CN110756938B - 基于铁基材料感应加热的快速钎焊复合工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于铁基材料感应加热的快速钎焊复合工艺，涉及钎焊技术领域，通过添加铁基材料来优化钎料的钎焊性能，并添加无机硅胶来起到增粘作用，从而实现泡沫铝材料与铝板的快速钎焊复合，同时保证钎焊质量；解决了泡沫铝与铝板的大面积钎焊复合问题，设备、辅料成本低，易于批量生产全金属钎焊复合板，尤其适用于军工、航天、舰船等对复合板性能、稳定性要求高的应用领域。
Description
技术领域：
本发明涉及钎焊技术领域，具体涉及一种基于铁基材料感应加热的快速钎焊复合工艺。
背景技术：
泡沫铝是一种在纯铝或铝合金中加入添加剂，经过发泡或其他工艺制作而成，同时具有金属和气泡特征的新型铝基金属材料，具有密度小、耐高温、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、吸收冲击能力强、防火性能强、耐候性强等特点。
钎焊，是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。钎料，又称钎焊剂，能够保证钎焊过程顺利进行，并获得牢固的钎焊接头。
钎焊被看作是连接泡沫铝最具实用潜力的方法之一，但仍存在一些问题。首先是泡沫铝由于空隙的存在造成钎焊时钎料对泡沫铝一侧的润湿和填充不良，进而导致整个钎焊接头的力学性能较差。其次是泡沫铝和铝的钎焊通常采用Al-Si系钎料，这类钎料虽对泡沫铝润湿性较好，但是这类钎料的熔点高，容易造成母材过烧甚至熔化，且最终获得的钎焊接头的力学性能不高。再者是生产效率低，不利于工业化大批量生产。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于铁基材料感应加热的快速钎焊复合工艺，解决了泡沫铝与铝板的大面积钎焊复合问题，设备、辅料成本低，易于批量生产全金属钎焊复合板。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
基于铁基材料感应加热的快速钎焊复合工艺，包括以下步骤：
(1)将钎焊剂与铁基材料混合，并加入无机硅胶增粘，得到钎料；
(2)使用上述钎料，将泡沫铝材料与需要复合的铝板粘接；
(3)在板材外使用感应加热，加热钎焊剂至熔化温度；
(4)迅速冷却，完成钎焊成型。
所述铁基材料的用量占钎焊剂质量的10-30％，无机硅胶的用量占钎焊剂质量的2-4％。
所述铁基材料为铁粉或铁镍基材料。
所述铁镍基材料由以下质量百分比的化学成分组成：Ni 30-50％、Al 1-5％、Mn0.2-1％、Ti 0.1-0.5％，余量为Fe。
所述钎焊剂由以下质量百分比的化学成分组成：Al 10-30％、Cu 1-5％、Mg 0.5-3％、Y 0.1-0.5％、V 0.1-0.5％，余量为Zn。本发明在钎焊剂中添加了金属元素Y和V，以提高钎焊接头的力学性能。
所述感应加热的加热频率为1500-2000Hz、加热温度为500-800℃。
所述迅速冷却采用强制水冷，水冷速度大于100℃/min。
为了通过强化钎料的钎焊性能来优化钎焊接头的力学性能，本发明还将上述技术方案步骤(1)中钎料的制备步骤替换为：将钎焊剂、铁基材料与锑粉混合，并加入无机硅胶增粘，得到钎料。
所述锑粉的用量占钎焊剂质量的0.1-1％。
为了稳定泡沫铝的泡孔结构以及改善钎料对泡沫铝的润湿性，本发明还采用了超声波冷冻处理技术对泡沫铝进行预处理，将上述技术方案步骤(2)替换为“使用上述钎料，将经超声波冷冻处理后的泡沫铝材料与需要复合的铝板粘接”。
所述超声波冷冻处理的条件为超声频率40KHz、超声功率1000W、冷冻温度-15℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过添加铁基材料来优化钎料的钎焊性能，并添加无机硅胶来起到增粘作用，从而实现泡沫铝材料与铝板的快速钎焊复合，同时保证钎焊质量。
(2)本发明解决了泡沫铝与铝板的大面积钎焊复合问题，设备、辅料成本低，易于批量生产全金属钎焊复合板，尤其适用于军工、航天、舰船等对复合板性能、稳定性要求高的应用领域。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
以下实施例和对照例中的无机硅胶购自青岛海洋化工厂的粒径4mm的无机硅胶。
实施例1
(1)将10g钎焊剂与1.5g纯度大于99.9％的铁粉混合，并加入0.3g无机硅胶增粘，得到钎料；
(2)使用上述钎料，将尺寸100mm×100mm×20mm的泡沫铝材料与尺寸100mm×100mm×30mm的铝板粘接；
(3)在板材外使用感应加热，加热频率2000Hz，加热钎焊剂至625℃保温20min；
(4)迅速冷却，采用强制水冷，水冷速度120℃/min，完成钎焊成型。
钎焊剂由以下质量百分比的化学成分组成：Al 14.5％、Cu 3.2％、Mg 1.8％、Y0.25％、V 0.15％，余量为Zn。
实施例2
将实施例1中的铁粉替换为等量的铁镍基材料，其余同实施例1。
铁镍基材料由以下质量百分比的化学成分组成：Ni 34.8％、Al 3.2％、Mn0.45％、Ti 0.36％，余量为Fe。
实施例3
将实施例1中的步骤(1)替换为“将10g钎焊剂、1.5g纯度大于99.9％的铁基材料与0.015g锑粉混合，并加入0.3g无机硅胶增粘，得到钎料”，其余同实施例1。
实施例4
将实施例1中的步骤(2)替换为“使用上述钎料，将尺寸100mm×100mm×20mm经超声波冷冻处理的泡沫铝材料与尺寸100mm×100mm×30mm的铝板粘接，超声频率40KHz、超声功率1000W、冷冻温度-15℃，超声时间30min”，其余同实施例1。
对照例1
将实施例1中钎焊剂的元素V删除，其余同实施例1。
对照例2
将实施例1中钎焊剂的元素Y删除，其余同实施例1。
对照例3
将实施例1的无机硅胶删除，其余同实施例1。
对照例4
将实施例1的铁粉删除，其余同实施例1。
分别利用上述实施例和对照例对同批同规格的泡沫铝材料与铝板进行钎焊，并依照GB/T 11363-1989钎焊接头强度试验方法测定接头拉伸强度和接头剪切强度，测定结果如表1所示。
表1钎焊接头拉伸强度和接头剪切强度
| 组别 | 接头拉伸强度N/mm<sup>2</sup> | 接头剪切强度N/mm<sup>2</sup> |
| 实施例1 | 129 | 29 |
| 实施例2 | 134 | 32 |
| 实施例3 | 137 | 35 |
| 实施例4 | 141 | 37 |
| 对照例1 | 116 | 25 |
| 对照例2 | 112 | 23 |
| 对照例3 | 110 | 20 |
| 对照例4 | 83 | 15 |
由表1可知，本发明通过钎焊剂中元素V和Y的添加与钎料中铁粉、铁镍基材料、锑粉和无机硅胶的添加、以及对泡沫铝的超声波冷冻处理均能取得不同程度地提高钎焊接头拉伸强度和接头剪切强度的技术效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.基于铁基材料感应加热的快速钎焊复合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将钎焊剂与铁基材料混合，并加入无机硅胶增粘，得到钎料；
(2)使用上述钎料，将泡沫铝材料与需要复合的铝板粘接；
(3)在板材外使用感应加热，加热钎焊剂至熔化温度；
(4)迅速冷却，完成钎焊成型；
所述铁基材料为铁粉或铁镍基材料；
所述铁镍基材料由以下质量百分比的化学成分组成：Ni 30-50％、Al 1-5％、Mn 0.2-1％、Ti 0.1-0.5％，余量为Fe；
所述钎焊剂由以下质量百分比的化学成分组成：Al 10-30％、Cu 1-5％、Mg 0.5-3％、Y0.1-0.5％、V 0.1-0.5％，余量为Zn。
2.根据权利要求1所述的基于铁基材料感应加热的快速钎焊复合工艺，其特征在于：所述铁基材料的用量占钎焊剂质量的10-30％，无机硅胶的用量占钎焊剂质量的2-4％。
3.根据权利要求1所述的基于铁基材料感应加热的快速钎焊复合工艺，其特征在于：所述感应加热的加热频率为1500-2000Hz、加热温度为500-800℃。
4.根据权利要求1所述的基于铁基材料感应加热的快速钎焊复合工艺，其特征在于：所述迅速冷却采用强制水冷，水冷速度大于100℃/min。
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