專利名稱：泡沫鋁的釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以泡沫鋁板之間在對接、搭接、榫接等位置條件下實現(xiàn)不 可拆卸的連接的方法，尤其涉及一種泡沫鋁的釬焊方法。
背景技術(shù)：
泡沫鋁是一種含有大量均勻閉合孔隙的新型鋁基金屬材料，由于其獨(dú)特的物 理結(jié)構(gòu)而具備許多優(yōu)異性能，具有輕質(zhì)(P〈1)，高比強(qiáng)度和比剛度，同時又具 備隔(吸)聲、隔熱、阻燃、阻尼、沖擊能量吸收和電磁屏蔽等多種特性，實現(xiàn) 了結(jié)構(gòu)材料的輕質(zhì)多功能化，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。特別在航天航空等高技 術(shù)領(lǐng)域，高孔隙率泡沫鋁(孔隙率P，即孔隙在材料中所占的比例)作為超輕材 料，己成為國際材料研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。如果泡沫鋁在應(yīng)用過程中無法與之或其它 材料實現(xiàn)可靠而實用化的連接，其需求將受到極大限制。焊接作為重要材料加工 成型環(huán)節(jié)之一，具有較明顯的連接性能優(yōu)勢，因此本發(fā)明對泡沫鋁實現(xiàn)更廣泛的 工業(yè)化應(yīng)用提供了可能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種泡沫鋁的釬焊方法，本發(fā)明可用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀的泡沫鋁 成型加工、小件泡沫鋁板之間的拼接擴(kuò)大和泡沫鋁與鋁實體板之間的連接，具有 工藝簡單、連接可靠、成本低、結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，不破壞泡沫鋁的孔結(jié)構(gòu)、耐高溫、 耐腐蝕和耐老化的特點(diǎn)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種泡沫鋁的釬焊方法，第一步對泡沫鋁待連 接件進(jìn)行除銹去油處理，第二步根據(jù)待連接件連接面的尺寸，將厚度為0.8 lmm的箔片釬料剪裁成相應(yīng)大小的帶狀長條，第三步將K3A1F6和KA1F4按1: 1 2混合加熱到熔融狀態(tài)再冷卻，從而得到結(jié)晶物，將結(jié)晶物經(jīng)過研磨處理成粉狀作為釬劑備用，第四步將粉末狀釬劑加入化學(xué)純乙醇，調(diào)制成重量比為1:2.5 3.5的混合懸液，均勻涂抹在待連接件連接面，第五步將剪載成相應(yīng)大小的帶狀長條置于經(jīng)釬劑處理后的待連接面之間，調(diào)整好裝配位置，然后用夾具保持精確裝配狀態(tài)，第六步；將已裝配完成的待連接件放入真空爐內(nèi)加熱，升溫時 啟動真空泵機(jī)組抽真空，待溫度升至350 37(TC關(guān)閉真空泵機(jī)，其間保持爐內(nèi) 不低于5.25X 10—2Pa的真空度，然后打開氮?dú)怆姶砰熼T，注入純度不低于99.999% 的氮?dú)?，持續(xù)加熱至595 605。C保溫3 6min，最后斷電冷卻至360 365'C打 開爐腔取出，本步驟在第一步完成后24h內(nèi)進(jìn)行，第七步將連接后的泡沫鋁在 清水中洗凈釬縫中的殘余物即可。釬料采用在達(dá)到Al-Si共晶成份的合金中加入 Mg并加工成厚度為0.8 lmm的箔片，該釬料包括Al、 Si和Mg，其質(zhì)量百分 數(shù)為Si9 U、 Mg2.50及余量Al，釬料雜質(zhì)<0.7且雜質(zhì)Cu<0.30。除銹去油 處理是先將待焊泡沫鋁本體放置在40 60°C、濃度為5~8%NaOH溶液中浸漬 7min，取出用潔凈水完全沖洗后放入濃度為30 40MHNO3溶液中和1.5min，然 后凈水洗凈，晾干后再采用丙酮清洗，最后放入120 130"C保溫的烘箱中烘干備用o與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用高溫條件下釬劑的熔化鋪展，破壞并清除了泡沫鋁表面的氧化 膜，改善了熔化釬料在泡沫鋁表面的潤濕性，達(dá)到釬焊溫度并保溫時，利用釬料 熔化發(fā)生的共晶反應(yīng)，形成的共晶釬料液相在毛細(xì)作用下滲入到釬縫斷面，表面 張力促使連接兩母材并形成縮頸形液柱，隨著共晶反應(yīng)液相量的增加，整個液相 向四周不斷擴(kuò)展。在表面張力作用下共晶反應(yīng)鋪展區(qū)形成的微薄液相擴(kuò)展，Al 表面膜體剝離物隨著反應(yīng)液相的擴(kuò)展而浮于液相周圍并推開，這樣就達(dá)到了去除 表面膜的目的，冷卻凝固后即形成釬焊接頭。該連接方法耗時短，連接可靠，質(zhì)量穩(wěn)定。本發(fā)明有益效果如下1. 本發(fā)明在堿、酸和丙酮等介質(zhì)不同的預(yù)處理作用，去除了泡沫鋁表面的致密氧化膜和油污，隨后利用577'C理論共晶條件下釬劑的熔化鋪展，破壞并清 除了泡沫鋁表面的氧化膜，改善了隨后熔化的釬料在泡沫鋁表面的潤濕性質(zhì)，使 釬料在兩個泡沫鋁界面之間形成共晶凝固，從而實現(xiàn)了泡沫鋁之間的冶金接合。2. 本發(fā)明在泡沫鋁板之間釬縫處的釬料為0. 8 lmm的Al-Si共晶成份的合 金箔片，在受熱條件下完全熔化，由于表面張力作用下而回縮至兩個連接端面處 的胞壁接合處，未形成完整的接合界面膜層，因此不破壞泡沫鋁的孔結(jié)構(gòu)。3. 本發(fā)明由于利用了鋁硅共晶凝固作用，理論上鋁硅共晶反應(yīng)溫度為577 °C，釬悍最高溫度為605'C與純鋁熔點(diǎn)667'C接近，因此釬縫可以耐受較高溫度。與常規(guī)粘接和低溫釬焊連接相比，具有耐高溫的優(yōu)勢。4. 本發(fā)明由于實現(xiàn)了泡沫鋁之間的冶金接合，釬縫主要是鋁硅共晶組織， 化學(xué)性質(zhì)與泡沫鋁本體極為相近，釬縫不大于0.5mm，表面在高溫作用下仍可以 形成致密氧化膜，因此具有耐腐蝕，耐油浸的特點(diǎn)。5. 本發(fā)明是金屬間的接合，與粘接相比，不存在紫外線等空間射線條件下 的老化問題，連接可靠，具有良好的空間適應(yīng)性。6. 本發(fā)明實現(xiàn)的連接接頭可直接應(yīng)用于工作環(huán)境。7. 本發(fā)明在釬接過程中加熱時間短，可在同一爐中同時放入多個待連接件， 完成多個連接工作，因此具有批量加工，成本低的特點(diǎn)。8. 泡沫鋁待連接件結(jié)構(gòu)整體放入真空爐中加熱，受熱均勻，因此焊后不存 在殘余應(yīng)力。9. 本發(fā)明簡便易行，容易實現(xiàn)自動化。10. 采用丙酮調(diào)制釬劑，丙酮在受熱條件下加速揮發(fā)，因而保證釬劑粉末在 被連接面上分布散布，丙酮具有脫水作用，有利于保持待連接面上干燥。11. 本發(fā)明所采用的釬料成份中加入了鎂金屬，從而可以在真空爐中形成還 原性氣氛，利用鎂比鋁更為活潑的化學(xué)性質(zhì)避免被焊接件氧化膜的形成。


圖l為采用本發(fā)明方法連接的泡沫鋁樣品。泡沬鋁孔隙率為83. 7%，孔徑為 1 5 mm。圖2為采用本發(fā)明方法的釬劑涂抹在泡沫鋁胞壁表面并放置在577'C高純氮 氣保護(hù)的真空爐中保溫2 min后冷卻，在掃描電子顯微鏡下觀察到的胞壁表面結(jié) 構(gòu)形態(tài)，右上角為殘存的少量八1203，胞壁棱面的純鋁已完全顯露出來。
具體實施例方式
實施例l:一種泡沫鋁的釬焊方法-第一步對泡沫鋁待連接件進(jìn)行除銹去油處理，第二步根據(jù)待連接件連接面的尺寸，將厚度為0.8 lmm的箔片釬料剪裁 成相應(yīng)大小的帶狀長條，第三步將K3A1F6和KA1F4按1: 1 2混合加熱到熔融狀態(tài)再冷卻，從而得到結(jié)晶物，將結(jié)晶物經(jīng)過研磨處理成粉狀作為釬劑備用，第四步將粉末狀釬劑加入工業(yè)純乙醇，調(diào)制成重量比為l: 2.5 3.5的混 合懸液，均勻涂抹在待連接件連接面，第五步將剪載成相應(yīng)大小的帶狀長條置于經(jīng)釬劑處理后的待連接面之間， 調(diào)整好裝配位置，然后用夾具保持精確裝配狀態(tài)，第六步；將已裝配完成的待連接件放入真空爐內(nèi)加熱，升溫時啟動真空泵機(jī) 組抽真空，待溫度升至350 370。C關(guān)閉真空泵機(jī)，其間保持爐內(nèi)不低于5.25X 10,a的真空度，然后打開氮?dú)怆姶砰y門，注入純度不低于99.999%的氮?dú)?，?續(xù)加熱至595 605"C保溫3 6min，最后斷電冷卻至360'C打開爐腔取出，本步 驟在第一步完成后24h內(nèi)進(jìn)行，第七步將連接后的泡沫鋁在清水中洗凈釬縫中的殘余物即可。實施例2:一種泡沫鋁的釬焊方法，第一步對泡沫鋁待連接件進(jìn)行除銹去油處理，第二步根據(jù)待連接件連接面的尺寸，將厚度為0.8mm的箔片釬料剪裁成相應(yīng)大小的帶狀長條，第三步將K3A1F6和KA1F4按1: 1混合加熱到熔融狀態(tài)再冷卻，從而 得到結(jié)晶物，將結(jié)晶物經(jīng)過研磨處理成粉狀作為釬劑備用，第四步將粉末狀釬 劑加入化學(xué)純乙醇，調(diào)制成重量比為1: 2.5的混合懸液，均勻涂抹在待連接件 連接面，第五步將剪載成相應(yīng)大小的帶狀長條置于經(jīng)釬劑處理后的待連接面之 間，調(diào)整好裝配位置，然后用夾具保持精確裝配狀態(tài)，第六步；將已裝配完成的 待連接件放入真空爐內(nèi)加熱，升溫時啟動真空泵機(jī)組抽真空，待溫度升至35(TC 關(guān)閉真空泵機(jī)，其間保持爐內(nèi)不低于5.25乂10,&的真空度，然后打開氮?dú)怆姶?閥門，注入純度不低于99.999%的氮?dú)?，持續(xù)加熱至595'C保溫3min，最后斷電 冷卻至360'C打開爐腔取出，本步驟在第一步完成后24h內(nèi)進(jìn)行，第七步將連 接后的泡沫鋁在清水中洗凈釬縫中的殘余物即可。釬料采用在達(dá)到Al-Si共晶成 份的合金中加入Mg并加工成厚度為0.8mm的箔片，該釬料包括Al、 Si和Mg， 其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Si 9、 Mg2.50及余量Al，釬料雜質(zhì)<0.7且雜質(zhì)Cu<0.30。 除銹去油處理是先將待焊泡沫鋁本體放置在40°C、濃度為5%NaOH溶液中浸漬 7min，取出用潔凈水完全沖洗后放入濃度為30MHNO3溶液中和1.5min，然后凈 水洗凈，晾干后再采用丙酮清洗，最后放入12(TC保溫的烘箱中烘干備用。實施例3:一種泡沫鋁的釬焊方法，第一步對泡沫鋁待連接件進(jìn)行除銹去油處理，第二步: 根據(jù)待連接件連接面的尺寸，將厚度為lmm的箔片釬料剪裁成相應(yīng)大小的帶狀 長條，第三步將K3A1F6和KA1F4按1: 2混合加熱到熔融狀態(tài)再冷卻，從而 得到結(jié)晶物，將結(jié)晶物經(jīng)過研磨處理成粉狀作為釬劑備用，第四步將粉末狀釬 劑加入化學(xué)純乙醇，調(diào)制成重量比為l: 3.5的混合懸液，均勻涂抹在待連接件 連接面，第五步將剪載成相應(yīng)大小的帶狀長條置于經(jīng)釬劑處理后的待連接面之 間，調(diào)整好裝配位置，然后用夾具保持精確裝配狀態(tài)，第六步；將已裝配完成的 待連接件放入真空爐內(nèi)加熱，升溫時啟動真空泵機(jī)組抽真空，待溫度升至37(TC 關(guān)閉真空泵機(jī)，其間保持爐內(nèi)不低于5.25乂10—￥&的真空度，然后打開氮?dú)怆姶?閥門，注入純度不低于99.999%的氮?dú)?，持續(xù)加熱至605'C保溫6min，最后斷電 冷卻至365'C打開爐腔取出，本步驟在第一步完成后24h內(nèi)進(jìn)行，第七步將連 接后的泡沫鋁在清水中洗凈釬縫中的殘余物即可。釬料采用在達(dá)到Al-Si共晶成 份的合金中加入Mg并加工成厚度為lmm的箔片，該釬料包括A1、 Si和Mg， 其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Sill、 Mg2.50及余量Al，釬料雜質(zhì)<0.7且雜質(zhì)Cu〈0.30。 除銹去油處理是先將待焊泡沫鋁本體放置在60°C、濃度為8%NaOH溶液中浸漬 7min，取出用潔凈水完全沖洗后放入濃度為40。/。HNO3溶液中和1.5min，然后凈 水洗凈，晾干后再采用丙酮清洗，最后放入13(TC保溫的烘箱中烘干備用。實施例4:一種泡沫鋁的釬焊方法，第一步對泡沬鋁待連接件進(jìn)行除銹去油處理，第二歩根據(jù)待連接件連接面的尺寸，將厚度為0.9mm的箔片釬料剪裁成相應(yīng)大小的帶 狀長條，第三步將K3A1F6和KA1F4按1: 1.5混合加熱到熔融狀態(tài)再冷卻，從 而得到結(jié)晶物，將結(jié)晶物經(jīng)過研磨處理成粉狀作為釬劑備用，第四步將粉末狀 釬劑加入化學(xué)純乙醇，調(diào)制成重量比為l: 3的混合懸液，均勻涂抹在待連接件 連接面，第五步將剪載成相應(yīng)大小的帶狀長條置于經(jīng)釬劑處理后的待連接面之 間，調(diào)整好裝配位置，然后用夾具保持精確裝配狀態(tài)，第六步；將已裝配完成的待連接件放入真空爐內(nèi)加熱，升溫時啟動真空泵機(jī)組抽真空，待溫度升至36(TC 關(guān)閉真空泵機(jī)，其間保持爐內(nèi)不低于5.25乂10—￥&的真空度，然后打開氮?dú)怆姶?閥門，注入純度不低于99.999%的氮?dú)?，持續(xù)加熱至60(TC保溫5min，最后斷電 冷卻至362'C打開爐腔取出，本步驟在第一步完成后24h內(nèi)進(jìn)行，第七步將連接后的泡沫鋁在清水中洗凈釬縫中的殘余物即可。釬料采用在達(dá)到Al-Si共晶成 份的合金中加入Mg并加工成厚度為0.9mm的箔片，該釬料包括Al、 Si和Mg， 其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Si 10、 Mg2.50及余量Al，釬料雜質(zhì)<0.7且雜質(zhì)01<0.30。 除銹去油處理是先將待焊泡沫鋁本體放置在5(TC、濃度為7。/。NaOH溶液中浸漬 7min，取出用潔凈水完全沖洗后放入濃度為35n/。HN03溶液中和1.5min，然后凈 水洗凈，晾干后再采用丙酮清洗，最后放入125t:保溫的烘箱中烘干備用。
權(quán)利要求
1.一種泡沫鋁的釬焊方法，其特征在于第一步對泡沫鋁待連接件進(jìn)行除銹去油處理，第二步根據(jù)待連接件連接面的尺寸，將厚度為0.8～1mm的箔片釬料剪裁成相應(yīng)大小的帶狀長條，第三步將K3AlF6和KAlF4按1∶1～2混合加熱到熔融狀態(tài)再冷卻，從而得到結(jié)晶物，將結(jié)晶物經(jīng)過研磨處理成粉狀作為釬劑備用，第四步將粉末狀釬劑加入化學(xué)純乙醇，調(diào)制成重量比為1∶2.5～3.5的混合懸液，均勻涂抹在待連接件連接面，第五步將剪載成相應(yīng)大小的帶狀長條置于經(jīng)釬劑處理后的待連接面之間，調(diào)整好裝配位置，然后用夾具保持精確裝配狀態(tài)，第六步；將已裝配完成的待連接件放入真空爐內(nèi)加熱，升溫時啟動真空泵機(jī)組抽真空，待溫度升至350～370℃關(guān)閉真空泵機(jī)，其間保持爐內(nèi)不低于5.25×10-2Pa的真空度，然后打開氮?dú)怆姶砰y門，注入純度不低于99.999％的氮?dú)?，持續(xù)加熱至595～605℃保溫3～6min，最后斷電冷卻至360～365℃打開爐腔取出，本步驟在第一步完成后24h內(nèi)進(jìn)行，第七步將連接后的泡沫鋁在清水中洗凈釬縫中的殘余物即可。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫鋁的釬焊方法，其特征在于釬料采用在達(dá)到 Al-Si共晶成份的合金中加入Mg并加工成厚度為0.8 lmm的箔片，該釬料包 括A1、 Si和Mg，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Si9 U、 Mg2.50及余量Al，釬料雜質(zhì)<0.7 且雜質(zhì)Cu<0.30。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫鋁的釬焊方法，其特征在于除銹去油處理是 先將待焊泡沫鋁本體放置在40 6(TC、濃度為5-8n/。NaOH溶液中浸漬7min，取 出用潔凈水完全沖洗后放入濃度為30 40n/。HNO3溶液中和1.5min，然后凈水洗 凈，晾干后再采用丙酮清洗，最后放入120 13(TC保溫的烘箱中烘干備用。
全文摘要
一種泡沫鋁的釬焊方法，對泡沫鋁待連接件進(jìn)行除銹去油處理，根據(jù)待連接件連接面的尺寸，將箔片釬料剪裁成相應(yīng)大小的帶狀長條，將K₃AlF₆和KAlF₄混合加熱到熔融狀態(tài)再冷卻，從而得到結(jié)晶物，將結(jié)晶物經(jīng)過研磨處理成粉狀作為釬劑備用，將粉末狀釬劑加入化學(xué)純乙醇，均勻涂抹在待連接件連接面，將剪載成相應(yīng)大小的帶狀長條置于經(jīng)釬劑處理后的待連接面之間，調(diào)整好裝配位置，然后用夾具保持精確裝配狀態(tài)，將已裝配完成的待連接件放入真空爐內(nèi)加熱，升溫時啟動真空泵機(jī)組抽真空，其間保持爐內(nèi)真空度，然后打開氮?dú)怆姶砰y門，注入氮?dú)猓掷m(xù)加熱保溫3～6min，最后冷卻至360～365℃打開爐腔取出，將連接后的泡沫鋁在清水中洗凈釬縫中的殘余物即可。
文檔編號B23K1/008GK101214569SQ20081001916
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者何德坪, 何思淵, 張勇明, 輝 王, 褚旭明 申請人:東南大學(xué)