一種基于自蔓延技術(shù)的帶狀釬料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一種基于自蔓延技術(shù)的帶狀釬料制備方法，屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 帶狀釬料一般是由高溫金屬液快速冷卻甩出而成，其化學(xué)成分保持著液態(tài)時的均 勻性，無晶粒，無共晶析出相，熔化均勻，合金中不存在粗大的化合物相，因此合金組織單一 細化，釬焊時可得到組織、成分均勻的釬縫，并且其雜質(zhì)含量少、純度高，能顯著地提高焊接 接頭的質(zhì)量。由于帶狀釬料在加熱過程中幾乎是同時、均一的熔化和鋪展，故有更好的潤濕 性。此外，帶狀釬料可準確地置于釬焊接頭的間隙中，減少釬料浪費，降低成本，且可保證較 小的釬縫間隙。帶狀釬料突出的優(yōu)點促進了其制備技術(shù)的不斷發(fā)展。
[0003] 目前制備帶狀釬料的方法主要為單輥法，其主要設(shè)備是一個熔融金屬液熔池和一 個旋轉(zhuǎn)的冷卻體。一般采用感應(yīng)爐將原料多次熔煉，然后澆鑄成鑄錠，再將鑄錠用電爐或 高頻爐熔化，并用惰性氣體加壓使熔料從坩堝的噴嘴中噴到旋轉(zhuǎn)冷卻體上，在接觸表面凝 固成薄帶，然后在高速旋轉(zhuǎn)冷卻體的離心力作用下飛出，從而得到所需的帶狀釬料，如專利 201310572100. 7所描述。可見，該方法獲得金屬液的過程需要感應(yīng)爐、澆注模、電爐或高頻 爐等多種昂貴設(shè)備，工藝流程較長，相當繁瑣；而且感應(yīng)爐或高頻爐工作過程中能量損耗相 當大。其次，需要惰性氣體加壓才能使得熔融金屬從坩堝的噴嘴處噴出，無疑又增加了帶狀 釬料的制備成本。
[0004] 而近年來，基于自蔓延技術(shù)的金屬材料制備工藝成為研宄熱點，這是由于該技 術(shù)是利用反應(yīng)物之間高的化學(xué)反應(yīng)熱的自加熱和自傳導(dǎo)作用來合成材料，當反應(yīng)物一 旦被引燃，便會自動向尚未反應(yīng)的區(qū)域傳播，直至反應(yīng)完全，是制備無機化合物高溫材 料的一種新方法，其設(shè)備簡單、工藝流程短。因此該技術(shù)也逐漸應(yīng)用到釬焊領(lǐng)域。如專 利201010522164. 2公開了一種自蔓延釬焊熱源藥粉、自蔓延釬焊裝置及其制備方法，按 Fe203、Al粉、CuO按比例稱取研磨均勻得到熱源藥粉，填入底部設(shè)通孔的耐高溫容器，耐高 溫容器中放入底部開口的釬焊導(dǎo)熱罐，使熱源藥粉擠壓在兩容器之間，釬料在釬焊導(dǎo)熱罐 中，熱源藥粉中插入引線。焊接時放置于工件的待焊處，點燃引線，焊藥發(fā)生鋁熱反應(yīng)，放出 熱量熔化釬料，滴于待焊處形成焊縫。該發(fā)明利用焊藥發(fā)生鋁熱反應(yīng)的熱量來間接加熱熔 化釬料，雖可以實現(xiàn)焊接，但熱量在傳遞過程中會大量散失，不能確保釬料能夠完全熔化， 并且由于熔化的釬料熱量低，冷卻速度較快，不能確保釬焊接頭的可靠性，而且鋁熱反應(yīng)生 成的Cu、Fe等金屬產(chǎn)物無法回收二次利用。
[0005] 基于上述缺陷，本申請欲提供一種設(shè)備簡單，工藝流程短，制備成本低的基于自蔓 延技術(shù)的帶狀釬料的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種設(shè)備簡單，工藝流程短，制備成本低的 基于自蔓延技術(shù)的帶狀釬料的制備方法。
[0007] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種基于自蔓延技術(shù)的帶狀釬料的制備方法，具體包括以下步驟：
[0009] 1)組裝模具A、模具B和冷卻輥：將模具A放入模具B中，模具A底部有一澆道，澆 道出口穿過模具B底部的小孔，置于冷卻輥的上方，將擋片放入模具A中蓋住澆道；
[0010] 2)準備物料A，物料A為鋁熱法制備釬料的原料，包括鋁粉、金屬氧化物，合金劑， 以及作為造渣劑的CaF 2，目數(shù)皆為200~300目，攪拌均勻，添加到模具A腔內(nèi)，壓平壓實；
[0011] 3)準備物料B，物料B中各成分和重量百分比為硫酸鈣53~63%，鋁粉33~ 39%，氟化鈣4~6%，目數(shù)皆為200~300目，攪拌均勻，添加到模具B，完全覆蓋模具A，并 壓平壓實；
[0012] 4)打開電機，控制冷卻輥表面線速度為30m/s-40m/s，并對冷卻輥通冷卻水進行 冷卻；
[0013] 5)在物料B之上撒上引火劑，插上引線，點火，待模具A澆道頸部的擋片熔化后，物 料A反應(yīng)生成的液態(tài)金屬由澆道底部噴出到旋轉(zhuǎn)的冷卻輥表面上，迅速冷卻，并在離心力 的作用下甩出即可得到所需的帶狀釬料。
[0014] 模具A的澆道位置不應(yīng)在冷卻輥最高點上方，而應(yīng)該在冷卻輥最高點線速度方向 的前側(cè)，澆道出口與冷卻輥軸芯連線應(yīng)與鉛垂線呈4° -6°夾角，且澆道出口與冷卻輥表 面保持I-2mm的間距。
[0015] 物料A為鋁熱法制備釬料的原料，包括鋁粉、金屬氧化物，合金劑，以及作為造渣 劑的CaF 2，物料A各組分具體種類及含量需要根據(jù)制備的帶狀釬料的成分進行調(diào)配。
[0016] 所述模具A材質(zhì)為石墨，高腳杯型，可由兩個半杯拼合而成，壁厚15-25mm，澆道長 度150mm-200mm，饒道截面為橢圓形，長軸20_25mm，短軸10_15mm，組裝時長軸平行于冷卻 輥的寬度方向。
[0017] 所述模具B材質(zhì)為石墨，圓柱型，可由兩個半杯拼合而成，比模具A高30-40mm，壁 厚25-30_，底部有一圓形孔，可與澆道緊密配合。
[0018] 所述擋片是對應(yīng)釬料成分的低熔點金屬箔片。
[0019] 所述引火劑的成分是火藥。
[0020] 所述冷卻輥設(shè)有鏟帶裝置。
[0021] 本發(fā)明方法涉及兩類放熱反應(yīng)，分別為
[0022] 2yAl+3Mx0y= yAl 203+3xM+Q (I)
[0023] 8Al+3CaS04= 4A1 203+3CaS+Q (2)
[0024] 點火后，引線燃燒，再引燃引火劑，引火劑熱量引起表層物料B發(fā)生反應(yīng)（2)，反應(yīng) 一層層向下蔓延，到物料A、B接觸面時，物料A同時發(fā)生反應(yīng)（1)，此后，反應(yīng)（1)在模具A 腔內(nèi)向下蔓延，反應(yīng)（2)在模具B與模具A之間向下蔓延；當反應(yīng)（1)蔓延到模具A頸部 時，擋片熔化，高溫金屬液流出，經(jīng)噴嘴噴出到輥面，快速冷卻后，甩出即可得到帶狀釬料。
[0025] 反應(yīng)（1)在模具A內(nèi)發(fā)生，有以下作用：①置換得到釬料所需的金屬成分；②反應(yīng) 多余熱量作為熔化合金劑的熱源。反應(yīng)（2)在模具A之上和模具A、B之間發(fā)生，該反應(yīng)熱 量大但不劇烈，有以下作用：①反應(yīng)放出大量熱，作為額外熱源，為反應(yīng)（1)補給熱量，使反 應(yīng)（1)充分進行，且促進金渣分離；②反應(yīng)（2)部分產(chǎn)物進入模具A，與反應(yīng)（1)的渣相一 起壓迫金屬液連續(xù)由噴嘴噴出；③反應(yīng)（2)減少澆道內(nèi)的金屬液熱量散失，具有保溫效果， 且使?jié)驳纼?nèi)金屬液更長時間處于近似"沸騰"狀態(tài)，有利于液態(tài)金屬的均勻混合。
[0026] 由于不同帶狀釬料所含成分的熔點、熱容不同，為了保證反應(yīng)過程的安全性，對于 不同的帶狀釬料，可通過反應(yīng)（2)中鋁粉含量的調(diào)整去控制反應(yīng)熱量。對于高熔點、大熱容 的釬料成分，鋁粉與硫酸鈣的配比應(yīng)盡可能接近化學(xué)方程式所要求配比，從而可為反應(yīng)（1) 提供充足熱量；對于低熔點、小熱容的釬料成分，可適量多添加鋁粉，以吸收反應(yīng)（2)的多 余熱量，從而保證反應(yīng)過程的平穩(wěn)性和安全性。
[0027] 本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0028] (1)方法設(shè)備簡單。本發(fā)明的方法為簡單的鋁熱反應(yīng)，主要步驟為稱料、混料、裝 料、點火，操作簡單，避免了多次熔煉、澆鑄成錠、鑄錠再熔的繁瑣工序；制備設(shè)備主要為發(fā) 生反應(yīng)的石墨模具和冷卻輥，不需要感應(yīng)爐、澆注模、電爐或高頻爐等多種大型設(shè)備。
[0029] (2)原料