一種低脆性中溫鋁合金釬焊材料及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低脆性中溫鋁合金釬焊材料，各成分的質(zhì)量百分比為：Cu：16.0~18.0%，Si：5.5~7.5%，Ni：2.4~4.0%，Ge：6.0~8.5%，Sr：0.1~0.5%，由Al、Ti與B以質(zhì)量比94:5:1混合而成的鋁鈦硼合金：0.01~0.2%，余量為Al。制備時(shí)，首先按比例冶煉鎳和銅、硅與鋁、銅與鋁、鍺與鋁四種中間合金，然后經(jīng)熔煉、精密加工即成細(xì)絲狀、帶狀或箔狀釬料。本發(fā)明制備過(guò)程簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行、便于操作。制備成的釬焊材料熔化溫度低，釬料具有良好的鋪展性和間隙填充性，非常適用低熔點(diǎn)鋁合金釬焊作業(yè)；同時(shí)，由于該釬焊材料具有低脆性，便于加工成箔狀或細(xì)絲狀釬料，拓寬了低熔點(diǎn)鋁合金釬焊的應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種低脆性中溫鋁合金釬焊材料及其制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金釬焊技術(shù)，尤其是涉及一種低脆性中溫鋁合金釬焊材料，本發(fā)明還涉及該釬焊材料的制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]鋁及鋁合金由于具有密度小、電導(dǎo)率高和抗腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，在近代工業(yè)尤其是在航空、汽車和國(guó)防軍事領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前鋁合金硬釬料主要是Al-Si共晶型釬料，該釬料流動(dòng)性好，容易加工成形，但此類釬料熔點(diǎn)較高。Al-Si共晶釬料釬焊溫度一般在585°C以上，接近甚至超過(guò)部分鋁合金的固相線，在此溫度下釬焊過(guò)程中母材易發(fā)生晶粒長(zhǎng)大、過(guò)燒等現(xiàn)象。為了降低Al-Si釬料的熔點(diǎn)，科研人員研制了 Al-S1-Cu-Ge系釬料，通過(guò)向Al-Si合金中加入Cu、Ge合金元素來(lái)降低合金的熔點(diǎn)，但仍未能解決隨著Cu及Ge元素的增加，其相應(yīng)脆性相增加的問(wèn)題。[張曉麗，賀定等Al-S1-Cu-Ge釬料性能的研究[J].焊接，2009，(11):28-30]。中國(guó)專利CN201010160707.0公布了一種Al-S1-Cu-Ni合金態(tài)箔狀釬料及其制備方法，該方法所制得的釬料具有較好的機(jī)械加工性能，但由于該釬料熔點(diǎn)為518?538°C，限制了在熔點(diǎn)低于550° C鋁合金釬焊領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用，另一方面該釬料塑性差，制備難度大，難以推廣應(yīng)用。Zn-Al系、Sn-Pb系及Sn-Zn系等常用軟釬焊材料雖然溶化溫度能夠滿足釬焊低熔點(diǎn)鋁合金的要求，但由于普遍存在釬焊接頭強(qiáng)度低、耐腐蝕性不良等缺陷[張啟云，莊鴻壽.釬焊手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社2008:56-58]，也限制了這些軟釬焊材料在鋁合金連接中的應(yīng)用。因此開(kāi)發(fā)一種釬焊溫度適中，便于成形、具有優(yōu)良機(jī)械性能的釬焊材料，就成為低熔點(diǎn)鋁合金結(jié)構(gòu)件連接制造中急需解決的工程問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能滿足鋁合金連接應(yīng)用的低脆性中溫鋁合金釬焊材料，本發(fā)明還提供該釬焊材料的制備工藝。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案:
本發(fā)明所述的低脆性中溫鋁合金釬焊材料中各成分的質(zhì)量百分比為:
Cu:16.0?18.0%, Si:5.5?7.5%, Ni:2.4?4.0%, Ge:6.0?8.5%, Sr:0.Γθ.5%,由 Al.Ti 與B以質(zhì)量比94:5:1混合而成的鋁鈦硼合金:0.01?0.2%，余量為Al。
[0006]本發(fā)明的低脆性中溫鋁合金釬焊材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步，冶煉中間合金
熔煉中間合金W:其中中間合金W中鎳和銅的重量比為:Cu:Ni = 80:20 ；
熔煉中間合金X:其中中間合金X中硅與鋁的重量比為Al:Si = 80:20;
熔煉中間合金Y:其中中間合金Y中銅與鋁的重量比為Al: Cu = 50: 50;
鋁熔煉中間合金Z:其中中間合金Z中鍺與鋁的重量比為Al:Ge = 70:30 ；
第二步，熔煉將余量金屬鋁在中頻爐中熔化，爐內(nèi)熔液溫度達(dá)到720°C時(shí)，加入第一步冶煉的四種中間合金W、X、Y、Z，并保溫30分鐘使之充分融合；然后用質(zhì)量比1:1:1的KCl+NaCl+ZnCl覆蓋劑對(duì)熔液進(jìn)行完全覆蓋；繼續(xù)加熱金屬熔液，溫度上升至80(T85(TC后加入鋁鈦硼中間合金，待其完全熔化，再保溫20分鐘，然后開(kāi)始降溫，溫度降至750°C ±50°C時(shí)，加入金屬Sr，并噴吹氬氣進(jìn)行精煉；待熔液溫度降至700°C時(shí)，熔煉結(jié)束，將熔液澆注進(jìn)鑄模中形成鑄錠；一般情況下，鑄錠分為棒狀鑄錠和方錠坯。
[0007]第三步，精密加工
澆注過(guò)程中，冷卻系統(tǒng)開(kāi)啟，使鑄錠快速冷卻，直徑32mm的棒狀鑄錠經(jīng)過(guò)擠壓、拉拔減徑加工成細(xì)絲狀釬料；方錠坯經(jīng)過(guò)多道次軋制成帶狀或箔狀釬料。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備過(guò)程簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行、便于操作。制備成的釬焊材料熔化溫度低，熔化溫度范圍在495?530°C之間(釬焊溫度為535?550° C之間)，在此釬焊溫度下釬料具有良好的鋪展性和間隙填充性，非常適用低熔點(diǎn)鋁合金釬焊作業(yè)；同時(shí)，由于該釬焊材料具有低脆性，便于加工成箔狀或細(xì)絲狀釬料，拓寬了低熔點(diǎn)鋁合金釬焊的應(yīng)用領(lǐng)域。

【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0010]實(shí)施例1:
制備10kg低脆性中溫鋁合金釬料，其成分要求為::Cu:18.0%，S1:6.0%，N1:3.0%，Ge:8.0%，Sr:0.5%，由Al、T1、B以質(zhì)量比94:5:1混合而成的鋁鈦硼合金:0.05%,余量為Al。
[0011]首先按重量比Cu: Ni = 80:20熔煉15kg中間合金W，按重量比Al: Si = 80:20熔煉30kg中間合金X，按重量比Al:Cu = 50: 50熔煉12kg中間合金Y，按重量比Al:Ge =70:30熔煉26.7kg中間合金Z ；
將剩余的15.75kg純金屬鋁在中頻爐中熔化，當(dāng)爐中熔液溫度達(dá)到720°C時(shí)加入上面熔煉好的中間合金W、X、Y、Z，并保溫30分鐘，使其充分融合后，用質(zhì)量比1:1:1的KCl+NaCl+ZnCl覆蓋劑對(duì)熔煉合金液進(jìn)行完全覆蓋；將金屬液繼續(xù)加熱，溫度上升至800 850 C后加入0.05kg招欽砸中間合金；待金屬完全溶化后，保溫20分鐘，然后開(kāi)始降溫。溫度降至750°C左右加入0.5kg金屬Sr，并噴吹氬氣進(jìn)行精煉；
待熔體溫度降至700°C時(shí)熔煉結(jié)束，將成分均勻的溶液倒入釬料鑄錠順序凝固裝置(詳見(jiàn)鄭州機(jī)械研究所于2012年2月24日申請(qǐng)的專利號(hào)為ZL 201220062676.X、發(fā)明名稱為《釬料鑄錠順序凝固裝置》的實(shí)用新型專利，該裝置可以使釬料在澆注過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速冷卻，保證鑄錠組織均勻，缺陷少)中:開(kāi)啟冷卻循環(huán)系統(tǒng)，使合金液向鑄模澆注過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速冷卻，得到組織均勻的成品鑄錠:直徑32mm的棒狀鑄錠或橫截面為100X 1mm2的方坯。棒狀鑄錠經(jīng)過(guò)擠壓、軋制、拉拔減徑加工成細(xì)絲狀釬料，方坯鑄錠經(jīng)過(guò)軋制成帶狀或箔狀釬料。
[0012]實(shí)施例2:
制備10kg低脆性中溫鋁合金釬料，其成分要求為::Cu:17.0%，S1:5.5%，N1:3.5%，Ge:8.5%, Sr:0.1%，由Al,Ti,B以質(zhì)量比94:5:1混合而成的鋁鈦硼合金:0.1%,余量為Al。
[0013]首先按重量比Cu:Ni = 80:20熔煉17.5kg中間合金W，按重量比Al:Si = 80:20熔煉27.5kg中間合金X，按重量比Al: Cu = 50: 50熔煉6kg中間合金Y，按重量比Al: Ge =70:30熔煉28.3kg中間合金Z ；
將剩余的20.5kg純金屬鋁在中頻爐中熔化，當(dāng)爐中熔液溫度達(dá)到720°C時(shí)加入上面熔煉好的中間合金W、X、Y、Z，并保溫30分鐘，使其充分融合后，用質(zhì)量比1:1:1的KCl+NaCl+ZnCl覆蓋劑對(duì)熔煉合金液進(jìn)行完全覆蓋；將金屬液繼續(xù)加熱，溫度上升至800 850 C后加入0.05kg招欽砸中間合金；待金屬完全溶化后，保溫20分鐘,然后開(kāi)始降溫。溫度降至750°C左右加入0.1kg金屬Sr，并噴吹氬氣進(jìn)行精煉；
待熔體溫度降至700°C時(shí)熔煉結(jié)束，將成分均勻的溶液倒入釬料鑄錠順序凝固裝置(可采用實(shí)施例1中的裝置)中，開(kāi)啟冷卻循環(huán)系統(tǒng)，使合金液向鑄模澆注過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速冷卻，得到組織均勻的成品鑄錠:直徑32mm的棒狀鑄錠或橫截面為100X 1mm2的方坯。同樣的，棒狀鑄錠經(jīng)過(guò)擠壓、軋制、拉拔減徑加工成細(xì)絲狀釬料，方坯鑄錠經(jīng)過(guò)軋制成帶狀或箔狀釬料。
[0014]實(shí)施例3:
制備10kg低脆性中溫鋁合金釬料，其成分要求為::Cu:16.0%，S1:7.5%，N1:2.5%，Ge:7.0%，Sr:0.3%，由Al、T1、B以質(zhì)量比94:5:1混合而成的鋁鈦硼合金:0.15%,余量為Al。
[0015]首先按重量比Cu:Ni = 80:20熔煉12.5kg中間合金W，按重量比Al:Si = 80:20熔煉27.5kg中間合金X，按重量比Al: Cu = 50: 50熔煉12kg中間合金Y，按重量比Al: Ge=70:30熔煉23.33kg中間合金Z ；
將剩余的14.22kg純金屬鋁在中頻爐中熔化，當(dāng)爐中熔液溫度達(dá)到720°C時(shí)加入上面熔煉好的中間合金W、X、Y、Z，并保溫30分鐘，使其充分融合后，用質(zhì)量比1:1:1的KCl+NaCl+ZnCl覆蓋劑對(duì)熔煉合金液進(jìn)行完全覆蓋；將金屬液繼續(xù)加熱，溫度上升至800 850 C后加入0.15kg招欽砸中間合金；待金屬完全溶化后，保溫20分鐘，然后開(kāi)始降溫。溫度降至750°C左右加入0.3kg金屬Sr，并噴吹氬氣進(jìn)行精煉；
待熔體溫度降至700°C時(shí)熔煉結(jié)束，將成分均勻的溶液倒入釬料鑄錠順序凝固裝置(可采用實(shí)施例1中的裝置)中，開(kāi)啟冷卻循環(huán)系統(tǒng)，使合金液向鑄模澆注過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速冷卻，得到組織均勻的成品鑄錠:直徑32mm的棒狀鑄錠或橫截面為100X 1mm2的方坯。同樣的，棒狀鑄錠經(jīng)過(guò)擠壓、軋制、拉拔減徑加工成細(xì)絲狀釬料，方坯鑄錠經(jīng)過(guò)軋制成帶狀或箔狀釬料。
[0016]實(shí)施例4:
制備10kg低脆性中溫鋁合金釬料，其成分要求為::Cu:17.5%，S1:6.5%，N1:3.0%，Ge:6.5%, Sr:0.2%，由Al,Ti,B以質(zhì)量比94:5:1混合而成的鋁鈦硼合金:0.2%,余量為Al。
[0017]首先按重量比Cu: Ni = 80:20熔煉15kg中間合金W，按重量比Al: Si = 80:20熔煉32.5kg中間合金X，按重量比Al: Cu = 50: 50熔煉Ilkg中間合金Y，按重量比Al: Ge =70:30熔煉21.67kg中間合金Z ;
將剩余的19.43kg純金屬鋁在中頻爐中熔化，當(dāng)爐中熔液溫度達(dá)到720°C時(shí)加入上面熔煉好的中間合金W、X、Y、Z，并保溫30分鐘，使其充分融合后，用質(zhì)量比1:1:1的KCl+NaCl+ZnCl覆蓋劑對(duì)熔煉合金液進(jìn)行完全覆蓋；將金屬液繼續(xù)加熱，溫度上升至800 850 C后加入0.2kg招欽砸中間合金；待金屬完全溶化后，保溫20分鐘,然后開(kāi)始降溫。溫度降至750°C左右加入0.2kg金屬Sr，并噴吹氬氣進(jìn)行精煉；
待熔體溫度降至700°C時(shí)熔煉結(jié)束，將成分均勻的溶液倒入釬料鑄錠順序凝固裝置(可采用實(shí)施例1中的裝置)中，開(kāi)啟冷卻循環(huán)系統(tǒng)，使合金液向鑄模澆注過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速冷卻，得到組織均勻的成品鑄錠:直徑32mm的棒狀鑄錠或橫截面為10X 1mm2的方坯。同樣的，棒狀鑄錠經(jīng)過(guò)擠壓、軋制、拉拔減徑加工成細(xì)絲狀釬料，方坯鑄錠經(jīng)過(guò)軋制成帶狀或箔狀釬料。
[0018]實(shí)施例5:
制備10kg低脆性中溫鋁合金釬料，其成分要求為::Cu:17.5%，S1:6.5%，N1:4.0%，Ge:6.0%，Sr:0.2%，由Al、T1、B以質(zhì)量比94:5:1混合而成的鋁鈦硼合金:0.01%,余量為Al。
[0019]首先按重量比Cu: Ni = 80:20熔煉20kg中間合金W，按重量比Al: Si = 80:20熔煉32.5kg中間合金X，按重量比Al: Cu = 50: 50熔煉3kg中間合金Y，按重量比Al: Ge =70:30熔煉20g中間合金Z;
將剩余的24.29kg純金屬鋁在中頻爐中熔化，當(dāng)爐中熔液溫度達(dá)到720°C時(shí)加入上面熔煉好的中間合金W、X、Y、Z，并保溫30分鐘，使其充分融合后，用質(zhì)量比1:1:1的KCl+NaCl+ZnCl覆蓋劑對(duì)熔煉合金液進(jìn)行完全覆蓋；將金屬液繼續(xù)加熱，溫度上升至800 850 C后加入0.0lkg招欽砸中間合金；待金屬完全溶化后，保溫20分鐘,然后開(kāi)始降溫。溫度降至750°C左右加入0.2kg金屬Sr，并噴吹氬氣進(jìn)行精煉；
待熔體溫度降至700°C時(shí)熔煉結(jié)束，將成分均勻的溶液倒入釬料鑄錠順序凝固裝置(可采用實(shí)施例1中的裝置)中，開(kāi)啟冷卻循環(huán)系統(tǒng)，使合金液向鑄模澆注過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速冷卻，得到組織均勻的成品鑄錠:直徑32mm的棒狀鑄錠或橫截面為100X 1mm2的方坯。同樣的，棒狀鑄錠經(jīng)過(guò)擠壓、軋制、拉拔減徑加工成細(xì)絲狀釬料，方坯鑄錠經(jīng)過(guò)軋制成帶狀或箔狀釬料。
【權(quán)利要求】
1.一種低脆性中溫鋁合金釬焊材料，其特征在于:所述釬焊材料中各成分的質(zhì)量百分比為:
Cu:16.0?18.0%, Si:5.5?7.5%, Ni:2.4?4.0%, Ge:6.0?8.5%, Sr:0.Γθ.5%,由 Al.Ti 與B以質(zhì)量比94:5:1混合而成的鋁鈦硼合金:0.01?0.2%，余量為Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述低脆性中溫鋁合金釬焊材料的制備工藝，其特征在于:它包括下述步驟: 第一步，冶煉中間合金 熔煉中間合金W:其中中間合金W中鎳和銅的重量比為:Cu:Ni = 80:20 ； 熔煉中間合金X:其中中間合金X中硅與鋁的重量比為Al:Si = 80:20; 熔煉中間合金Y:其中中間合金Y中銅與鋁的重量比為Al: Cu = 50: 50; 鋁熔煉中間合金Z:其中中間合金Z中鍺與鋁的重量比為Al:Ge = 70:30 ； 第二步，熔煉 將余量金屬鋁在中頻爐中熔化，爐內(nèi)熔液溫度達(dá)到720°C時(shí)，加入第一步冶煉的四種中間合金W、X、Y、Z，并保溫30分鐘使之充分融合；然后用質(zhì)量比1:1:1的KCl+NaCl+ZnCl覆蓋劑對(duì)熔液進(jìn)行完全覆蓋；繼續(xù)加熱金屬熔液，溫度上升至80(T85(TC后加入鋁鈦硼中間合金，待其完全熔化，再保溫20分鐘，然后開(kāi)始降溫，溫度降至750°C ±50°C時(shí)，加入金屬Sr，并噴吹氬氣進(jìn)行精煉；待熔液溫度降至700°C時(shí)，熔煉結(jié)束，將熔液澆注進(jìn)鑄模中形成鑄錠； 第三步，精密加工 澆注過(guò)程中，冷卻系統(tǒng)開(kāi)啟，使鑄錠快速冷卻，然后再減徑拉拔成細(xì)絲或軋制成帶狀、箔狀釬料即可。
【文檔編號(hào)】B23K35/28GK104191102SQ201410402211
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】侯江濤, 龍偉民, 沈元?jiǎng)? 鐘素娟, 張雷, 張強(qiáng), 黃成志, 于新泉, 趙建昌, 潘建軍 申請(qǐng)人:鄭州機(jī)械研究所