專利名稱：鋁產(chǎn)品的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Al或Al合金工件例如釬焊板的制備方法，其包括下述步驟提供Al或Al合金工件，對(duì)所述Al或Al合金工件的外表面進(jìn)行預(yù)處理，以及，在所述預(yù)處理工件的外表面上鍍覆含鎳的金屬層。本發(fā)明也涉及一種釬焊的組件，所述組件包括至少一個(gè)由本發(fā)明方法獲得的工件制成的部件。本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于本發(fā)明方法的水基鍍液。
可控氣氛釬焊(“CAB”)和真空釬焊(“VB”)是用于工業(yè)規(guī)模鋁釬焊的兩種主要方法。工業(yè)真空釬焊自二十世紀(jì)五十年代開始使用，而CAB則是在二十世紀(jì)八十年代早期引入Nocolok(商標(biāo))釬焊熔劑之后才得到普及。真空釬焊是一種基本不連續(xù)方法，對(duì)材料的清潔程度要求很高。所存在的氧化物層的破裂主要由鎂從覆層合金中的蒸發(fā)引起。熔煉爐中存在的鎂總比所需要的量高。過量的鎂在爐內(nèi)冷部位凝固，必須經(jīng)常加以去除。適當(dāng)裝備的投資比較高。
與VB法相比，CAB要求在釬焊之前進(jìn)行附加的處理步驟，因?yàn)樵阝F焊之前必需先涂覆釬焊熔劑。CAB基本是一種連續(xù)方法，該方法中，如果采用適當(dāng)?shù)拟F焊熔劑，則可以制備大量的釬焊組件。在釬焊溫度下釬焊熔劑溶解氧化物層，從而使得覆層合金適當(dāng)流動(dòng)。當(dāng)使用Nocolok熔劑時(shí)，在涂覆熔劑之前需對(duì)表面進(jìn)行徹底清理。為了獲得良好的釬焊效果，必須將釬焊熔劑涂覆在釬焊組件的整個(gè)表面上。由于組件設(shè)計(jì)方面的緣故，某些類型的組件可能難于采用所述方法進(jìn)行處理。例如，蒸發(fā)器型熱交換器具有大的內(nèi)表面，由于熔劑不易到達(dá)內(nèi)部，因此可能會(huì)引起一些問題。為了獲得良好的釬焊效果，釬焊之前，必須將熔劑粘附在鋁表面上。不幸的是，由于較小的機(jī)械震動(dòng)，干燥之后的釬焊熔劑很容易脫落。在釬焊循環(huán)期間，會(huì)產(chǎn)生腐蝕性煙氣如HF。這就要求爐體材料具有很高的耐腐蝕性。
理想地，應(yīng)該擁有可用于CAB方法但又不存在釬焊熔劑涂覆方面的限制和缺陷的材料?？梢詫⑦@種材料提供給釬焊組件的制造商，并且能夠在組件部件形成之后直接使用。不必再進(jìn)行附加的釬焊熔融操作。目前，只有一種低熔劑釬焊方法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。該方法中的材料可以是例如標(biāo)準(zhǔn)釬焊板，所述標(biāo)準(zhǔn)釬焊板由其兩面存在AA4xxx系列合金包覆層的AA3xxx系列核心合金層制成。在使用釬焊板之前，必須對(duì)表面進(jìn)行處理，以便在釬焊循環(huán)期間，自然產(chǎn)生的氧化物層不會(huì)起妨礙作用。獲得良好釬焊效果的方法是在鋁包覆合金的表面上沉積特定量的鎳。如果涂覆適當(dāng)，鎳會(huì)與下面的鋁反應(yīng)。鎳可以通過使用位于兩個(gè)待結(jié)合部件之間的鎳墊片來涂覆或者可以通過電鍍進(jìn)行沉積。當(dāng)采用電鍍時(shí)，鎳的粘附程度應(yīng)該足于承受在例如熱交換器的制造中使用的典型的成形操作。
從US-A-3,970,237，US-A-4,028,200，US-A-4,164,454以及B.E.Cheadle和K.F.Dockus的SAE論文No.880446中的每一個(gè)均可以了解在堿溶液中對(duì)鋁釬焊板鍍鎳的方法。根據(jù)這些文件，鎳或鈷，或者它們的組合，最優(yōu)選與鉛一起沉積。鉛的添加是用來改善包覆合金在釬焊期間的潤濕性。所述鍍覆方法的重要特征在于鎳優(yōu)先沉積在包覆合金中的硅粒子上。為了使充分多的鎳釬焊在表面上，包覆合金應(yīng)該含有較多的硅粒子作為鎳沉積的核心?？梢韵嘈?，為了獲得充分多的形核部位，在酸洗之前，應(yīng)該通過化學(xué)和/或機(jī)械預(yù)處理將部分其中嵌有硅粒子的鋁去除。據(jù)認(rèn)為這是獲得充分的鎳覆蓋層來作為釬焊或包覆合金的鍍覆核心的必要條件。從微觀上看，釬焊板的含Si覆層表面覆蓋有鎳的球狀體。
然而，采用鉛在釬焊板上制備合適的鎳和/或鈷層存在幾個(gè)不足。用于電鍍的鍍液相當(dāng)復(fù)雜，而且，由于存在含鉛組元，例如含鉛的鹽類，這類鍍液的環(huán)境不友好性遠(yuǎn)大于只含有鎳或鈷的組元的鍍液。不希望采用鉛制備產(chǎn)品，例如汽車產(chǎn)品，而且，可以想象，在最近的將來，甚至有可能禁止含鉛產(chǎn)品或者通過一個(gè)或多個(gè)包含鉛組元或鉛基組元的中間處理步驟制備的產(chǎn)品。在US-A-4,028,200中描述的鍍液的另一個(gè)缺點(diǎn)是由于在所用鍍液中使用大量的氨，導(dǎo)致在車間地板上產(chǎn)生相當(dāng)多的氨煙氣。
發(fā)明簡述本發(fā)明的目的是提供一種制備Al或Al合金工件的方法，其包含下述步驟提供Al或Al合金工件，對(duì)所述Al或Al合金工件的外表面進(jìn)行預(yù)處理，以及，在所述預(yù)處理Al或Al合金工件的外表面上鍍覆含鎳的金屬層，通過這種方法，能夠在不必向鎳層中強(qiáng)制性添加鉛的情況下，獲得具有良好的可釬焊性和/或焊接性的產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供釬焊板產(chǎn)品的制備方法，其包括下述步驟(a)提供包括其至少一個(gè)表面與鋁包覆層相結(jié)合的核心薄片的薄片，所述鋁包覆層由含硅量為2-18wt.％的鋁合金制成，(b)對(duì)所述鋁包覆層的外表面進(jìn)行預(yù)處理，以及(c)在所述預(yù)處理的鋁包覆層外表面上鍍覆含鎳的金屬層，通過所述方法，能夠在不必向鎳層中強(qiáng)制性添加鉛的情況下，獲得具有良好可釬焊性和釬焊板產(chǎn)品。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供Al或Al合金工件，理想的是釬焊板產(chǎn)品的制備方法，所述方法包括下述步驟(a)提供Al或Al合金工件，特別是包括其至少一個(gè)表面與鋁包覆層相結(jié)合的核心薄片的釬焊板，所述鋁包覆層由含硅量為2-18wt.％的鋁合金制成，(b)對(duì)所述Al工件的外表面，特別是鋁包覆層的外表面進(jìn)行預(yù)處理，以及(c)在所述預(yù)處理的工件的外表面，特別是所述預(yù)處理的鋁包覆層的外表面上鍍覆含鎳的金屬層，通過所述方法，在進(jìn)行工業(yè)化操作時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生源自于鍍液的氨煙氣。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供用于根據(jù)本發(fā)明的方法的含水鍍液，而且，所述鍍液可以在工業(yè)環(huán)境中使用。
本發(fā)明中，一方面是提供鋁或鋁合金工件的制備方法，所述方法依次包括如下步驟(a)提供Al或Al合金工件，(b)對(duì)所述Al工件的外表面進(jìn)行預(yù)處理，以及(c)在所述預(yù)處理的鋁或鋁合金工件的外表面上鍍覆含鎳的金屬層。所述方法的特征在于在步驟(c)期間，所述含鎳的金屬層通過電鍍鎳和鉍而沉積而成，其間使用的含水鍍液包含濃度為10-100g/l的鎳離子和濃度為0.01-10g/l的鉍離子。
本發(fā)明中，已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)當(dāng)在釬焊操作中使用鋁工件時(shí)，為了獲得良好的可釬焊性，鎳層不需要含有作為強(qiáng)制性合金添加元素的鉛。令人驚奇地，已發(fā)現(xiàn)如果鎳層中添加鉍，能夠獲得相同或者甚至更好的結(jié)果，因此，所述鎳層能夠基本保持無鉛，并且同時(shí)也能夠用于沉積這種Ni-Bi層的鍍液中。通過使用這種含水鍍液，就不再需要添加鉛，從環(huán)境角度看，這是一個(gè)重要進(jìn)展。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法的特征在于在步驟(c)期間，所述含鎳層通過鍍覆鎳和鉍沉積而成，其間使用的含水鍍液包含濃度為20-70g/l的鎳離子和濃度為0.02-5g/l的鉍離子。
含水鍍液中的鎳離子的濃度可以通過添加氯化鎳、氟硼酸鎳、氨基磺酸鎳、乙酸鎳或硫酸鎳配制而成。然而，優(yōu)選采用添加硫酸鎳(NiSO4.6H2O)。當(dāng)含水鍍液中鎳鹽濃度過高時(shí)，存在溶液中的該鹽發(fā)生結(jié)晶的危險(xiǎn)，這可能會(huì)損害過程的連續(xù)進(jìn)行。當(dāng)濃度過低時(shí)，由于鍍覆時(shí)間太長和電流密度低，所得到的鍍液不經(jīng)濟(jì)。
上述的Bi離子濃度可以采用各種方法添加到含水鍍液中。理論上，鉍化合物可用于此目的。然而，盡管已嘗試多種鉍化合物，但僅僅很少的化合物似乎能提供可靠且可重現(xiàn)的結(jié)果。例如，已嘗試添加乙酸鎳，但是發(fā)現(xiàn)該化合物不溶于所使用的鍍液，而就使該化合物溶解而言，添加乙酸鉛則不會(huì)產(chǎn)生任何問題。例如，也曾在PH值高于8的條件下將由鎳離子和鉍離子構(gòu)成的鍍液與酒石酸鹽組合，但卻導(dǎo)致了不希望出現(xiàn)的含Ni泥渣的形成。該含Ni泥渣在加熱時(shí)不會(huì)重新溶解，這其中意味著在上述PH值范圍，有酒石酸鹽存在時(shí)Ni不穩(wěn)定。在本發(fā)明中，當(dāng)Bi離子通過一種或多種選自于碳酸鉍(Bi2(CO3)3)、氧化鉍(Bi2O3)、檸檬酸鉍(BiC6H5O7)和氯化鉍(BiCl3)的物質(zhì)添加時(shí)，已獲得非常好的結(jié)果。任選地，也可以加入一些氫氧化鈉來調(diào)整含水鍍液的PH值。通過在存在鎳時(shí)使用碳酸鉍或氧化鉍，已經(jīng)獲得一種適當(dāng)?shù)腻円?，該鍍液能在很寬的PH值范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。當(dāng)含水鍍液中Bi離子的濃度過高時(shí)，所獲得的沉積物中的Bi具有不希望有的高濃度。優(yōu)選在釬焊板產(chǎn)品上獲得的Ni-Bi層中的Bi濃度不高于5wt.％，并且優(yōu)選不高于3wt.％。Bi離子的濃度過低時(shí)，由于鍍覆時(shí)間太長和電流密度低，所得到的鍍液不經(jīng)濟(jì)。
優(yōu)選地，在所述工件，特別是在釬焊板產(chǎn)品中，所述含鎳和鉍的覆層的厚度最多2.0μm，優(yōu)選為0.03-1.0μm，更優(yōu)選為0.05-0.5μm。大于2.0μm的覆層厚度需要延長電鍍處理時(shí)間，而且可能在隨后的釬焊操作期間引起熔化的填料材料起皺。所述含Ni-Bi層的優(yōu)選厚度為0.3μm。也可以使用其它技術(shù)如軋制結(jié)合、熱噴涂、化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積或者其它用于從氣相或蒸汽相沉積金屬或金屬合金的技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，在步驟(c)期間，所述含鎳層通過鍍覆鎳和鉍沉積而成，其間使用的含水鍍液具有- 2.5-10的PH值，并且含有- 10-100g/l，優(yōu)選為20-70g/l的鎳離子濃度，- 0.01-10g/l，優(yōu)選為0.02-5g/l的鉍離子濃度，- 40-150g/l，優(yōu)選為80-110g/l的檸檬酸根離子濃度，- 2-80g/l，優(yōu)選為4-50g/l的葡糖酸根離子濃度，- 1-50g/l，優(yōu)選為1-30g/l的氯離子或氟離子濃度。
已證實(shí)該含水鍍液可以在很寬的PH值范圍使用，并且可以用在使用大電流密度的工業(yè)化帶材鍍作業(yè)線上，這進(jìn)而可使用相當(dāng)高的生產(chǎn)線速度。該鍍液另外的優(yōu)點(diǎn)是它不會(huì)產(chǎn)生任何氨煙氣，可以采用標(biāo)準(zhǔn)且容易獲得的化學(xué)藥品配制而成，而且，鉍能夠很容易地從鉍濃縮物等處補(bǔ)充到鍍液中。
已證明使用下述鹽類的鍍液特別有效- 45-450g/l，優(yōu)選為90-315g/l的硫酸鎳，- 1-50g/l，優(yōu)選為1-30g/l的氯離子濃度，- 55-180g/l，優(yōu)選為110-150g/l的檸檬酸鈉，- 2-90g/l，優(yōu)選為5-55g/l的葡糖酸鈉，- 最多270g/l的硫酸銨，- 0.02-22g/l，優(yōu)選為0.05-11g/l的氧化鉍，或者0.03-29g/l，優(yōu)選為0.06-14g/l的碳酸鉍。
由于誘發(fā)陽極腐蝕要求添加選自于氯化物和氟化物的離子的。添加含量最多415g/l，優(yōu)選最多250g/l的氯化鎳(NiCl2.6H2O)可以提供適當(dāng)?shù)穆然镫x子濃度源。
可以添加(H+)或(OH-)以便在2.5-10范圍內(nèi)對(duì)PH之進(jìn)行調(diào)整。從產(chǎn)生氨煙的角度考慮，優(yōu)選避免使用氫氧化銨。
任選地，為了降低含Ni和Bi沉積層中的應(yīng)力，可以在含水鍍液中添加最多40g/l，優(yōu)選1-25g/l的氨離子濃度，或者最多40g/l的三乙醇胺(triethenalamine)離子濃度，或上述兩種離子的組合，或者其它相當(dāng)組元。任何可溶性銨鹽均可用來作為NH4+源。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的鍍液可以在2.5-10，優(yōu)選4-8的寬PH值范圍工作，而不會(huì)使鍍液的性能受到影響，也不會(huì)溶解所述鋁包覆層或者其上存在的其它金屬層。如果鋁工件，例如具有鋁包覆層的釬焊板產(chǎn)品在鍍覆Ni-Bi層之前，例如借助鋅酸鹽處理，通過直接鍍或者浸鍍形成一個(gè)薄中間鋅層，則優(yōu)選PH值為5-8，更優(yōu)選5.4-7.5。在施加的含鋅中間層的實(shí)施方案中，所述薄層的厚度最多為0.5μm，更優(yōu)選最多0.3μm(300nm)，最優(yōu)選為0.01-0.15μm(10-150nm)。所使用的厚度為約30nm時(shí)能夠獲得最好的結(jié)果。大于0.5μm的覆層厚度需要延長處理時(shí)間，例如為了替換電鍍(displacement plating)，而且，可以認(rèn)為，厚度過大對(duì)于改善粘附性沒有進(jìn)一步益處。除鋅之外，也可以使用錫。
根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選使用溫度為30-70℃，更優(yōu)選40-65℃的鍍液。在該溫度范圍，離子的移動(dòng)性提高，而且，不需要對(duì)鍍液進(jìn)行冷卻以平衡鍍覆期間產(chǎn)生的熱。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及在釬焊板產(chǎn)品上電解沉積含有鎳和鉍的薄層的含水鍍液，所述鍍液具有- 2.5-10的PH值，并且含有- 10-100g/l，優(yōu)選為20-70g/l的鎳離子濃度，- 0.01-10g/l，優(yōu)選為0.02-5g/l的鉍離子濃度，- 50-150g/l，優(yōu)選為80-110g/l的檸檬酸根離子濃度，- 2-80g/l，優(yōu)選為4-50g/l的葡糖酸根離子濃度，- 1-50g/l，優(yōu)選為1-30g/l的氯離子或氟離子濃度。
已證實(shí)該含水鍍液可以在很寬的PH值范圍和在很寬的溫度范圍內(nèi)使用，并且還可以用在使用大電流密度的工業(yè)化帶材鍍作業(yè)線上，這進(jìn)而又能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)高的作業(yè)線速度。該鍍液另外的優(yōu)點(diǎn)是它不會(huì)產(chǎn)生任何氨煙氣，它可以采用標(biāo)準(zhǔn)且容易獲得的化學(xué)藥品配制而成，而且，鉍能夠很容易地從鉍濃縮物等處補(bǔ)充到鍍液中。
所述含有鎳和鉍的薄層與鋁工件，例如釬焊板產(chǎn)品的包覆層的粘附性相當(dāng)好，但是，所述粘附性還可以通過對(duì)其上沉積有Ni-Bi薄層的鋁工件的外表面，例如釬焊板產(chǎn)品的包覆層進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理來進(jìn)一步改善。所述預(yù)處理包括初步清洗步驟，通過該步驟將表面的脂、油或拋光劑去除。該步驟可以采用多種方法進(jìn)行，其中包括蒸汽脫脂、溶劑沖洗、或者溶劑乳化清洗。也可以采用輕度腐蝕。初步清洗步驟之后，應(yīng)優(yōu)選對(duì)表面進(jìn)行清理?？梢猿晒Φ夭捎脦追N方法，例如，但不受此所限(a)在包含硝酸(典型地25-50％)，以及，任選地，同時(shí)存在氟化物和/或鉻酸和/或硫酸的溶液中進(jìn)行酸洗去泥。所述氟化物的適當(dāng)來源可以是例如氫氟酸或者二氟化銨，也請(qǐng)參見例如S.Wernick等的論文”The surface treatment and finishing of aluminium andits alloys”(ASM international，5th edition，1987，VOl.1，pp.181-182)。(b)機(jī)械處理，例如拋光、磨削或刷擦。也可在表面接觸低級(jí)醇，例如異丙醇時(shí)實(shí)施上述處理，也請(qǐng)參見US-A-4,388,159。(c)堿性腐蝕，參見例如S.Wernick等的論文”The surfacetreatment and finishing of aluminium and its alloys”(ASMinternational，5th edition，1987，VOl.1，pp.191-203)。(d)采用去污劑水溶液清洗；(e)陽極氧化，參見例如S.Wernick等的論文”The surfacetreatment and finishing of aluminium and its alloys”(ASMinternational，5th edition，1987，VOl.2，pp.1006ff)。(f)電致表面粗糙；(g)進(jìn)行在例如US-A-4,741,811，US-A-5,245,847，US-A-5,643,434中所述的預(yù)處理；(h)采用例如鋅酸鹽和錫酸鹽進(jìn)行浸沒處理，參見S.Wernick等的論文”The surface treatment and finishing of aluminium andits alloys”(ASM international，5th edition，1987，VOl.2，Chapter 14 and 15)。
也可以將上述一種或多種清理步驟加以成功組合應(yīng)用。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述Al或者Al合金工件是鋁合金片、鋁合金線或鋁合金棒。雖然可以使用各種鋁合金，例如屬于AluminiumAssociation(AA)3xxx-和AA6xxx系列的鋁合金，但是，特別合適的鋁合金是屬于AA4xxx系列的合金，該合金中最重要的合金元素Si的含量為2-18wt.％，更優(yōu)選7-14wt.％?？梢源嬖谄渌貋砀纳铺囟ㄐ阅埽嗾哂勺疃?.8％鐵，每種最多0.05wt.％總量最多0.20wt.％的雜質(zhì)以及鋁構(gòu)成。AA4xxx系列的鋁合金片在本發(fā)明的方法中可以鍍覆Ni-Bi合金，并且可用于隨后的釬焊操作，尤其是沒有釬料熔劑材料的惰性氣氛釬焊(CAB)操作。由AA4xxx系列合金制成的鋁合金線或棒也可以鍍覆Ni-Bi薄層，并且，接著用于釬焊操作，尤其是沒有釬料熔劑材料的惰性氣氛釬焊(CAB)操作，而且，也可以在焊接操作中用作焊接填料線或焊接填料棒。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述鋁合金工件是一種釬焊板產(chǎn)品，所述產(chǎn)品包括至少一個(gè)表面與鋁包覆層相結(jié)合的核心薄片，所述鋁包覆層由含硅量為2-18wt.％，優(yōu)選7-14wt.％的AA4xxx系列鋁合金制成。在所述鋁釬焊板產(chǎn)品的實(shí)施方案中，所述核心薄片由鋁合金，特別是屬于AA3xxx，AA5xxx，或AA6xxx系列的鋁合金制成。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種釬焊的組件，所述組件包括至少一個(gè)由上述本發(fā)明的方法獲得的鋁合金工件、特別是釬焊板產(chǎn)品制成的部件。優(yōu)選所獲得的釬焊板產(chǎn)品存在Ni-Bi薄層，該薄層中的Bi含量為，以wt.％計(jì)最多5％，優(yōu)選不高于3％，更優(yōu)選最多1.0％，最優(yōu)選為0.01-0.05％。
在一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種釬焊的組件，其中，至少一個(gè)待通過釬焊結(jié)合一起的部件由采用上述本發(fā)明的方法制備的鋁合金工件、特別是釬焊板產(chǎn)品制成，而且，至少一個(gè)其它部件采用鋼、滲鋁鋼、不銹鋼、電鍍或涂覆不銹鋼、青銅、黃銅、鎳、鎳合金、鈦或者電鍍或涂覆鈦制成。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種采用本發(fā)明的方法制備的鋁合金工件、特別是釬焊板產(chǎn)品制造釬焊組件的方法，所述方法包括下述步驟(a)成形或形成各種部件，所述部件中的至少一個(gè)由采用上述本發(fā)明的方法制備的鋁合金工件、理想地是釬焊板產(chǎn)品制成；(b)將所述各個(gè)部件組裝成組件；(c)在真空或者惰性氣氛(CAB)中，沒有釬料熔劑材料的條件下，在高溫下對(duì)所述組件釬焊足夠長的時(shí)間，以使熔融的填料合金融化和鋪展；(d)將釬焊的組件冷卻至100℃以下。冷卻速度可以在典型的釬焊爐冷卻速度范圍內(nèi)。典型的冷卻速度為至少10℃/min或更高。
依據(jù)核心薄片材料，特別是鋁合金，所述方法可以包括另一個(gè)處理步驟(e)，即對(duì)釬焊并冷卻后的組件進(jìn)行時(shí)效，以便使所獲得組件的機(jī)械和/或腐蝕性能最佳。已發(fā)現(xiàn)使用采用根據(jù)上述本發(fā)明的方法獲得的釬焊板產(chǎn)品能使釬焊溫度至少降低10℃。釬焊溫度的降低能夠顯著縮短完全釬焊循環(huán)的工業(yè)化處理時(shí)間，已發(fā)現(xiàn)所述時(shí)間典型地可縮短15％或更多。
在步驟(a)中的釬焊組件的制備方法的一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)待通過釬焊結(jié)合一起的部件由采用上述本發(fā)明的方法制備的釬焊板產(chǎn)品制成，而且，至少一個(gè)其它部件采用鋼、滲鋁鋼、不銹鋼、電鍍或涂覆不銹鋼、青銅、黃銅、鎳、鎳合金、鈦或者電鍍或涂覆鈦制成。
所使用的鎳鍍液具有表1中的組成和5.5的PH值。采用由160g/l氫氧化鈉、300g/l葡糖酸鈉和110g/l氧化鉍的Bi離子濃縮物將Bi離子濃度添加至鍍液中。也可以用碳酸鉍替代氧化鉍。在57℃下，使用三種不同的電流密度和鍍覆時(shí)間電鍍Ni-Bi薄層。采用ICP測量所獲薄層的組成并且示于表2中。ICP代表感應(yīng)耦合等離子體。所示出的結(jié)果是兩個(gè)鍍覆面之和。
為了對(duì)照，類似的釬焊板材料采用Ni-Pb合金進(jìn)行鍍Ni處理。所述鍍液含有50g/l硫酸鎳、50g/l氯化鎳、100g/l檸檬酸鈉、1g/l乙酸鉛和75ml/l氫氧化銨(30％)。對(duì)在26℃下的鍍覆進(jìn)行控制，以便當(dāng)使用3A/dm2的電流密度鍍覆200秒時(shí)，能夠獲得2.0μm的鎳鉛鍍層。由于存在氫氧化銨，會(huì)產(chǎn)生氨煙氣。
采用Erichsen園頂(dome)試驗(yàn)(5mm)和T型彎曲試驗(yàn)測試鍍鎳試樣的粘附性能。然后，對(duì)粘附性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中，(-)代表“差”，(±)代表“一般”，(+)代表“好”。所獲結(jié)果如表2所示。又進(jìn)一步對(duì)可釬焊性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，釬焊試驗(yàn)在小石英爐內(nèi)進(jìn)行。由鍍鎳片切制出25mm×25mm的小試樣快。將尺寸為30mm×7mm×1mm的小AA3003合金帶在中心部位彎至45°角并且放在試樣塊上。在流動(dòng)的氮?dú)庵屑訜崴@帶-試樣塊樣品，其中，從室溫加熱到580℃，在580℃保溫1分鐘，再從580℃冷卻至室溫。根據(jù)可能形成的折皺、毛細(xì)下降和角焊縫判斷釬焊工藝。給出總的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，其中，(-)代表“可釬焊性差”，(-/±)代表“可釬焊性一般”，(±)代表“可釬焊性好”，(+)代表“可釬焊性極好”。所獲結(jié)果如表2所示。
該實(shí)施例示出了怎樣可應(yīng)用含Bi但不含Pb的電鍍鎳層以及獲得鎳層的粘附性至少一般但可釬焊性優(yōu)異的產(chǎn)品。通常，鉍不容易在穩(wěn)定的鍍鎳溶液中保持而又沒有泥渣形成。
技術(shù)人員將明顯看出也可以對(duì)由AA4xxx系列鋁合金制的鋁合金片或帶的一邊或兩邊進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的Ni-Bi鍍覆操作，此處的鋁合金片不帶有形成釬焊板產(chǎn)品的核心薄片。這樣的鍍Ni-Bi片或帶，其尺寸典型地最多為3mm，優(yōu)選為0.05-2mm，也可以用于本實(shí)施例的釬焊操作中。類似的方法可以用來鍍覆鋁合金線或棒。這樣的鍍Ni-Bi線或棒可以用于本實(shí)施例中的釬焊操作或者用作焊接操作，例如激光焊接操作中的填料材料。
Ni沉積的電流效率似乎達(dá)100％。
采用Ni-Bi鍍覆的樣品在電流密度為3A/dm2時(shí)存在一些黑斑，但是當(dāng)電流密度較高時(shí)，所述鍍覆樣品的外觀質(zhì)量極佳。鉍的沉積量為約0.5g.m-2。合金沉積層中的鉍含量可以容易改變，例如，通過降低鍍液中的鉍濃度來減少鉍含量。
與已知標(biāo)準(zhǔn)含Pb鍍液相比，所述鍍液存在許多優(yōu)點(diǎn)- 沒有氨煙氣；- 操作溫度更切實(shí)可行，典型地為40-70℃；- 電流密度高；- 容易向鍍液中補(bǔ)充鉍。另外，使用的是標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)藥品。表1
表2
現(xiàn)在，盡管已對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通專業(yè)人員顯而易見的是在不偏離此處述及的本發(fā)明的精神或范圍的條件下，可以進(jìn)行多種改變和修正。
權(quán)利要求
1.一種制備Al或Al合金工件的方法，其包含下述步驟(a)提供Al或Al合金工件，(b)對(duì)所述Al或Al合金工件的外表面進(jìn)行預(yù)處理，以及，(c)在Al或Al合金工件的所述外表面上鍍覆含鎳的金屬層，其特征在于在所述步驟(c)期間，所述含鎳的金屬層通過電鍍鎳和鉍而沉積，使用的含水鍍液包含濃度為10-100g/l的鎳離子和濃度為0.01-10g/l的鉍離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在所述步驟(c)期間，所述含鎳金屬層通過鍍覆鎳和鉍沉積而成，其間使用的含水鍍液具有2.5-10的PH值，并且含有- 10-100g/l的鎳離子濃度，- 0.01-10g/l的鉍離子濃度，- 40-150g/l的檸檬酸根離子濃度，- 2-80g/l的葡糖酸根離子濃度，- 1-50g/l的氯離子或氟離子濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，所述含水鍍液和所獲得的含鎳金屬層基本不含鉛。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中之任何一項(xiàng)的方法，其中，所述含鎳金屬層的厚度不大于2.0μm，優(yōu)選為0.03-1.0μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中之任何一項(xiàng)的方法，其中，鉍離子濃度源自于溶解一種或多種選自于碳酸鉍、氧化鉍、檸檬酸鉍和氯化鉍的物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中之任何一項(xiàng)的方法，其中，鍍覆期間所述含水鍍液的溫度為30-70℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中之任何一項(xiàng)的方法，其中，所述工件是鋁合金片或者鋁合金線或棒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述鋁合金含有2-18wt.％的合金元素硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述工件是包括其至少一個(gè)表面與鋁包覆層相結(jié)合的核心薄片的釬焊板產(chǎn)品，所述鋁包覆層由硅含量為2-18wt.％的鋁合金制成，而且，其中在步驟(b)期間，至少所述鋁包覆合金的外表面是預(yù)處理態(tài)的。
10.一種在Al或Al合金工件上電解沉積含鎳和鉍的層的含水鍍液，其具有2.5-10的PH值，并且含有- 10-100g/l的鎳離子濃度，- 0.01-10g/l的鉍離子濃度，- 50-150g/l的檸檬酸根離子濃度，- 2-80g/l的葡糖酸根離子濃度，- 1-50g/l的氯離子或氟離子濃度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的含水鍍液在制備用于釬焊操作的鍍Ni產(chǎn)品、優(yōu)選釬焊板中的應(yīng)用。
12.由通過釬焊接合的部件構(gòu)成的組件，至少一個(gè)所述部件是根據(jù)權(quán)利要求1-9中之任何一項(xiàng)的方法制備的Al或Al合金工件。
13.由釬焊部件構(gòu)成的組件的制備方法，其包括下述步驟(a)成形或制造各種部件，所述部件中的至少一個(gè)由根據(jù)權(quán)利要求1-9中之任何一項(xiàng)的方法制備的Al或Al合金工件制成；(b)將所述各個(gè)部件組裝成組件；(c)在沒有釬料熔劑材料條件下在惰性氣氛中，高溫下對(duì)所述組件釬焊足夠長的時(shí)間，以使熔融的填料融化和鋪展；(d)將釬焊的組件冷卻至100℃以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及Al或Al合金工件的制備方法，其包括下述步驟(a)提供Al或Al合金工件，(b)對(duì)所述Al或Al合金工件的外表面進(jìn)行預(yù)處理，以及，(c)在所述預(yù)處理Al或Al合金工件的外表面上鍍覆含鎳的金屬層，而且，其中，在所述步驟(c)期間，所述含鎳的金屬層通過電鍍鎳和鉍沉積而成，其間使用的含水鍍液包含濃度為10－100g/l的鎳離子和濃度為0.01－10g/l的鉍離子。本發(fā)明還涉及用于本發(fā)明的方法的含水鍍液。
文檔編號(hào)B23K35/28GK1427901SQ01809109
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2001年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月18日
發(fā)明者J·N·穆瓦杰, A·J·懷特布魯?shù)? J·H·O·J·維彥比爾格 申請(qǐng)人:克里斯鋁軋制品有限公司