專利名稱：含Mg鋁合金材料的釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含Mg鋁合金材料的釬焊方法，特別是涉及在惰性氣體的環(huán)境下，使用氟化物類焊劑和Al-Si類合金釬焊材料，釬焊汽車換熱器的管材等、釬焊部位使用的含Mg0.2％以上的鋁合金材料(包括覆蓋Al-Si類合金釬焊材料的鋁合金復(fù)合材料)時(shí)，可以得到優(yōu)良釬焊性的含Mg鋁合金材料的釬焊方法。
背景技術(shù)：
在散熱器、加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器等鋁合金制汽車用換熱器的制造中，一般是采用把成型為規(guī)定形狀的鋁板材或擠壓成型材料組裝成規(guī)定的結(jié)構(gòu)后，使用氟化物類焊劑，例如以氟鋁酸鉀為基料的焊劑，在惰性氣體環(huán)境的加熱爐內(nèi)釬焊接合的方法。
近幾年來，在汽車用換熱器中，從省能、省資源的觀點(diǎn)考慮，構(gòu)成材料的薄壁化已得到了發(fā)展，伴隨著薄壁化，就要求構(gòu)成材料的高強(qiáng)度化。一般作為提高鋁合金材料的強(qiáng)度的對(duì)策之一是添加Mg，已有人嘗試用含Mg鋁合金材料作為換熱器用材料，但是，含Mg鋁合金材料，特別是含Mg0.2％以上的鋁合金材料，使用上述氟化物類焊劑進(jìn)行釬焊接合時(shí)，在釬焊加熱中，氟化物類焊劑與材料中的Mg反應(yīng)，生成MgF2、KMgF3等化合物，具有焊劑的活性下降，有釬焊性受損等問題。
即，現(xiàn)在使用的氟化物類焊劑是以氟鋁酸鉀作為基料的焊劑，所以，在約560℃附近熔融，變成活性狀態(tài)。因此，在含Mg的鋁合金材料上涂布后進(jìn)行釬焊時(shí)，熔融的焊劑立即與材料表面的Mg反應(yīng)，生成MgF2及KMgF3。在以后的升溫過程中，整個(gè)反應(yīng)的速度被Mg從材料中向材料表面擴(kuò)散所支配而持續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，所以，在升溫至釬焊溫度(600℃)之前，與大量的Mg反應(yīng)，結(jié)果變得焊劑活性繼續(xù)下降。
作為含Mg鋁合金材料的釬焊用焊劑，公開的有含氟鋁酸的銫鹽的焊劑(例如，美國專利第4670067號(hào)說明書)，但是由于焊劑昂貴，所以難以適用于通常的汽車換熱器的釬焊。
使用含氟鋅酸鉀的焊劑，在惰性氣體的環(huán)境中釬焊鋁及鋁合金的方法也已經(jīng)公開(美國專利第6432221號(hào)公報(bào))，已經(jīng)公開可以良好的接合鋁彼此之間、鋁合金(3003合金)和鋁。

發(fā)明內(nèi)容
在鋁的釬焊中采用氟鋅酸鉀時(shí)，在釬焊加熱中與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，生成Zn，具有該金屬Zn被覆在釬焊部位，而有助于耐腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明人著眼于氟鋅酸鉀，嘗試將其涂布在釬焊部位，采用Al-Si類合金釬焊材料，在惰性氣體的環(huán)境中，釬焊含有Mg 0.2％以上的鋁合金材料。
在該試驗(yàn)過程中，采用氟鋅酸鉀的含Mg鋁合金材料釬焊時(shí)，根據(jù)釬焊條件，有時(shí)發(fā)生釬焊接合進(jìn)行的不夠充分的現(xiàn)象，進(jìn)一步，反復(fù)地進(jìn)行試驗(yàn)、研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在含Mg鋁合金材料的釬焊中，氟鋅酸鉀的涂布量、從氟鋅酸鉀和鋁合金材料開始發(fā)生置換反應(yīng)的550℃至釬焊溫度的升溫速度對(duì)釬焊性有影響。
本發(fā)明基于上述發(fā)現(xiàn)而成，目的在于提供一種含Mg鋁合金材料的釬焊方法，采用氟鋅酸鉀和Al-Si類合金釬焊材料，在惰性氣體的環(huán)境中，釬焊汽車換熱器的管材等、釬焊部位使用的含Mg 0.2～1.0％的鋁合金材料(包括覆蓋Al-Si類合金釬焊材料的鋁合金復(fù)合材料)時(shí)，可以得到優(yōu)良釬焊性。
用于達(dá)到上述目的的發(fā)明方案1所述的含Mg鋁合金材料的釬焊方法，是把含Mg 0.2～1.0％的鋁合金材料和其他鋁材料加以組裝，在惰性氣體的環(huán)境中用焊劑進(jìn)行釬焊的方法，其中，在釬焊部位，涂布5g/m2以上且(1.65×Mg％÷T℃/秒)g/m2以上的組成為KxZnyFz(x、y、z為正整數(shù))的氟鋅酸鉀，使平均升溫速度(T)為0.1℃/秒以上，進(jìn)行加熱釬焊。
按照發(fā)明方案2所述的含Mg鋁合金材料的釬焊方法，其中，在發(fā)明方案1中，在釬焊部位，涂布5g/m2以上且(2.5×Mg％÷T℃/秒)g/m2的上述氟鋅酸鉀，使平均升溫速度(T)為0.1℃/秒以上，進(jìn)行釬焊加熱。
按照發(fā)明方案3所述的含Mg鋁合金材料的釬焊方法，其中，在發(fā)明方案1或2中，上述氟鋅酸鉀的組成為KZnF3。


圖1是表示間隙填充試驗(yàn)中釬焊前的組裝狀態(tài)圖。
圖2是表示間隙填充試驗(yàn)中釬焊后的狀態(tài)圖。
具體實(shí)施例方式
氟鋅酸鉀的單體即使加熱至釬焊溫度(約600℃)也不熔融，也不與鋁合金反應(yīng)，但涂布在鋁合金上等，使其附著在鋁合金上后進(jìn)行加熱時(shí)，在約550℃下，在與氟鋅酸鉀接觸的鋁合金表面上，開始進(jìn)行置換反應(yīng)，生成作為焊劑成分的氟鋁酸鉀和Zn，其后生成的氟鋁酸鉀和材料中的Mg反應(yīng)。
由于氟鋁酸鉀和Mg的反應(yīng)被氟鋅酸鉀和鋁合金表面的置換反應(yīng)的速度所支配而持續(xù)進(jìn)行至釬焊溫度，所以與現(xiàn)在使用的以氟鋁酸鉀作為基料的焊劑相比，與Mg的反應(yīng)量少，焊劑的活性難以下降。
本發(fā)明的特征在于，以含Mg 0.2～1.0％的鋁合金材料作為對(duì)象，把該鋁合金材料或在鋁合金材料上被覆Al-Si類合金的鋁合金復(fù)合材料，與其他的鋁材料加以組裝，在惰性氣體的環(huán)境中用焊劑進(jìn)行釬焊時(shí)，將氟鋅酸鉀(組成KxZnyFz，x、y、z為正整數(shù))，在釬焊部位，涂布5g/m2以上且(1.65×Mg％÷T℃/秒)g/m2(T是上述鋁合金材料的溫度從550℃加熱至釬焊溫度的平均升溫速度)以上，使平均升溫速度(T)為0.1℃/秒以上，進(jìn)行釬焊加熱。作為氟鋅酸鉀的組成例子，可以舉出K2ZnF4、K3Zn2F7、KZnF3等。其中，KZnF3最適用。
在本發(fā)明中，氟鋅酸鉀的涂布量最低必須在5g/m2以上。另外，當(dāng)氟鋅酸鉀的涂布量超過30g/m2時(shí)，涂布至到達(dá)釬焊溫度(約600℃)的氟鋅酸鉀的全部未與鋁合金反應(yīng)，具有未反應(yīng)的氟鋅酸鉀殘留的現(xiàn)象，因此，對(duì)釬焊性有害，所以，最好使最大涂布量為30g/m2。
伴隨著鋁合金材料中Mg量的增加，與Mg反應(yīng)的氟鋁酸鉀也增多，通過與鋁合金材料的置換反應(yīng)，生成大量氟鋁酸鉀，所以，不得不增加氟鋅酸鉀的涂布量，該涂布量相對(duì)于Mg量成正比。
另外，伴隨著到達(dá)550℃以上的釬焊溫度的平均升溫速度的增加，Mg和氟鋁酸鉀的反應(yīng)時(shí)間縮短，所以，被消耗的氟鋁酸鉀的量也少，從而，氟鋁酸鉀的涂布量相對(duì)于上述平均升溫速度成反比。
在5g/m2以上且在(1.65×Mg％÷T℃/秒)g/m2以上的氟鋅酸鉀的涂布量的范圍是作為對(duì)上述關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步研究的結(jié)果設(shè)定而成的范圍，當(dāng)氟鋅酸鉀的涂布量比上述范圍少時(shí)，通過與鋁合金的置換反應(yīng)生成的氟鋁酸鉀，在到達(dá)釬焊溫度(約600℃)的時(shí)間內(nèi)，通過與Mg反應(yīng)而被消耗，所以，釬焊性下降。
作為涂布方法，具有把粉末狀氟鋅酸鉀采用靜電干式涂布等手段直接進(jìn)行涂布的方式、混合在水或丙酮等溶劑中進(jìn)行涂布的方式、與粘合劑、溶劑進(jìn)行混合后采用輥筒涂布等手段進(jìn)行涂布的方式。在和水及溶劑加以混合進(jìn)行涂布時(shí)，進(jìn)行干燥，使溶劑揮發(fā)后進(jìn)行釬焊。還有，在本發(fā)明中，涂布量是指氟鋅酸鉀的凈涂布量。
在釬焊加熱中，鋁合金材料的實(shí)體溫度從550℃加熱至釬焊溫度(約600℃)的平均升溫速度低于0.1℃/秒時(shí)，生成的氟鋁酸鉀和Mg反應(yīng)的時(shí)間加長，由于化合物的生成，作為焊劑的活性下降，釬焊性受損。通過在0.1℃/秒以上的平均升溫速度進(jìn)行加熱，由于在550℃附近，使氟鋅酸鉀和鋁合金的置換反應(yīng)開始，所以到達(dá)至釬焊溫度(約600℃)的時(shí)間縮短，生成的氟鋁酸鉀和Mg的反應(yīng)量下降，結(jié)果是作為焊劑的活性不下降，可以得到良好的釬焊性。
在本發(fā)明中，將含Mg 0.2～0.6％的鋁合金材料和其他鋁材料組裝，在惰性氣體的環(huán)境中用焊劑進(jìn)行釬焊時(shí)的最優(yōu)選的實(shí)施方案是，將組成為KxZnyFz(x、y、z為正整數(shù))的氟鋅酸鉀，在釬焊部位，涂布5g/m2以上且(2.5×Mg％÷T℃/秒)g/m2，使平均升溫速度為0.1℃/秒以上，進(jìn)行釬焊加熱的方法。
在涂布氟鋅酸鉀進(jìn)行釬焊時(shí)，在釬焊后形成Zn，該金屬Zn在鋁合金材料中形成擴(kuò)散層，所以，有助于材料的耐腐蝕性的改善。另外，即使是使用原來的以氟鋁酸鉀作基料的焊劑，當(dāng)通過與Mg的反應(yīng)消耗后的剩余量，例如，在涂布量大于30mg/m2時(shí)，雖然可以確保釬焊性，但是，采用如此大量的焊劑時(shí)，實(shí)用性差，是不理想的。
實(shí)施例下面把本發(fā)明的實(shí)施例和比較例進(jìn)行比較進(jìn)行說明，實(shí)際證明本發(fā)明的效果。這些實(shí)施例僅是本發(fā)明的一實(shí)施方案，本發(fā)明不受其限制。
實(shí)施例1
鑄錠具有表1所示組成的鋁合金，對(duì)得到的鑄塊按常用的手法進(jìn)行均勻化處理，進(jìn)一步，通過熱軋、冷軋制成1.0mm厚度的板材，于360℃進(jìn)行3小時(shí)軟化處理，制成試驗(yàn)材料。
另一方面，用A3003合金(組成Si 0.27％、Fe 0.6％、Cu 0.15％、Mn 1.2％、其余為Al及雜質(zhì))作為芯材，在其兩面被覆Al-10％Si合金釬焊材料，在最終壓延后，于360℃進(jìn)行3小時(shí)軟化處理，制成厚度為1.0mm的釬接金屬片(釬焊材料的被覆厚度是各單面為100μm)。
為了采用上述試驗(yàn)材料及釬接金屬片，對(duì)在惰性氣體的環(huán)境中采用氟化物類焊劑進(jìn)行釬焊的試驗(yàn)材料的釬焊性進(jìn)行評(píng)價(jià)，如圖1所示，以釬接金屬片為垂直材料1，而以試驗(yàn)材料為水平材料3，進(jìn)行了間隙填充試驗(yàn)。圖中的2為間隔棒。
在把垂直材料(釬接金屬片)和水平材料(試驗(yàn)材料)組裝成規(guī)定的形狀前，把各材料切成規(guī)定的尺寸，進(jìn)行脫脂后，在各材料表面，作為氟鋅酸鉀將KZnF3粉末與丙酮混合后進(jìn)行涂布，加以干燥，使溶劑揮發(fā)，組裝成圖1所示的試片形狀。
組裝后，裝入氮?dú)鉅t中進(jìn)行加熱，在到達(dá)600℃時(shí)立即進(jìn)行冷卻，完成釬焊，如圖2所示，測定釬焊后的試片的填充長度L，填充長度L除以間隙長度L0，求出填充率L/L0，來評(píng)價(jià)釬焊性，填充率大于等于0.7為釬焊性良好(○)，大于等于0.4且小于0.7為釬焊性不穩(wěn)定(△)，小于0.4為釬焊性不良(×)。結(jié)果示于表2～5。
表1

表2

表3

表4

表5

如表2～4所示，按照本發(fā)明可以得到良好的釬焊性。相對(duì)于此，如表5所示，當(dāng)試驗(yàn)材料的鋁合金板的Mg含量超過1.0％時(shí)，即使KZnF3的涂布量多，也得不到良好的釬焊性，當(dāng)試驗(yàn)材料的Mg含量在0.2～1.0％的范圍時(shí)，為了得到良好的釬焊性，如表2～4所示，隨著Mg含量的增加，KZnF3的涂布量必須增加。
比較例1把實(shí)施例1制作的試驗(yàn)材料No.2、3作為水平材料3，把實(shí)施例1制作的釬接金屬片作為垂直材料1，在把垂直材料(釬接金屬片)和水平材料(試驗(yàn)材料)組裝成規(guī)定的形狀前，把各材料切成規(guī)定的尺寸，進(jìn)行脫脂后，在各材料表面，涂布氟鋁酸鉀，組裝成圖1所示的試片形狀，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的間隙填充試驗(yàn)。結(jié)果示于表6～7。
表6

表7

如表6～7所示，在Mg含量為0.6％及1.0％的試驗(yàn)材料中，當(dāng)使用氟鋁酸鉀作為焊劑時(shí)，只要焊劑分別不涂布30g/m2以上及50g/m2以上，則得不到良好的釬焊性。
按照本發(fā)明提供含Mg鋁合金材料的釬焊方法，使用氟鋅酸鉀和Al-Si類合金釬焊材料，在惰性氣體的環(huán)境下，釬焊汽車換熱器的管材等、釬焊部位使用的含Mg 0.2～1.0的鋁合金材料時(shí)，可以得到優(yōu)良釬焊性。
權(quán)利要求
1.一種含Mg鋁合金材料的釬焊方法，是將含Mg 0.2～1.0％(質(zhì)量％，以下相同)的鋁合金材料和其他鋁材料加以組裝后，在惰性氣體的環(huán)境中用焊劑進(jìn)行釬焊的方法，其特征在于，在釬焊部位，涂布5g/m2以上且(1.65×Mg％÷T℃/秒)g/m2(T是上述鋁合金材料的溫度從550℃加熱至釬焊溫度的平均升溫速度，以下相同)以上的組成為KxZnyFz(x、y、z為正整數(shù))的氟鋅酸鉀，使平均升溫速度(T)為0.1℃/秒以上，進(jìn)行釬焊加熱。
2.如權(quán)利要求1所述的含Mg鋁合金材料的釬焊方法，其特征在于，在釬焊部位，涂布5g/m2以上且(2.5×Mg％÷T℃/秒)g/m2以上的上述氟鋅酸鉀，使平均升溫速度為0.1℃/秒以上，進(jìn)行釬焊加熱。
3.如權(quán)利要求1或2所述的含Mg鋁合金材料的釬焊方法，其特征在于，所述氟鋅酸鉀的組成為KZnF3。
全文摘要
本發(fā)明提供一種含Mg鋁合金材料的釬焊方法，采用氟鋅酸鉀和Al－Si類合金材料，在惰性氣體的環(huán)境中，釬焊汽車換熱器的管材等、釬焊部位使用的含Mg 0.2～1.0％的鋁合金材料時(shí)，可以得到優(yōu)良釬焊性，其中，在釬焊部位，涂布(1.65×Mg％÷T℃/秒)g/m
文檔編號(hào)B23K1/00GK1535785SQ20041003342
公開日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2004年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月8日
發(fā)明者長谷川義治, 宮地治彥, 山下尚希, 伊藤泰永, 希, 彥, 永 申請(qǐng)人:住友輕金屬工業(yè)株式會(huì)社