CN108098186A - 高抗腐蚀性镍基钎料箔带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高抗腐蚀性镍基钎料箔带及其制备方法，将钎料制成箔带，适用于大面积钎焊件的装配，还可以克服使用焊膏造成真空炉和真空***污染的问题；本发明钎料箔带合金含铬量高，抗腐蚀性能好；本发明钎料箔带的钎焊温度低于1100℃，不会使不锈钢晶粒长大；采用本发明钎料箔带钎焊，钎焊接头强度不随钎焊间隙大小而变化，有利于复杂钎焊件的装配；本发明钎料特别适用于不锈钢EGR冷却器的钎焊，也适用于其它热交换器的钎焊。

Description

高抗腐蚀性镍基钎料箔带及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于不锈钢钎焊的高抗腐蚀性镍基钎料箔带，其特别适用于EGR（废气再循环）冷却器以及其他热交换器的钎焊，属于焊接领域。
背景技术
随着人们对环保意识的提高，国家对于汽车尾气对环境的污染越来越重视，对汽车尾气排放标准也日益提高。废气再循环（EGR）冷却器就应运而生。EGR冷却器的作用原理是将一部分废气在EGR冷却器中进行冷却，并循环还返回到气缸内，达到降低气缸的燃烧温度和氧含量；此装置即可节省油耗，又可明显降低氮氧化物和烟尘的排放，已成为汽车制造中不可缺少的部件。
EGR冷却器的工作环境严峻，它要求能承受高温，一定强度和各种强酸的腐蚀。EGR冷却器一般采用如304、304L、316、316L等奥氏体不锈钢，由真空钎焊方法制造。
目前钎焊EGR冷却器用的钎料都先制成粉状，然后和有机物调成膏状使用。使用膏状钎料时，焊膏中的有机粘结剂和溶剂在加热时因挥发而产生爆裂，影响钎料的润湿特性；而且这些挥发物会影响真空钎焊时的真空度，使钎焊加热时间延长，降低生产效率，更重要的是会造成真空炉和真空***污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高抗腐蚀性镍基钎料箔带及其制备方法，将钎料制成箔带，适用于大面积钎焊件的装配，还可以克服使用焊膏造成真空炉和真空***污染的问题；本发明钎料箔带合金含铬量高，抗腐蚀性能好；本发明钎料箔带的钎焊温度低于1100℃，不会使不锈钢晶粒长大；采用本发明钎料箔带钎焊，钎焊接头强度不随钎焊间隙大小而变化，有利于复杂钎焊件的装配；本发明钎料特别适用于不锈钢EGR冷却器的钎焊，也适用于其它热交换器的钎焊。
为实现上述目的，本发明提供一种高抗腐蚀性镍基钎料箔带，其成分按重量百分比配比为：Cr 27～31%，P 5～7%，Si 3～5%，Zr 0.5～1%，余量为镍。
优选的，P与Si的总含量≤10wt%。
优选的，箔带通过急冷方式制成，箔带厚度为0.025～0.04mm。
本发明还提供上述高抗腐蚀性镍基钎料箔带的制备方法，包括如下步骤：
1）选用纯度不低于99.5%的高纯Ni，Cr，Si，Zr，P元素，其中P，Si，Zr元素以Ni-P，Ni-Si，Ni-Zr中间合金形式加入；采用中间合金的目的是减少这些元素在熔炼过程中的损耗，确保钎料合金成分的准确性；
2）按重量百分比配比称量；
3）采用保护气体感应加热熔炼方法，将各元素熔化，并熔炼成钎料合金；
4）在保护气体下用单辊急冷法制作箔带钎料，铍铜辊的直径为300mm，转速控制在500～2000rpm，熔融钎料的冷却速度大于105/sec。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种高抗腐蚀性镍基钎料箔带及其制备方法，将钎料制成箔带，适用于大面积钎焊件的装配，还可以克服使用焊膏造成真空炉和真空***污染的问题；本发明钎料箔带合金含铬量高，抗腐蚀性能好；本发明钎料箔带的钎焊温度低于1100℃，不会使不锈钢晶粒长大；采用本发明钎料箔带钎焊，钎焊接头强度不随钎焊间隙大小而变化，有利于复杂钎焊件的装配；本发明钎料特别适用于不锈钢EGR冷却器的钎焊，也适用于其它热交换器的钎焊。
本发明钎料箔带还具有如下特点：
1、本发明钎料箔带的钎焊温度不高于1100℃，不锈钢晶粒在钎焊加热后不会因晶粒长大而影响其性能，而且可以节省钎焊时的能耗。
2、本发明钎料可制成0.025～0.04mm厚度的箔带。
3、采用本发明钎料箔带钎焊，钎焊接头的强度好，抗酸腐蚀性能高。
本钎料合金以Ni-Cr合金为基体，Cr可提高镍基合金的抗氧化性和抗酸腐蚀能力，因此是钎料中的重要合金元素，铬添加量小于27%时，抗氧化性和抗酸腐蚀能力有所下降；铬添加量大于31%时，钎料形成非晶箔带的能力变差。
Ni-Cr合金的熔化温度很高，不能满足钎焊温度的要求，为了降低其熔点，加入降熔元素P和Si，P是强降熔元素，根据Ni-P二元合金状态图和Ni-Cr-P三元合金状态图，Ni-11P形成熔点为877℃的共晶体，Ni-14Cr-10P形成三元合金共晶体，熔点为888℃。因此，添加P对降低钎料熔点的效果是很明显的，但添加过多的P将在钎料中形成大量的脆性磷化物相，使钎焊接头强度变差。
添加Si的效果和添加P相似，但降熔效果没有P那么明显。根据Ni-Si二元合金状态图和Ni-Cr-Si三元合金状态图，Ni-11.4Si形成熔点为1150℃的共晶体，Ni-20.5Cr-11.8Si形成熔点为1077℃的三元共晶体。添加过多的Si也将在钎料中形成大量的脆性硅化物相，钎焊接头强度变差。
本发明是采用同时添加P和Si，使其产生协同作用，即降低钎料的熔点，钎料的性能也不会变得很脆。P的添加量为5～7wt%，Si的添加量为3～5wt%，P与Si的总添加量≤10wt%。
为了制成非晶钎料箔带，本发明常添加非晶化元素。常规的方法是添加B，但添加B的钎料在钎焊不锈钢时会发生B向不锈钢的晶间渗入，会影响不锈钢的性能。本发明的技术关键是添加少量强非晶化元素Zr，Zr不但是强非晶化元素，而且可以细化晶粒。Zr为高熔点元素，但根据Ni-Zr状态图，少量的Zr不会提高合金的熔点，反而使钎料的熔点有所下降，小于1%的Zr对于制成的非晶箔带非常有利。
附图说明
图1是采用实施例3钎料箔带对不同间隙的304不锈钢接头进行钎焊，接头强度与钎焊间隙的关系示图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
表1列出了本发明6个实施例钎料箔带的钎料成分及重量百分比含量。
表1 钎料成分及重量百分比含量
上述各实施例钎料箔带的制造方法如下：
1）选用纯度不低于99.5%的高纯Ni，Cr，Si，Zr，P元素，其中P，Si，Zr元素以Ni-P，Ni-Si，Ni-Zr中间合金形式加入；采用中间合金的目的是减少这些元素在熔炼过程中的损耗，确保钎料合金成分的准确性；
2）按重量百分比配比称量；
3）采用保护气体感应加热熔炼方法，将各元素熔化，并熔炼成钎料合金；
4）在保护气体下用单辊急冷法制作厚度为0.025～0.04mm的箔带钎料；铍铜辊的直径为300mm，转速控制在500～2000rpm，熔融钎料的冷却速度大于105/sec。
钎焊接头强度对比
上述各实施例钎料箔带，它们在1050～1070℃温度下完全熔化。用这些钎料钎焊的304不锈钢对接接头的抗拉强度列于表2。
表2 304不锈钢对接接头的抗拉强度
钎料 钎焊温度（℃） （MPa）
实施例1 1090 211.5
实施例2 1090 214.4
实施例3 1090 216.2
实施例4 1090 209.3
实施例5 1090 213.5
实施例6 1090 215.4
对比例BNi-613焊膏 1090 202.3
用各实施例钎料箔带钎焊的304不锈钢对接接头，比用膏状钎料钎焊的接头强度高，因为用膏状钎料钎焊会在接头中出现一些缺陷。
用实施例3钎料箔带对不同间隙的304不锈钢接头进行了钎焊，接头强度与钎焊间隙的关系如图1所示，该图表明，接头强度不随间隙增大而变差，这对钎焊件的装配工作来说是很重要的，可以简化装配时对钎焊间隙的要求。
钎料抗腐蚀性试验
将实施例1至6钎料箔带，对比例BNi-613焊膏（Ni-29Cr-6P-4Si），VZ 2177箔带钎料（Ni-25Cr-6P-1.5Si-0.5B）钎料放在坩埚内，进真空炉熔化，对各个试样称重，记为试验前重量。再将上述8种钎料浸没在沸腾的腐蚀液中，加热2h，腐蚀液配方为65g NaCl+10mL HCl+1L水溶液。试验结束后，对各个试样称重，记为试验后重量。采用各试样试验前后的质量差计算失重率表征钎料的抗腐蚀性，结果见表3。
表3 抗腐蚀性试验结果
表3表明，实施例1至6钎料箔带的抗腐蚀性都是很好的，与BNi-613焊膏的抗腐蚀性相当，VZ 2117的含铬量低，抗腐蚀性差。
另外，钎料箔带成形与钎料合金成分及配比有关，钎料合金成分对钎料箔带成形的影响见表4。
表4
表4表明，Zr对钎料合金的箔带成形影响很大，当含Zr量小于0.5时，钎料箔带成形差；Cr太高时，钎料合金箔带成形也差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.高抗腐蚀性镍基钎料箔带，其特征在于，其成分按重量百分比配比为：Cr 27～31%，P5～7%，Si 3～5%，Zr 0.5～1%，余量为镍。
2.根据权利要求1所述的高抗腐蚀性镍基钎料箔带，其特征在于，P与Si的总含量≤10wt%。
3.根据权利要求1所述的高抗腐蚀性镍基钎料箔带，其特征在于，箔带通过急冷方式制成，箔带厚度为0.025～0.04mm。
4.权利要求1至3中任一项所述的高抗腐蚀性镍基钎料箔带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）选用纯度不低于99.5%的高纯Ni，Cr，Si，Zr，P元素，其中P，Si，Zr元素以Ni-P，Ni-Si，Ni-Zr中间合金形式加入；
2）按重量百分比配比称量；
3）采用保护气体感应加热熔炼方法，将各元素熔化，并熔炼成钎料合金；
4）在保护气体下用单辊急冷法制作箔带钎料，铍铜辊的直径为300mm，转速控制在500～2000rpm，熔融钎料的冷却速度大于105/sec。
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