含氧化鎵的銫銣釬劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非金屬材料類的釬焊材料領(lǐng)域，具體涉及一種可釬焊鋁-鋼、鋁-銅及鋁-鋁的含氧化鎵的銫銣釬劑。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天、軌道交通、能源工業(yè)及制冷技術(shù)的快速發(fā)展，除了鋁-鋁結(jié)構(gòu)大量采用外，鋁合金與銅、鋁合金與鋼的復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需求越來越多，鋁-銅、鋁-鋼雙金屬復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在五金制品、電站、家電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，迄今為止，鋁-鋼雙金屬復(fù)合材料的“連接”問題，一直是一個尚未解決的難題。
[0003]本申請人進行了文獻檢索，在已公開的中國專利文獻中，如CN201310445105.3推薦的“一種不銹鋼與鋁釬焊用的新型釬劑”，其組成成分包括:四氟鋁酸鉀+六氟鋁酸鉀(KA1F4+K3A1F6)共晶體、氟化鋅(ZnF2)、氟化銅(CuF2)、氟化錫(SnF4)。這種釬劑雖然通過添加氟化鋅、氟化銅和氟化錫對以1匕+1(#1^進行改性，從而達到能夠釬焊不銹鋼與鋁，但是其說明書等技術(shù)文件中并未給出該釬劑所“匹配”的釬料以及釬焊接頭的力學(xué)性能(比如抗拉強度或抗剪強度)。此外，其說明書等技術(shù)文件中也未提及是否能夠釬焊鋁-銅異種材料，因此其存在許多有待改進之處。CN201410076059.9公開了一種“可釬焊鋁鋼及鋁銅的含銫銣的釬劑”，其特征是按摩爾數(shù)配比:0.01摩爾(即mol，下同)?0.56摩爾的氟化銣(RbF)，0.15摩爾?0.58摩爾的氟化銫(CsF)，0.001摩爾?0.25摩爾的氫氧化鋁(Al (OH)3), 0.001摩爾?0.2摩爾的氟化鉀(KF)，0.002摩爾?0.05摩爾的氟化鎵(GaF3),0.001摩爾?0.025摩爾的氟化鋰(LiF)，0.001摩爾?0.025摩爾的氟化硼(BF3),余量為氟化鋁(A1F3)。其中6&?3與LiF、BF32間的摩爾比為GaF3: LiF: BF3= 2:1:1。但是其配方過于復(fù)雜，生產(chǎn)時品質(zhì)控制非常困難，仍有待改進。
[0004]“釬焊”是與“熔化焊”具有顯著差別的焊接方法。對于異種材料(即兩種不同的材料)的連接，釬焊更具優(yōu)勢。釬焊時，被焊材料(即母材)是不熔化的，依靠先熔化的、比被焊材料熔化溫度低的液態(tài)釬料在母材上經(jīng)過潤濕、鋪展、流動、冷卻幾個步驟后，即可把母材連接起來。因此，釬焊時釬料是否能在母材上潤濕、鋪展、流動，是能否實現(xiàn)母材“可靠連接”的關(guān)鍵問題，因此，釬劑的作用是在釬焊時能否實現(xiàn)同種或異種材料的可靠連接的重要材料。
[0005]眾所周知，鋁合金表面的氧化物主要為八1203、]\%0、]\1110、(:110、5102等，鋼表面的氧化物主要為FeO、Fe2O3N N1、Cr2O3等，銅合金表面的氧化物主要為CuO、Cu 20、ZnO等等。已有的研宄結(jié)果表明，要想采用一種釬劑同時除去鋁合金、鋼、銅合金表面的氧化物是很難的。文獻表明，近年來研發(fā)出的CsA1F4、KCsAlF4*劑能夠很好地、同時去除鋁合金與銅合金表面的氧化物，從而解決了鋁-銅異種材料的釬焊問題，但是，仍然不能同時去除鋁合金與鋼(或不銹鋼)表面的氧化物；CN201310445105.3推薦的“一種不銹鋼與鋁釬焊用的新型釬劑”能解決鋁-鋼異種材料的釬焊，但是卻不能釬焊鋁-銅異種材料；CN201410076059.9公開了一種“可釬焊鋁鋼及鋁銅的含銫銣的釬劑”，但是其配方過于復(fù)雜，生產(chǎn)時品質(zhì)控制非常困難。因此，研發(fā)一種配方相對簡單、可適用于“鋁-銅”、“鋁-鋼”以及“鋁-鋁”釬焊的釬劑顯得尤為迫切，本項發(fā)明“一種含氧化鎵的銫銣釬劑”，即是在這種技術(shù)背景下完成的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本項發(fā)明的目的是提供一種能同時滿足“鋁-銅”、“鋁-鋼”釬焊且能兼顧“鋁-鋁”結(jié)構(gòu)的釬焊要求并具有“高活性”的新型釬劑。
[0007]一種含氧化鎵的銫銣釬劑，其特征在于按摩爾數(shù)以一摩爾計配比是:0.12摩爾?0.5摩爾的氟化銣(RbF)，0.12摩爾?0.5摩爾的氟化銫(CsF)，0.001摩爾?0.2摩爾的氧化鋁(Al2O3), 0.001摩爾?0.02摩爾的氟化鉀(KF)，0.0001摩爾?0.02摩爾的氧化鎵(Ga2O3), 0.159摩爾?0.479摩爾的氟化鋁(A1F3)。本發(fā)明能同時滿足“鋁-銅”、“鋁-鋼”以及“鋁-鋁”釬焊要求且具有高活性，在鋁合金、Q235及304不銹鋼上的鋪展性能(鋪展面積)大大優(yōu)于以前未添加Ga2O3的釬劑(參見附圖1至圖8)。
[0008]本項發(fā)明使用市售的氟化銣(RbF)、氟化銫(CsF)、氧化鋁(Al2O3)、氟化鉀(KF)、氧化鎵(Ga203)、氟化鋁(AlF3),按照本發(fā)明所示配比，經(jīng)過簡單的“化學(xué)合成”方法或“物理混合”方法，即可得到所需要的產(chǎn)品。
[0009]本發(fā)明的任務(wù)是這樣來完成的。
[0010]將上述各組分化合物按配比采用“物理混合”方式(或稱機械混合方式)充分混合均勻即得到所需產(chǎn)品?；蛘卟捎谩昂唵位瘜W(xué)合成”方式，即先用適量純凈自來水(或蒸餾水、去離子水)在不銹鋼容器中溶解上述化合物(必要時可適當(dāng)加熱)至透明液體，然后繼續(xù)加熱，將水完全蒸發(fā)至結(jié)晶，粉碎后即得到所需產(chǎn)品。
[0011]釬劑的制備還可以采用其它任意合成方法進行。只要滿足本發(fā)明的成分配比，即可達到本發(fā)明的技術(shù)效果。比如:按照本發(fā)明的配比要求，按照無機化學(xué)的“化學(xué)合成”基本原理，采用0820)3、詘20)3、1(20)3與氫氟酸(即HF)反應(yīng)，制備CsF、RbF、KF ;然后采用Al 203與氫氟酸(即HF)反應(yīng)制備八1&;在適當(dāng)?shù)娜萜鲀?nèi)(比如，氫氟酸需要用聚四氟乙烯塑料容器)，混合、中和(需要的話)、加熱，將水完全蒸發(fā)至結(jié)晶，加入Ga2O3并混合均勻，粉碎后即制備得到本發(fā)明的釬劑。除了“合成工藝”不同、步驟不同外，制備出的釬劑性能與“物理混合”方式或者“簡單化學(xué)合成”方式制備得到的釬劑性能完全一樣(參見圖9對比例I至對比例3以及圖9中的附注4)。
[0012]此外，圖9所列“釬縫抗剪強度試驗數(shù)據(jù)”中，“304不銹鋼板+6063鋁合金板”、“Q235鋼板+6063鋁合金板”、“T2紫銅+6063鋁合金板”三種不同材料組合釬焊時，實施例1至實施例6與對比例I至對比例3的試驗結(jié)果數(shù)值，均在IlOMPa?140MPa的“同一水平范圍”，說明“合成方法”對本發(fā)明釬劑的釬焊性能沒有實質(zhì)性影響。
[0013]本發(fā)明提供的技術(shù)方案相對于已有的技術(shù)，最顯著的特點是在現(xiàn)有文獻報道的CsAlF4 (也可表述為 CsF-A1F3)、KCsAlF4 (也可表述為 KF-AlF3)釬劑以及 CsF-RbF-AlF3S礎(chǔ)上，添加了氧化鎵(Ga2O3)以及氧化鋁(Al2O3)等化合物。上述兩種化合物的添加，在具備了 CsA1F4、KCsAlF4以及CsF-RbF-AlF 3釬劑能夠釬焊鋁-銅、鋁-鋼、鋁-鋁的能力的基礎(chǔ)上，具有了更為優(yōu)異的去除鋁合金、鋼及不銹鋼表面的FeO、Fe2O3, N1, Cr2O3等氧化物的能力，并且具有制備工藝簡單的特點。
[0014]本發(fā)明“一種含氧化鎵的銫銣釬劑”制備工藝簡單，質(zhì)量可控，性能穩(wěn)定。生產(chǎn)出的含有氧化鎵的銫銣釬劑，配合Zn-Al系、Al-S1-Zn系以及Al-Si等釬料，采用火焰釬焊、爐中釬焊以及感應(yīng)釬焊等加熱方式釬焊鋁-鋁同種金屬材料、鋁-銅異種材料、鋁-鋼異種材料以及鋁-鋁合金材料時，釬料在母材上具有優(yōu)良的潤濕、鋪展性能和滲透性能，釬縫強度可達IlOMPa?140MPa?？蓾M足空調(diào)、冰箱整機行業(yè)、制冷配件行業(yè)、以及軌道交通、能源工業(yè)等行業(yè)低成本、高可靠性綠色制造的需要。
[0015]由于采用本發(fā)明的釬劑，釬焊鋁及鋁合金非常容易，換句話說，能釬焊鋁-銅、鋁-鋼的釬劑一般都能釬焊鋁-鋁，所以，圖9所附試驗數(shù)據(jù)沒有再列出鋁-鋁釬焊接頭的釬縫抗剪強度試驗數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0016]
圖1、Zn-2A1釬料在5052鋁合金母材上，隨著氧化鎵含量變化的鋪展面積曲線；
圖2、Zn-2A1釬料在5052鋁合金母材上，隨著氟化銣含量變化的鋪展面積曲線；
圖3、Zn-2A1釬料在6063鋁合金母材上，隨著氧化鎵含量變化的鋪展面積曲線；
圖4、Zn-2A1釬料在6063鋁合金母材上，隨著氟化銣含量變化的鋪展面積曲線；
圖5、Zn-2A1釬料在Q235鋼母材上，隨著氧化鎵含量變化的鋪展面積曲線；
圖6、Zn-2A1釬料在Q235鋼母材上，隨著氟化銣含量變化的鋪展面積曲線；
圖7、Zn-2A1釬料在304不銹鋼母材上，隨著氧化鎵含量變化的鋪展面積曲線；
圖8、Zn-2A1釬料在304不銹鋼母材上，隨著氟化銣含量變化的鋪展面積曲線；
圖9、釬縫抗剪強度試驗數(shù)據(jù)；
圖10、釬劑添加0.0OOlmol.%氧化鎵，匹配Ζη_2Α1釬料，釬劑釬料與5052鋁合金在500°C反應(yīng)3分鐘的殘渣X-射線衍射分析(即XRD分析)結(jié)果；
圖11、釬劑添加0.0OOlmol.%氧化鎵，匹配Ζη_2Α1釬料，釬劑釬料與Q235鋼在500°C反應(yīng)3分鐘的殘渣X-射線衍射分析(即XRD分析)結(jié)果。
【具體實施方式】
[0017]與以往研宄相比，本發(fā)明的創(chuàng)造性在于:
O發(fā)現(xiàn)了氧化鎵(Ga2O3)的“集膚效應(yīng)”可進一步提高CsF-RbF-AlF3釬劑的“去膜能力”，從而發(fā)明了對鋁合金、Q235鋼及304不銹鋼鋪展性能更佳的新型釬劑。
[0018]高頻電流的集膚效應(yīng)是物理學(xué)(電磁學(xué))中的一種自然現(xiàn)象，已是眾所周知的。但是，在釬焊過程中，某種氧化物或鹵化物的“集膚效應(yīng)”鮮見報道。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在CsF-RbF-AlF3釬劑中，添加極其微量的Ga2O3 (0.0001摩爾?0.02摩爾)，可使釬料的鋪展面積提高約50%?90%。通過對鋪展的釬料表面“能譜分析”發(fā)現(xiàn)，鋪展的釬料表面有“大量的” Ga2O3,且釬料鋪展的邊緣處，Ga2O3的“相對量”高于鋪展的釬料中間部位的Ga 203含量，由此可推斷其化學(xué)反應(yīng)機制是由于Ga2O3的集膚效應(yīng)，使得Ga2O3能夠“快速”流動，進而促進CsF-RbF-AlF3釬劑的流動，從而提高了釬料的鋪展能力和鋪展面積。
[0019]從附圖1?圖8可以看出，在CsF-AlFj^U中添加RbF，可以顯著提高釬料的鋪展面積；但是，在CsF-RbF-AlF3釬劑中再添加微量的Ga 203，還可以進一步提高釬料的鋪展面積