本發(fā)明涉及一種鋁合金焊前表面預(yù)活化處理方法，主要用于鋁及鋁合金的低溫釬焊連接，屬于材料和化工
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：鋁合金具有密度小、比強度高、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性高、耐腐蝕性強等特點，力學(xué)性能十分優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、建筑、電器、汽車、鐵路機車和船舶等領(lǐng)域，鋁合金的連接及其工藝在產(chǎn)品制造中起著非常重要的作用。鋁合金的連接方式多種多樣，釬焊是重要的其中一種，由于釬焊連接具有焊縫成形美觀、焊接變形小等特點，在航空、航天、電子電力、船舶等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，特別是對重要部件的接頭一般采用釬焊連接。鋁-鋁釬焊較之其它合金難于釬焊之處，在于其表面有一層極為致密的氧化膜，這層氧化膜的性能非常穩(wěn)定，又能在舊膜破壞時隨時生成新膜。而鋁釬焊時必須破壞這層膜，否則熔化的釬料無法與母材潤濕。鋁-鋁低溫釬焊一般采用鋁表面預(yù)鍍鎳再釬焊的方式實現(xiàn)。鋁合金預(yù)鍍鎳錫焊的優(yōu)點在于其原始表面已被鍍鎳層屏蔽失去其原有的不良焊接性能；同時，鎳與錫可組成金屬間化合物，鋁合金材料的焊接性能顯著優(yōu)化。但是，當(dāng)材料、結(jié)構(gòu)或工藝要求免除表面鍍鎳時，鋁合金材料的焊接性無法改善，特別是當(dāng)鋁合金與純鋁搭接焊時，或有縫隙表面與無縫隙表面搭接時，易出現(xiàn)焊縫偏移現(xiàn)象影響焊接質(zhì)量。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金焊前表面預(yù)活化處理助劑，該助劑成分設(shè)計科學(xué)、配比合理，鋁合金焊前預(yù)活化處理后，可在表面生成厚度1.0～3.0μm的合金過渡層，可焊性得到改善，焊著率及焊接強度顯著提高。可推廣應(yīng)用于多種鋁合金表面活化處理。本發(fā)明的另一目的在于提供一種鋁合金焊前表面預(yù)活化處理方法，該方法簡單，有利于鋁合金構(gòu)件焊接的批量制造。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種鋁合金焊前表面預(yù)活化處理助劑，該助劑由以下含量的成分制成：氟化鋅1.0～3.0wt％，氟化氫銨7.0～9.0wt％，氟硼酸亞錫8.0～12.0wt％，聚乙二醇1.0～5.0wt％，抗氧化劑0.5～2.0wt％，乙醇胺18.0～22.0wt％，三乙醇胺余量。如上所述的鋁合金焊前表面預(yù)活化處理助劑，優(yōu)選地，所述聚乙二醇為聚乙二醇600、聚乙二醇800和/或聚乙二醇1000。另一方面，本發(fā)明提供如上所述的鋁合金焊前表面預(yù)活化處理助劑的制備方法，該方法包括以下步驟：步驟1：將氟化鋅、氟化氫銨按所述比例混合，攪拌均勻，得到混合粉末A；步驟2：將氟硼酸亞錫按所述比例加入到混合粉末A中，攪拌均勻，靜置12～16小時，得到混合溶液B；步驟3：將乙醇胺按所述比例加入到混合溶液B中，攪拌均勻，靜置2～4小時，得到混合溶液C；步驟4：將三乙醇胺按所述比例加入到混合溶液C中，攪拌均勻，得到混合溶液D；步驟5：將混合溶液D加熱至70℃～80℃，加入聚乙二醇800和抗氧化劑，攪拌均勻，冷卻至常溫即得到鋁合金焊前表面預(yù)活化處理助劑。又一方面，本發(fā)明提供一種鋁合金焊前表面預(yù)活化處理助劑，其是采用如上所述的方法制備的。再一方面，本發(fā)明提供一種鋁合金焊前表面預(yù)活化處理方法，該方法包括如下步驟：I.鋁合金表面清洗；II.涂覆權(quán)利要求1、2或4所述的鋁合金焊前表面預(yù)活化處理助劑；III.爐內(nèi)加熱活化，爐溫260～280℃，保溫時間2～3分鐘；IV.烘干、清洗。如上所述的鋁合金焊前表面預(yù)活化處理方法，優(yōu)選地，所述步驟I包括以下操作：用10～12wt％NaOH溶液浸泡2～3分鐘，清水沖洗后，再用5～6wt％HNO3溶液浸泡1～2分鐘，清水沖洗后晾干。如上所述的鋁合金焊前表面預(yù)活化處理方法，優(yōu)選地，所述步驟II涂覆預(yù)活化處理助劑的涂覆量為0.5～0.6mL/cm2。如上所述的鋁合金焊前表面預(yù)活化處理方法，優(yōu)選地，所述步驟IV采用烘箱烘干，烘箱溫度70～80℃，保溫時間45～55分鐘；清洗采用溫水浸泡清洗，水溫50～60℃。本發(fā)明的有益效果在于：針對SnBi系、SnAg系等低溫釬料在鋁及鋁合金表面潤濕性極差，無法實現(xiàn)釬焊連接的問題。本發(fā)明提供一種鋁合金焊前表面預(yù)活化處理助劑和預(yù)活化處理方法，處理后可在基材表面生成厚度1.0～3.0μm的SnZn合金過渡層，可焊性得到改善，焊著率及焊接強度顯著提高。鋁合金焊前表面預(yù)活化處理助劑中氟化鋅和氟硼酸亞錫是核心活化劑，按一定比例混合后，在活化處理過程中，可通過與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，溶解、剝離鋁表面氧化物，且生成SnZn合金，沉淀在基材表面生成過渡層。氟化氫銨具備較強還原性，有利于活化處理過程中鋁表面氧化物的去除。乙醇胺和三乙醇胺按一定比例混合，可作為活化劑載體，將活化劑變?yōu)榫鶆虻娜芤骸Ｌ砑舆m量的聚乙二醇，可有效調(diào)節(jié)助劑黏度，使之易于涂覆。該助劑和方法適于純鋁、3A21及6061等多種鋁及鋁合金，采用SnBi系、SnAg系、SnZn系等釬料均可實現(xiàn)低溫釬焊。該方法操作簡單，利于批量生產(chǎn)。附圖說明圖1是實施例1制備的預(yù)活化鋁板斷面金相圖。具體實施方式實施例1(一)備料：稱取氟化鋅2克、氟化氫銨14克、氟硼酸亞錫16克、聚乙二醇8002克、抗氧劑1681克、乙醇胺36克、三乙醇胺129克，合計200克。厚度為5mmLF21鋁合金板。(二)助劑制備：(1)將氟化鋅、氟化氫銨混合，攪拌均勻，得到混合粉末A。(2)將氟硼酸亞錫加入到混合粉末A，攪拌均勻，靜置12小時，得到混合溶液B。(3)將乙醇胺加入到混合溶液B，攪拌均勻，靜置2小時，得到混合溶液C。(4)將三乙醇胺加入到混合溶液C，攪拌均勻，得到混合溶液D。(5)將混合溶液D加熱至70℃，加入聚乙二醇800和抗氧化劑168，攪拌均勻，冷卻至常溫即得到表面預(yù)活化處理助劑。(三)活化處理：(1)LF21鋁合金表面清洗，首先用10wt％NaOH溶液浸泡2分鐘，清水沖洗后，再用5wt％HNO3溶液浸泡1分鐘，清水沖洗后晾干。(2)涂覆預(yù)活化處理助劑，涂覆量為0.5mL/cm2。(3)爐內(nèi)加熱活化，爐溫260℃，保溫時間2分鐘。(4)烘干采用烘箱烘干，烘箱溫度70℃，保溫時間50分鐘。(5)清洗采用溫水浸泡清洗，水溫50℃。獲得的預(yù)活化LF21鋁合金斷面金相照片如圖1所示，照片可見在鋁合金表面形成了約2μm的合金過渡層。實施例2(一)備料：稱取氟化鋅8克、氟化氫銨32克、氟硼酸亞錫36克、聚乙二醇8008克、抗氧化劑1684克、乙醇胺76克、三乙醇胺236克，合計400克厚度為4mm純鋁板。(二)助劑制備：(1)將氟化鋅、氟化氫銨混合，攪拌均勻，得到混合粉末A。(2)將氟硼酸亞錫加入到混合粉末A，攪拌均勻，靜置14小時，得到混合溶液B。(3)將乙醇胺加入到混合溶液B，攪拌均勻，靜置3小時，得到混合溶液C。(4)將三乙醇胺加入到混合溶液C，攪拌均勻，得到混合溶液D。(5)將混合溶液D加熱至75℃，加入聚乙二醇800和抗氧劑168，攪拌均勻，冷卻至常溫即得到表面預(yù)活化處理助劑。(三)活化處理：(1)純鋁表面清洗，首先用10wt％NaOH溶液浸泡2分鐘，清水沖洗后，再用5wt％HNO3溶液浸泡1分鐘，清水沖洗后晾干。(2)涂覆預(yù)活化處理助劑，涂覆量為0.55mL/cm2。(3)爐內(nèi)加熱活化，爐溫270℃，保溫時間2分鐘。(4)烘干采用烘箱烘干，烘箱溫度75℃，保溫時間50分鐘。(5)清洗采用溫水浸泡清洗，水溫55℃。實施例3(一)備料：稱取氟化鋅18克、氟化氫銨42克、氟硼酸亞錫60克、聚乙二醇80018克、抗氧劑1689克、乙醇胺120克、三乙醇胺339克，合計600克厚度為6mm6061鋁合金板。(二)助劑制備：(1)將氟化鋅、氟化氫銨混合，攪拌均勻，得到混合粉末A。(2)將氟硼酸亞錫加入到混合粉末A，攪拌均勻，靜置14小時，得到混合溶液B。(3)將乙醇胺加入到混合溶液B，攪拌均勻，靜置4小時，得到混合溶液C。(4)將三乙醇胺加入到混合溶液C，攪拌均勻，得到混合溶液D。(5)將混合溶液D加熱至80℃，加入聚乙二醇800和抗氧劑168，攪拌均勻，冷卻至常溫即得到表面預(yù)活化處理助劑。(三)活化處理：(1)6061鋁合金表面清洗，首先用10wt％NaOH溶液浸泡2分鐘，清水沖洗后，再用5wt％HNO3溶液浸泡1分鐘，清水沖洗后晾干。(2)涂覆預(yù)活化處理助劑，涂覆量為0.60mL/cm2。(3)爐內(nèi)加熱活化，爐溫280℃，保溫時間2分鐘。(4)烘干采用烘箱烘干，烘箱溫度80℃，保溫時間50分鐘。(5)清洗采用溫水浸泡清洗，水溫60℃。實施例4(一)備料：稱取氟化鋅12克、氟化氫銨64克、氟硼酸亞錫96克、聚乙二醇80040克、抗氧劑16816克、乙醇胺176克、三乙醇胺396克，合計800克。厚度為3mm純鋁板。(二)助劑制備：(1)將氟化鋅、氟化氫銨混合，攪拌均勻，得到混合粉末A。(2)將氟硼酸亞錫加入到混合粉末A，攪拌均勻，靜置13小時，得到混合溶液B。(3)將乙醇胺加入到混合溶液B，攪拌均勻，靜置3小時，得到混合溶液C。(4)將三乙醇胺加入到混合溶液C，攪拌均勻，得到混合溶液D。(5)將混合溶液D加熱至75℃，加入聚乙二醇800和抗氧劑168，攪拌均勻，冷卻至常溫即得到表面預(yù)活化處理助劑。(三)活化處理：(1)純鋁表面清洗，首先用10wt％NaOH溶液浸泡2分鐘，清水沖洗后，再用5wt％HNO3溶液浸泡1分鐘，清水沖洗后晾干。(2)涂覆預(yù)活化處理助劑，涂覆量為0.55mL/cm2。(3)爐內(nèi)加熱活化，爐溫270℃，保溫時間2分鐘。(4)烘干采用烘箱烘干，烘箱溫度75℃，保溫時間50分鐘。(5)清洗采用溫水浸泡清洗，水溫55℃。實施例5分別將實施例1-4制備的表面預(yù)活化處理后的鋁合金板材進(jìn)行低溫釬焊試驗。作為對照，采用未經(jīng)表面預(yù)活化處理的鋁合金板材進(jìn)行低溫釬焊試驗(比較例1-3)。取得試驗數(shù)據(jù)見表1。結(jié)果表明，焊料SnAg4和SnAgCu3-0.5對鋁合金板材不能直接焊接。與未經(jīng)表面預(yù)活化處理的鋁合金板材(比較例3)比較，實施例1-4制備的板材焊著率及焊接強度顯著提高，焊著率高于90％。表1基材過渡層厚度焊料焊接溫度焊著率焊縫抗拉強度實施例1LF211.82μmSnBi58150℃95.5％31.5MPa實施例2純鋁2.01μmSnAg4250℃93.2％36.5Mpa實施例360612.67μmSnAgCu3-0.5250℃94.8％38.5Mpa實施例4純鋁2.25μmSnZn9220℃91.7％42.0Mpa比較例1純鋁/SnAg4///比較例26061/SnAgCu3-0.5///比較例3純鋁/SnZn9220℃85.1％38.0Mpa上述實施例中僅僅舉出本發(fā)明鋁合金焊前表面預(yù)活化處理及助劑制備的部分實施例，在上述本發(fā)明的技術(shù)方案中：所述的助劑組分中氟化鋅、氟化氫銨、氟硼酸亞錫、聚乙二醇800、抗氧劑168、乙醇胺、三乙醇胺的含量在規(guī)定范圍內(nèi)可自由選擇，此處不再一一列舉，故以上的說明所包含的技術(shù)方案應(yīng)視為例示性，而非用以限制本發(fā)明申請專利的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3