專利名稱：鋁合金/不銹鋼釬焊用Al-Si-Zn急冷釬料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于異種材料釬焊的釬料，具體地說是鋁合金/不銹鋼釬焊用 Al-Si-Zn急冷釬料的制備方法。
背景技術(shù)：
近年，隨著節(jié)能環(huán)保進(jìn)程和汽車及工業(yè)領(lǐng)域諸類機(jī)械零部件輕量化趨勢的加快， 制備輕量、耐腐蝕、耐熱、高強(qiáng)度兼?zhèn)涞膹?fù)合部件的技術(shù)日趨重要；
鋁合金是輕量化的首選材料，然而其耐熱性、強(qiáng)度稍欠缺，而不銹鋼可以彌補(bǔ)此缺陷。 因此，鋁合金與不銹鋼連接技術(shù)的開發(fā)研究即成為亟待解決的課題。就連接方法而言，釬焊方法是比較適宜的方法。但鋁合金和不銹鋼的釬焊為大器形異種材料之間的焊接，由于兩者強(qiáng)固的氧化膜及融點(diǎn)、熱物理性能差異很大等原因使得焊接很困難。而且迄今，前期研究中對各種鋁合金與不銹鋼使用Al-Si釬料實(shí)施了釬焊，其結(jié)果為鋁合金與不銹鋼的異材間釬焊很難形成強(qiáng)固的接頭。Al-Si共晶釬料對不銹鋼雖然能夠產(chǎn)生潤濕，但產(chǎn)生潤濕所需要的時(shí)間比潤濕鋁合金所需時(shí)間要長，并且釬料在潤濕不銹鋼母材前，先與鋁合金母材發(fā)生潤濕、反應(yīng)并急速等溫凝固，其結(jié)果導(dǎo)致的熔融釬料層消失是接頭難以形成的主要原因。因此，開發(fā)研制潤濕性良好、易于潤濕不銹鋼，熔點(diǎn)更低、釬料自身力學(xué)性能更好的Al-Si基急冷釬料已勢在必行，這對釬焊鋁合金與不銹鋼，加快促進(jìn)汽車和其他工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能環(huán)保發(fā)展的進(jìn)程，具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適于鋁合金和不銹鋼之間焊接的 Al-Si-Zn急冷釬料的制備方法，解決釬料潤濕不銹鋼差的問題，以進(jìn)一步提高釬料的潤濕性、力學(xué)性能，降低釬料熔點(diǎn)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是先制備一種ΑΙ-Si-ai普通釬料，在保證其對不銹鋼潤濕性的基礎(chǔ)上再制備Α -si-ai急冷釬料，以進(jìn)一步提高釬料的潤濕性、力學(xué)性能，降低釬料熔點(diǎn)。其方案為鋁合金/不銹鋼釬焊用Α -si-ai急冷釬料的制備方法，采用鋅粉以及成分為鋁、硅、鐵、銅和鎂的釬料箔為原料，釬料箔中鋁、硅、鐵、銅和鎂占原料總重量的百分比為鋁78. 8—87. 7%、硅11 一 13%、鐵0. 6 — 0. 8%、銅0. 3 — 0. 4%、 鎂0. 1 — 0. 2%，鋅粉占原料總重量的百分比為0. 1—7% ；制備步驟為
(1)、將成分為鋁、硅、鐵、銅和鎂的釬料箔以及鋅粉按照上述比例加入到真空非自耗電弧爐中，將爐內(nèi)抽成真空，真空度為4X 10_2Pa，然后向爐內(nèi)沖入壓強(qiáng)為0. 02MPa的氬氣作為保護(hù)氣體；
(2)、打開電弧爐電源向原料中打入電弧，對原料進(jìn)行熔煉，調(diào)節(jié)電流使原料以每秒的速率升溫，熔煉過程中通過電弧產(chǎn)生的推力攪拌熔融合金，熔煉溫度上升至 1400-1500°C后，切斷電弧爐電源自然冷卻15分鐘；
(3)、將熔煉后的原料取出并翻轉(zhuǎn)后重新送入電弧爐，按照上述方法再進(jìn)行1至2次熔煉；熔煉結(jié)束后，得到的合金自然冷卻；
(4)、將冷卻后的合金塊取出，用砂紙對合金塊表面進(jìn)行打磨，去除合金塊表面的殘雜和氧化膜，打磨時(shí)，先用磨料粒度為400目的砂紙打磨一遍，再依次用磨料粒度為800目和 1200目的砂紙各打磨一遍；
(5)、將打磨過的合金塊放入單輥熔體快淬設(shè)備的石英管內(nèi)，加熱使合金塊熔化，然后將熔化后的合金通過設(shè)備的噴嘴噴至輥輪上，經(jīng)甩帶制成寬15mm，厚120 μ m的釬料箔帶， 即制成Al-Si-Si急冷釬料。本發(fā)明的有益效果是本技術(shù)方案中原料的選擇有利于鋁合金和不銹鋼之間的焊接，采用以上原料配比制備的釬料具有良好的潤濕性，縮短了對不銹鋼的潤濕時(shí)間，能夠同步潤濕不銹鋼和鋁合金，使不銹鋼和鋁合金之間形成牢固的接頭。釬料經(jīng)過單輥熔體快淬法急冷甩帶后，進(jìn)一步提高了釬料的潤濕性、力學(xué)性能，降低釬料熔點(diǎn)，更易于不銹鋼和鋁合金的焊接，并提高了焊接強(qiáng)度。采用先制備Ai-si-ai普通釬料，然后再轉(zhuǎn)化制備 Ai-si-ai急冷釬料的方法，不僅使整個(gè)制備工藝過程簡單化，而且還可先篩選工藝性能、力學(xué)性能良好的Ai-si-ai普通釬料，在此基礎(chǔ)上再制備Ai-si-ai急冷釬料，提高了效率，并降低了成本。
具體實(shí)施例方式結(jié)合實(shí)施例具體說明本發(fā)明的實(shí)施方式鋁合金/不銹鋼釬焊用ΑΙ-Si-ai急冷釬料的制備方法，采用鋅粉以及成分為鋁、硅、鐵、銅和鎂的釬料箔為原料，釬料箔中鋁、 硅、鐵、銅和鎂占原料總重量的百分比為鋁78. 8—87. 7%、硅11 一 13%、鐵0. 6 — 0. 8%、銅 0. 3 - 0. 4%、鎂0. 1 — 0. 2%，鋅粉占原料總重量的百分比為0. 1—7% ；制備步驟為
(1)、將成分為鋁、硅、鐵、銅和鎂的釬料箔以及鋅粉按照上述比例加入到真空非自耗電弧爐中，將爐內(nèi)抽成真空，真空度為4X 10_2Pa，然后向爐內(nèi)沖入壓強(qiáng)為0. 02MPa的氬氣作為保護(hù)氣體；
(2)、打開電弧爐電源向原料中打入電弧，對原料進(jìn)行熔煉，調(diào)節(jié)電流使原料以每秒的速率升溫，熔煉過程中通過電弧產(chǎn)生的推力攪拌熔融合金，熔煉溫度上升至 1400-1500°C后，切斷電弧爐電源自然冷卻15分鐘；
(3)、將熔煉后的原料取出并翻轉(zhuǎn)后重新送入電弧爐，按照上述方法再進(jìn)行1至2次熔煉；熔煉結(jié)束后，得到的合金自然冷卻；
(4)、將冷卻后的合金塊取出，用砂紙對合金塊表面進(jìn)行打磨，去除合金塊表面的殘雜和氧化膜，打磨時(shí)，先用磨料粒度為400目的砂紙打磨一遍，再依次用磨料粒度為800目和 1200目的砂紙各打磨一遍；
(5)、將打磨過的合金塊放入單輥熔體快淬設(shè)備的石英管內(nèi)，加熱使合金塊熔化，然后將熔化后的合金通過設(shè)備的噴嘴噴至輥輪上，經(jīng)甩帶制成寬15mm，厚120 μ m的釬料箔帶， 即制成Al-Si-Si急冷釬料。本發(fā)明制成的Al-Si-Si急冷釬料合金熔點(diǎn)在585 620°C之間，Al-Si-Si急冷釬料箔帶寬15mm左右，厚120 μ m左右，能夠保證最佳的釬焊性能。單輥熔體快淬設(shè)備也稱為單輥甩帶機(jī)，原料在石英管內(nèi)熔化后，通過噴嘴將熔融的原料噴至旋轉(zhuǎn)的銅輥輪上，液態(tài)金屬由于急冷而被制成薄帶狀。單輥熔體快淬法甩帶設(shè)備的操作方法為接通電源，開啟冷卻水水源；通水后三分鐘，開啟機(jī)上電源開關(guān)，按下油泵啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)油泵；按“噴嘴下降按鈕”使石英夾頭處于最低位置；安裝石英管，調(diào)整好噴口與銅輪的間隙；然后開啟氬氣，調(diào)節(jié)氬氣壓力，把石英管提高到加熱位置；選擇半自動(dòng)工作狀態(tài)；將高溫計(jì)測頭瞄準(zhǔn)待熔化的合金；按輥輪啟動(dòng)按鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速按鈕，至轉(zhuǎn)速上升到所需轉(zhuǎn)速；保溫噴甩制帶，待制完后立即將石英管上升到夾頭；按動(dòng)輥輪停止按鈕；關(guān)油泵、關(guān)機(jī)上電源，關(guān)氬氣，斷開外接電源，關(guān)閉冷卻水。本發(fā)明未提及的操作參數(shù)可按常規(guī)方法執(zhí)行。釬料經(jīng)過單輥熔體快淬設(shè)備快速凝固處理后，組織變得更為均勻，釬料熔化溫度降低，熔化區(qū)間也更窄。鋪展迅速，潤濕面積增大、潤濕角減小。另外急冷釬料中的元素處于非穩(wěn)態(tài)，有較高的自由能，擴(kuò)散能力較強(qiáng)，釬料有很強(qiáng)的活性，從而保證釬焊接頭有較高的強(qiáng)度。注意每次制帶后應(yīng)清掃干凈，保持輥輪清潔，光亮。實(shí)施例1
鋁合金/不銹鋼釬焊用Α -si-ai急冷釬料的制備方法，采用鋅粉以及成分為鋁、 硅、鐵、銅和鎂的釬料箔為原料，釬料箔中鋁、硅、鐵、銅和鎂占原料總重量的百分比為鋁 78. 8%、硅13%、鐵0. 7%、銅0. 35%、鎂0. 15%，鋅粉占原料總重量的百分比為:7% ；制備步驟為
(1)、將成分為鋁、硅、鐵、銅和鎂的釬料箔以及鋅粉按照上述比例加入到真空非自耗電弧爐中，將爐內(nèi)抽成真空，真空度為4X 10_2Pa，然后向爐內(nèi)沖入壓強(qiáng)為0. 02MPa的氬氣作為保護(hù)氣體；
(2)、打開電弧爐電源向原料中打入電弧，對原料進(jìn)行熔煉，調(diào)節(jié)電流使原料以每秒的速率升溫，熔煉過程中通過電弧產(chǎn)生的推力攪拌熔融合金，熔煉溫度上升至1400°C
后，切斷電弧爐電源自然冷卻15分鐘；
(3)、將熔煉后的原料取出并翻轉(zhuǎn)后重新送入電弧爐，按照上述方法再進(jìn)行2次熔煉； 熔煉結(jié)束后，得到的合金自然冷卻；
(4)、將冷卻后的合金塊取出，用砂紙對合金塊表面進(jìn)行打磨，去除合金塊表面的殘雜和氧化膜，打磨時(shí)，先用磨料粒度為400目的砂紙打磨一遍，再依次用磨料粒度為800目和 1200目的砂紙各打磨一遍；
(5)、將打磨過的合金塊放入單輥熔體快淬設(shè)備的石英管內(nèi)，加熱使合金塊熔化，然后將熔化后的合金通過設(shè)備的噴嘴噴至輥輪上，經(jīng)甩帶制成寬15mm，厚120 μ m的釬料箔帶， 即制成Al-Si-Si急冷釬料。實(shí)施例2
鋁合金/不銹鋼釬焊用Ai-si-ai急冷釬料的制備方法，采用鋅粉以及成分為鋁、 硅、鐵、銅和鎂的釬料箔為原料，釬料箔中鋁、硅、鐵、銅和鎂占原料總重量的百分比為鋁 84. 8%、硅12%、鐵0. 6%、銅0. 4%、鎂0. 2%，鋅粉占原料總重量的百分比為2% ；制備步驟為
(1)、將成分為鋁、硅、鐵、銅和鎂的釬料箔以及鋅粉按照上述比例加入到真空非自耗電弧爐中，將爐內(nèi)抽成真空，真空度為4X 10_2Pa，然后向爐內(nèi)沖入壓強(qiáng)為0. 02MPa的氬氣作為保護(hù)氣體；
(2)、打開電弧爐電源向原料中打入電弧，對原料進(jìn)行熔煉，調(diào)節(jié)電流使原料以每秒的速率升溫，熔煉過程中通過電弧產(chǎn)生的推力攪拌熔融合金，熔煉溫度上升至1450°C后，切斷電弧爐電源自然冷卻15分鐘；
(3)、將熔煉后的原料取出并翻轉(zhuǎn)后重新送入電弧爐，按照上述方法再進(jìn)行1次熔煉； 熔煉結(jié)束后，得到的合金自然冷卻；
(4)、將冷卻后的合金塊取出，用砂紙對合金塊表面進(jìn)行打磨，去除合金塊表面的殘雜和氧化膜，打磨時(shí)，先用磨料粒度為400目的砂紙打磨一遍，再依次用磨料粒度為800目和 1200目的砂紙各打磨一遍；
(5)、將打磨過的合金塊放入單輥熔體快淬設(shè)備的石英管內(nèi)，加熱使合金塊熔化，然后將熔化后的合金通過設(shè)備的噴嘴噴至輥輪上，經(jīng)甩帶制成寬15mm，厚120 μ m的釬料箔帶， 即制成Al-Si-Si急冷釬料。 實(shí)施例3
鋁合金/不銹鋼釬焊用Α -si-ai急冷釬料的制備方法，采用鋅粉以及成分為鋁、 硅、鐵、銅和鎂的釬料箔為原料，釬料箔中鋁、硅、鐵、銅和鎂占原料總重量的百分比為鋁 87. 7%、硅11%、鐵0. 8%、銅0. 3%、鎂0. 1%，鋅粉占原料總重量的百分比為0. 1% ；制備步驟為
(1)、將成分為鋁、硅、鐵、銅和鎂的釬料箔以及鋅粉按照上述比例加入到真空非自耗電弧爐中，將爐內(nèi)抽成真空，真空度為4X 10_2Pa，然后向爐內(nèi)沖入壓強(qiáng)為0. 02MPa的氬氣作為保護(hù)氣體；
(2)、打開電弧爐電源向原料中打入電弧，對原料進(jìn)行熔煉，調(diào)節(jié)電流使原料以每秒的速率升溫，熔煉過程中通過電弧產(chǎn)生的推力攪拌熔融合金，熔煉溫度上升至1500°C
后，切斷電弧爐電源自然冷卻15分鐘；
(3)、將熔煉后的原料取出并翻轉(zhuǎn)后重新送入電弧爐，按照上述方法再進(jìn)行2次熔煉； 熔煉結(jié)束后，得到的合金自然冷卻；
(4)、將冷卻后的合金塊取出，用砂紙對合金塊表面進(jìn)行打磨，去除合金塊表面的殘雜和氧化膜，打磨時(shí)，先用磨料粒度為400目的砂紙打磨一遍，再依次用磨料粒度為800目和 1200目的砂紙各打磨一遍；
(5)、將打磨過的合金塊放入單輥熔體快淬設(shè)備的石英管內(nèi)，加熱使合金塊熔化，然后將熔化后的合金通過設(shè)備的噴嘴噴至輥輪上，經(jīng)甩帶制成寬15mm，厚120 μ m的釬料箔帶， 即制成Al-Si-Si急冷釬料。實(shí)施例4
取含有42. 9g鋁、6g硅、0. 4g鐵、0. 15g銅和0. 05g鎂的Al-Si釬料箔共49. 50g，取鋅粉 0. 5g，按照鋅粉加入量為1%的比例混合配制，將上述配好的原料放入工業(yè)用真空非自耗感應(yīng)爐中，并將爐內(nèi)抽成真空，真空度為4乂10_牛^其次沖入0. 02MPa的氬氣作為保護(hù)氣體； 然后打開感應(yīng)電弧爐電源預(yù)熱5分鐘，預(yù)熱過后打入電弧引燃，開始對原料進(jìn)行熔煉；熔煉過程中調(diào)節(jié)電流使其熔化均勻，在常壓下，溫度達(dá)到大約1400°C，待原料完全熔化均勻后， 切斷電源隨爐冷卻大約15分鐘；待熔煉結(jié)束，將試樣翻轉(zhuǎn)重新打入電弧再進(jìn)行熔煉兩次， 即可得到Α -si-ai普通釬料合金；熔煉完后需對塊體Α -si-ai普通釬料合金表面進(jìn)行研磨加工處理。采用單輥熔體快淬法將制成的Α -si-ai普通釬料合金轉(zhuǎn)化制備成Ai-Si-Si 急冷釬料。
制成的Al-Si-Si普通釬料合金潤濕角12. 33°，抗拉強(qiáng)度100. 12MPa，熔點(diǎn)610°C。 最終制成的Al-Si-ai急冷釬料潤濕角9. 20°，抗拉強(qiáng)度119. 95MPa,熔點(diǎn)602°C。實(shí)施例5
取含有42. 4g鋁、5. 5g硅、0. 4g鐵、0. 15g銅和0. 05g鎂的Al-Si釬料箔共48. 50g，取鋅粉1. 5g，按照鋅粉加入量為3%的比例混合配制，將上述配好的原料放入工業(yè)用真空非自耗電弧爐中，并將爐內(nèi)抽成真空真空度為4X 10_2Pa，其次沖入0. 02MPa的氬氣作為保護(hù)氣體； 然后打開電弧爐電源打入電弧引燃原料，開始對原料進(jìn)行熔煉；熔煉過程中調(diào)節(jié)電流使其熔化均勻，在常壓下，溫度達(dá)到大約1450°C，待原料完全熔化均勻后，切斷電源隨爐冷卻大約15分鐘；待熔煉結(jié)束，將試樣翻轉(zhuǎn)重新打入電弧再進(jìn)行熔煉一次，即可得到Al-Si-Si普通釬料合金；熔煉完后需對塊體Al-Si-Si普通釬料合金表面進(jìn)行研磨加工處理。采用單輥熔體快淬法將制成的Α -si-ai普通釬料合金轉(zhuǎn)化制備成Α -si-ai急冷釬料。制成的Al-Si-Si普通釬料合金潤濕角11. 19°，抗拉強(qiáng)度120. lOMPa，熔點(diǎn)607°C。 最終制成的Al-Si-ai急冷釬料潤濕角7. 76°，抗拉強(qiáng)度100. 9IMPa,熔點(diǎn)598°C。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明所得產(chǎn)物Al-Si-ai急冷釬料，具有優(yōu)良的潤濕性和力學(xué)性能，能夠同步潤濕不銹鋼和鋁合金，鋁合金和不銹鋼焊接后的抗拉強(qiáng)度大于100. 9MPa，并且釬料熔點(diǎn)有所降低，滿足釬焊使用要求，可以解決鋁合金與不銹鋼異材間釬焊難的問題。
權(quán)利要求
1.鋁合金/不銹鋼釬焊用Ai-si-ai急冷釬料的制備方法，其特征在于采用鋅粉以及成分為鋁、硅、鐵、銅和鎂的釬料箔為原料，釬料箔中鋁、硅、鐵、銅和鎂占原料總重量的百分比為鋁 78. 8—87. 7%、硅 11 — 13%、鐵 0. 6 — 0. 8%、銅 0. 3 — 0. 4%、鎂 0. 1 — 0. 2%，鋅粉占原料總重量的百分比為0. 1-7% ；制備步驟為(1)、將成分為鋁、硅、鐵、銅和鎂的釬料箔以及鋅粉按照上述比例加入到真空非自耗電弧爐中，將爐內(nèi)抽成真空，真空度為4X 10_2Pa，然后向爐內(nèi)沖入壓強(qiáng)為0. 02MPa的氬氣作為保護(hù)氣體；(2)、打開電弧爐電源向原料中打入電弧，對原料進(jìn)行熔煉，調(diào)節(jié)電流使原料以每秒的速率升溫，熔煉過程中通過電弧產(chǎn)生的推力攪拌熔融合金，熔煉溫度上升至 1400-1500°C后，切斷電弧爐電源自然冷卻15分鐘；(3)、將熔煉后的原料取出并翻轉(zhuǎn)后重新送入電弧爐，按照上述方法再進(jìn)行1至2次熔煉；熔煉結(jié)束后，得到的合金自然冷卻；(4)、將冷卻后的合金塊取出，用砂紙對合金塊表面進(jìn)行打磨，去除合金塊表面的殘雜和氧化膜，打磨時(shí)，先用磨料粒度為400目的砂紙打磨一遍，再依次用磨料粒度為800目和 1200目的砂紙各打磨一遍；(5)、將打磨過的合金塊放入單輥熔體快淬設(shè)備的石英管內(nèi)，加熱使合金塊熔化，然后將熔化后的合金通過設(shè)備的噴嘴噴至輥輪上，經(jīng)甩帶制成寬15mm，厚120 μ m的釬料箔帶， 即制成Al-Si-Si急冷釬料。
全文摘要
鋁合金/不銹鋼釬焊用Al-Si-Zn急冷釬料的制備方法，采用鋅粉及成分為鋁、硅、鐵、銅和鎂的釬料箔為原料，原料加入真空非自耗電弧爐，抽真空后沖入氬氣；打開電源使原料以每秒28℃的速率升溫至1400-1500℃后，切斷電源冷卻15分鐘；熔煉后的原料取出并翻轉(zhuǎn)后重新送入電弧爐，再進(jìn)行1至2次熔煉；熔煉結(jié)束后將冷卻的合金塊取出打磨；然后放入單輥熔體快淬設(shè)備，加熱熔化，熔化后的合金噴至輥輪上經(jīng)甩帶制成寬15mm，厚120μm的釬料箔帶，即制成Al-Si-Zn急冷釬料。制備的釬料具有良好的潤濕性，縮短了對不銹鋼的潤濕時(shí)間，能夠同步潤濕不銹鋼和鋁合金，使不銹鋼和鋁合金之間形成牢固的接頭。
文檔編號B23K35/28GK102500957SQ20111034138
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者劉樹英, 張壘, 張鑫, 曹聰聰, 鈴村暁男, 閆焉服 申請人:河南科技大學(xué)