重熔普遍存在的“冶金遗传现象”，以脆性的钎料钎焊母材所得接头的强度必然不高，脆断倾向极大，往往在钎焊结构件服役条件下接头突然失效，造成整个铝合金钎焊结构件突然崩溃，从而酿成设备事故。
授权公告号CN 102000924B，发明名称：一种低熔点、高强度铝基钎料及其制备方法，所述钎料按质量百分比计它由下述组分组成：Si：6～13％、Cu：6～13％、Ni：1～3％、Sr：0.01～0.1％、Ti：0.01～0.2％、Y：0.01～0.2％、Al余量。制备方法为先称取各组分，之后将各组分按一定顺序加入石墨坩锅熔炼炉，熔化后进行两次精炼，精炼过程中均以氩气和六氯乙烷为精炼剂，所述六氯乙烷通过氩气由熔液底部通入，所述氩气的通入压力为5～7KPa；将完成第二次精炼后的熔液在氮气保护下根据需要连铸或气体雾化成不同形态的铝基钎料。按上述方法制得的铝基钎料同时具有低熔点、高强度、高韧性、良好的润湿性和铺展性等优良特性。但是钎料的强度依然不是很高，而且制备工艺复杂，成分较高。
发明内容
本发明提供了一种高强度铝基钎料及其制备方法，解决了现有钎料强度不高，制备工艺复杂等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高强度铝基钎料，按照重量百分比计，包括Si4-4.5，Cu0.1-0.5，Mg0.03-0.08，Zn0.05-0.1，In0.1-0.2，纳米TiO20.3-.0.5，碳纳米管0.01-0.02，余量为Al和不和避免杂质。
优选地：所述的Cu的含量为0.2-0.3％。
优选地：所述的In的含量为0.15％。
优选地：所述的纳米TiO2的含量为0.3-.0.4％。
优选地：所述的纳米TiO2：碳纳米管的重量比为20:1。
本发明也提供了一种高强度铝基钎料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取各种原料粉末，用球磨机混合均匀；
(2)将混合后的粉末装入磨具，在100-120MPa的压力下保持5-10min，压制成型；
(3)将成型后的产品500-600度，时间3-5h烧结，既得高强度铝基钎料。
优选地：所述的球磨为：球料比10-15:1，转速150-200r/min，时间40-60min。
本发明的有益效果：
本发明的钎料中添加Cu，可显著降低钎料熔点，但Cu加入量多会使材料变脆及钎焊时出现对母材的溶蚀，很难得到性能优良的钎焊接头，因此Cu的添加量为Cu0.1-0.5％，优选0.2-0.3％。Zn与Mg相配合，可提高焊接接头的强度。In的熔点低，加入In可以降低焊料的熔化温度，粘度降低，流动性增强，提高焊料的润湿性。但是In的价格比较贵，加入过多，成本过高。并且本发明含有石墨烯增强骨料，过多的加入In，会造成其强度的下降。因此In的含量为0.1-0.2％。
纳米TiO2和碳纳米管为强化材料，纳米TiO2颗粒具有硬度高、熔点高、热膨胀系数小、稳定性好等特点；纳米碳管具有热膨胀系数小，导电率优异，强度、硬度非常高的特点。这两种材料均比较适合于用作强化材料。通过优化它们的配比，使其钎料具有良好的焊接性能。
具体实施方式
下面将结合本发明具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高强度铝基钎料，按照重量百分比计，包括Si4，Cu0.1，Mg0.03，Zn0.05，In0.1，纳米TiO20.3，碳纳米管0.01，余量为Al和不和避免杂质。
其制备方法，包括以下步骤：
(1)称取各种原料粉末，用球磨机混合均匀，球料比13:1，转速150r/min，时间40min。；
(2)将混合后的粉末装入磨具，在110MPa的压力下保持8min，压制成型；
(3)将成型后的产品500度，时间5h烧结，既得高强度铝基钎料。
实施例2
一种高强度铝基钎料，按照重量百分比计，包括Si4.5，Cu0.2，Mg0.06，Zn0.1，In0.15，纳米TiO20.4，碳纳米管0.02，余量为Al和不和避免杂质。
其制备方法，包括以下步骤：
(1)称取各种原料粉末，用球磨机混合均匀，球料比10:1，转速200r/min，时间50min。；
(2)将混合后的粉末装入磨具，在120MPa的压力下保持5min，压制成型；
(3)将成型后的产品600度，时间3h烧结，既得高强度铝基钎料。
实施例3
一种高强度铝基钎料，按照重量百分比计，包括Si4.3，Cu0.5，Mg0.08，Zn0.1，In0.2，纳米TiO20.5，碳纳米管0.02，余量为Al和不和避免杂质。
其制备方法，包括以下步骤：
(1)称取各种原料粉末，用球磨机混合均匀，球料比15:1，转速180r/min，时间60min；
(2)将混合后的粉末装入磨具，在100MPa的压力下保持10min，压制成型；
(3)将成型后的产品550度，时间4h度烧结，既得高强度铝基钎料。
实施例4
一种高强度铝基钎料，按照重量百分比计，包括Si4.5，Cu0.3，Mg0.05，Zn0.08，In0.1，纳米TiO20.3，碳纳米管0.015，余量为Al和不和避免杂质。与实施例1的制备方法一样。
实施例5
一种高强度铝基钎料，按照重量百分比计，包括Si4，Cu0.25，Mg0.07，Zn0.1，In0.15，纳米TiO20.35，碳纳米管0.018，余量为Al和不和避免杂质。与实施例1的制备方法一样。
对比例1
与实施例5基本相同，不同之处在于：一种高强度铝基钎料，按照重量百分比计，包括Si4，Cu0.25，Mg0.07，Zn0.1，In0.15，纳米TiO20.368，余量为Al和不和避免杂质。
对比例2
与实施例5基本相同，不同之处在于：一种高强度铝基钎料，按照重量百分比计，包括Si4，Cu0.25，Mg0.07，Zn0.1，In0.15，碳纳米管0.368，余量为Al和不和避免杂质。
对比例3
与实施例5基本相同，不同之处在于：一种高强度铝基钎料，按照重量百分比计，包括Si4，Cu0.25，Mg0.07，Zn0.1，纳米TiO20.35，碳纳米管0.018，余量为Al和不和避免杂质。
使用SAT-5100可焊性测试仪测试焊料的润湿性，浸入深度2mm，浸渍速度5mm/s，浸渍时间10s。铺展性测试：根据日本工业标准JIS-Z3197测试焊料的铺展，按照GB/T 11363-2008测定其剪切强度，具体结果见下表。
测定各个实施例和对比例的润湿角，剪切强度，具体见下表。
由上表可知，本发明的焊料具有较高的剪切强度和良好的润湿性，改变In、纳米TiO2或碳纳米管对强度具有很大的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强度铝基钎料，其特征在于：按照重量百分比计，包括Si4-4.5，Cu0.1-0.5，Mg0.03-0.08，Zn0.05-0.1，In0.1-0.2，纳米TiO20.3-.0.5，碳纳米管0.01-0.02，余量为Al和不和避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高强度铝基钎料，其特征在于：所述的Cu的含量为0.2-0.3％。
3.根据权利要求1所述的一种高强度铝基钎料，其特征在于：所述的In的含量为0.15％。
4.根据权利要求1所述的一种高强度铝基钎料，其特征在于：所述的纳米TiO2的含量为0.3-0.4％。
5.根据权利要求1所述的一种高强度铝基钎料，其特征在于：所述的纳米TiO2：碳纳米管的重量比为20:1。
6.一种如权利要求1所述的高强度铝基钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取各种原料粉末，用球磨机混合均匀；
(2)将混合后的粉末装入磨具，在100-120MPa的压力下保持5-10min，压制成型；
(3)将成型后的产品500-600度烧结，既得高强度铝基钎料。
7.根据权利要求6所述的高强度铝基钎料的制备方法，其特征在于：所述的球磨为：球料比10-15:1，转速150-200r/min，时间40-60min。
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