一種中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑及其製備方法
2023-05-31 09:26:41 1
專利名稱：一種中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑及其製備方法，屬於鋁及鋁合金的釺焊材料領域。
背景技術：
鋁及鋁合金由於具有密度小，熱導率和電導率高等優點，在工業中被廣泛採用。釺焊相對於熔焊和壓焊具有焊接接頭變形和應力小，尺寸精度高等優點，是一種常用的鋁及 鋁合金的連接技術。在鋁及鋁合金的火焰或爐中釺焊時，首先要選用合適的釺料和低熔點釺劑。釺焊過程中鋁釺劑先於釺料熔化，除去鋁及鋁合金表面緻密的氧化膜並保護釺料不被高溫氧化，使釺料與母材潤溼、填充母材間隙形成牢固的接頭。所以，釺劑在鋁及鋁合金的火焰釺焊和爐中釺焊中起著十分重要的作用。由於釺劑的熔點要低於釺料和母材的熔點，為了滿足釺焊低熔點鋁合金的要求，低熔點釺劑的開發一直是國內外的研究熱點，也是限制釺焊技術在鋁合金生產中廣泛應用的難點之一。1986年，學者Suzuki K提出了一種中溫不溶性釺劑CsF-AlF3，釺劑的主要成分為氟鋁酸銫。該專利指出，此種釺劑的熔化溫度是440°C 48(rC，專利保護的成分為，。該種釺劑有三大優點(1)釺劑不吸潮，焊後殘渣無腐蝕性。解決了傳統氯化物釺劑吸潮、腐蝕性強的問題。(2)釺劑熔點較低，適焊鋁合金種類多。在該專利中CsF-AlF3無腐蝕釺劑的熔化溫度為440°C 480°C，可以釺焊除2系列和7系列之外的大部分鋁合金。(3)火焰適應性好。該種釺劑的火焰適應性較常用的無腐蝕A1F3-KF (N0C0L0K)釺劑好，十分適合進行火焰釺焊。但是，CsF-AlF3釺劑中的主要成分為貴金屬鹽CsF，釺劑價格昂貴，難以應用於大規模的工業生產。為了降低CsF-AlF3釺劑中貴金屬鹽CsF的含量，很多學者在不斷進行新型釺劑的開發。2001年學者Chen R對AlF3_KF_CsF三元相圖進行了研究，指出在AlF3_KF_CsF相圖的成分處，存在480°C左右的共晶點。相對於CsF-AlF3釺劑，AlF3_KF_CsF釺劑中CsF含量大大降低，釺劑的主要成分為氟鋁酸鹽——氟鋁酸鉀和氟鋁酸銫。但是，即使採用AlF3-KF-CsF相圖中共晶點成分作為釺劑的成分，釺劑中貴金屬鹽CsF的含量仍舊偏高(32wt%),價格依然比較昂貴。2009年，中南大學賀軍四在其碩士畢業論文《氟鋁酸銫-氟鋁酸鉀釺劑的合成》中，根據學者Chen R繪製的相圖，用化學法製備出了 CsF摩爾百分比為18%的AlF3_KF_CsF釺劑，熔點在520°C左右，但經過換算，釺劑中CsF的質量百分比仍在30%左右。2003年，Hu Jia, Zhang Qiyun等學者還對A1F3 -KF- KCl三元系相圖的研究，指出該三元體系有溫度為534°C的共晶點。與AlF3-KF-CsF體系相比，該體系不含貴重金屬銫，因此可以很大程度上節約釺劑的成本，但該共晶點的熔點(534°C)較高，適合焊接的鋁合金種類有限。上世紀80年代，有學者提出AlF3-RbF、AlF3-InFJP AlF3-BeF釺劑，該類釺劑存在溫度較低(480°C左右)的成分點，但RbF、InF和BeF (劇毒)的價格較CsF的價格更高，釺劑更為昂貴，難以推廣使用。綜上所述，開發一種無腐蝕、熔點較低且貴金屬鹽CsF含量較低的新型氟鋁酸鹽釺劑對鋁和鋁合金釺焊技術的發展有著重要意義，並具有巨大的經濟價值。
發明內容
本發明目的是要解決在低熔點、無腐蝕性CsF-AlF3釺劑中，貴金屬鹽CsF的含量較高，釺劑的價格昂貴，無法實現大規模的工業應用的技術問題。提出一種中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑，釺劑中CsF含量不超過20wt%，熔點為490°C飛21 °C，釺劑不吸潮、無腐蝕性，且適合進行火焰釺焊。
本發明是通過以下措施實現的
本發明釺劑由三氟化鋁、氟化鉀、氟化銫和氯化鉀或溴化鉀的一種或兩種所組成，其具體成分的質量百分比為三氟化鋁32 42%、氟化鉀28 36%、氟化銫f 20%，氯化鉀或氟化鉀中的一種或兩種17 22%。本發明提出的中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑的製備方法有二種
方法一為去離子水沸煮法，具體步驟為(I)將分析純試劑三氟化鋁、氟化鉀、氯化鉀、溴化鉀、氟化銫在300°C 400°C下分別脫水3 4小時；再放入真空乾燥箱，在110°C 150°C、相對真空度為-0. 05^-0. IMPa條件下乾燥1(T12小時，乾燥完成後將試劑研磨成粉末；(2)按權利要求I中所述釺劑配方稱出試劑粉末放入坩堝中，加入60°C 100°C的去離子水，製成均勻的混合液；(3)將裝有混合液的坩堝放入150°C 400°C的坩堝爐中加熱，至混合液沸騰，並煮沸5 10分鐘，期間不斷攪拌至混合液蒸乾；(3)將蒸乾的藥劑從坩堝爐中取出，放入真空乾燥箱中，在相對真空度為-0. 05 -0. IMPa, IlO0C 150°C溫度下乾燥16 24小時，取出後研磨過篩，製成10(T200目白色粉末，即為本發明釺劑。所述釺劑的第二種製備方法為熔煉法，具體步驟為(I)將分析純試劑三氟化鋁、氟化鉀、氯化鉀、溴化鉀、氟化銫在300°C 400°C下分別脫水4小時；再放入真空乾燥箱，在IlO0C 150°C、相對真空度為-0. 05^-0. IMPa條件下乾燥l(Tl2小時，乾燥完成後將試劑研磨成粉末；(2)按釺劑配方稱量試劑粉末，並放入不鏽鋼或鉬金坩堝中；(3)將盛有試劑粉末的坩堝放入坩堝爐中，加熱至600°C 700°C，使試劑完全熔化，熔化試劑相互作用形成釺劑熔液，保溫5 10分鐘後，將坩堝取出爐外冷卻，(4)取出冷卻後的塊狀釺劑，放入球磨機中並研磨成100目 200目的粉末，即為本發明釺劑。
本發明具有的優點是
(I)本發明釺劑通過在AlF3-KF-KCl和AlF3-KF-KBr三元體系中加入一定量的CsF，使釺劑的熔點下降到490°C飛21°C，可以釺焊除2系列和I系列之外的大部分鋁合金。(2)本發明釺劑相對於現有的 AlF3-CsF (CsF :71. 4wt%)和 AlF3-KF-CsF (CsF 32wt%)兩種釺劑，釺劑中貴金屬鹽CsF的含量(19^20%)大幅度降低，降低了釺劑的成本。(3)本發明釺劑熱穩定性好，適用於氧-乙炔和液化石油氣-氧氣作為氣源的火焰釺焊，釺劑不吸潮，焊後工件不需清理。
(4)本釺劑的製備方法簡單，易於大規模工業生產。
具體實施例方式下面以實施例對本發明做進一步說明，但本發明並不局限於這些實施例。本發明所述釺劑的具體成分如表I ;
表I中釺劑f釺劑6按照本發明中第一種製備方法進行製備，具體步驟為將分析純 試劑三氟化鋁、氟化鉀、氯化鉀、溴化鉀、氟化銫在300°C下分別脫水4小時；再放入真空乾燥箱，在110°C、真空度為-0. 07MPa條件下乾燥12小時；乾燥完成後將試劑研磨成粉末；
(2)按權利要求I中所述釺劑配方稱出試劑粉末放入坩堝中，加入60°C 10(rC的去離子水，製成均勻的混合液；(3)將裝有混合液的坩堝放入150°C 400°C的坩堝爐中加熱，至混合液沸騰，並煮沸5 10分鐘，期間不斷攪拌至混合液蒸乾；(3)將蒸乾的藥劑從坩堝爐中取出，放入真空乾燥箱中，在真空度為-0. 07MPa，110°C溫度下乾燥24小時，取出後研磨過篩，製成100 200目白色粉末，即為本發明釺劑。表I中釺劑疒釺劑11按照本發明中第二種製備方法進行製備，具體步驟為(I)將分析純試劑三氟化鋁、氟化鉀、氯化鉀、溴化鉀、氟化銫在300°C下分別脫水4小時；再放入真空乾燥箱，在110°C、真空度為-0. 07MPa條件下乾燥12小時；乾燥完成後將試劑研磨成粉末；(2)按釺劑配方稱量試劑粉末，並放入不鏽鋼或鉬金坩堝中；(3)將盛有試劑粉末的坩堝放入坩堝爐中，加熱至600°C 70(TC，使試劑完全熔化，熔化試劑相互作用形成釺劑熔液，並保溫5 10分鐘後，將坩堝取出爐外冷卻，(4)取出冷卻後的塊狀釺劑，放入球磨機中並研磨成100目 200目的粉末，即為本發明釺劑。對上述製得的釺劑進行DTA差熱分析實驗，以測試釺劑的熔點；並按照GB/ Tl 1364-89《釺料鋪展性及填縫性試驗方法》和GBl 1363-89《釺焊接頭強度試驗方法》中規定的要求，對該釺劑配合Al-Si-Cu-Ni釺料使用時的釺料鋪展面積和釺焊接頭抗剪切強度進行了測試，測試結果如表I所示。表I釺劑使用效果表(釺料為Al-Si-Cu-Ni釺料)
權利要求
1.一種中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑，其特徵是由三氟化鋁、氟化鉀、氟化銫、氯化鉀所組成，其成分的質量百分比為三氟化鋁32 42%、氟化鉀28 36%、氯化鉀17 22%、氟化銫I 20%。
2.根據權利要求I所述的中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑，其特徵是其成分的質量百分比為三氟化鋁32 42%、氟化鉀28 36%、溴化鉀17 22%、氟化銫I 20%。
3.根據權利要求I所述的中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑，其特徵是其成分的質量百分比為三氟化鋁32 42%、氟化鉀28 36%、氯化鉀與溴化鉀之和17 22%、氟化銫I 20%。
4.根據權利要求I或2或3所述中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑的製備方法，其特徵是採用去離子水沸煮法，具體步驟為(I)將分析純試劑三氟化鋁、氟化鉀、氯化鉀、溴化鉀、氟化銫在300°C 400°C下分別脫水3 4小時；再放入真空乾燥箱，在110°C 150°C、相對真空度為-0. 05^-0. IMPa條件下乾燥1(T12小時，乾燥完成後將試劑研磨成粉末；(2)按權利要求I或2或3中所述釺劑配方稱出試劑粉末放入坩堝中，加入60°C ^lOO0C的去離子水，製成均勻的混合液；(3)將裝有混合液的坩堝放入150°C 400°C的坩堝爐中，加熱至混合液沸騰，並保溫5 10分鐘，期間不斷攪拌，直至混合液被蒸乾；(3)將蒸乾的藥劑從坩堝爐中取出，放入真空乾燥箱中，在相對真空度為-0. 05^-0. IMPa, IlO0C 150°C溫度下乾燥16 24小時，取出後研磨過篩，製成10(T200目白色粉末即為本發明釺劑。
5.根據權利要求I或2或3所述中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑的製備方法，其特徵是採用熔煉法，具體步驟為(1)將分析純試劑三氟化鋁、氟化鉀、氯化鉀、溴化鉀、氟化銫在,300 0C 400°C下分別脫水:T4小時；再放入真空乾燥箱，在110°C 150°C、相對真空度為-0. 05^-0. IMPa條件下乾燥1(T12小時，乾燥完成後將試劑研磨成粉末；(2)按釺劑配方稱量試劑粉末，並放入不鏽鋼或鉬金坩堝中；(3)將盛有試劑粉末的坩堝放入坩堝爐中，力口熱到650°C 100°C至試劑完全熔化，熔化試劑相互作用形成釺劑熔液，保溫5 10分鐘後將坩堝取出冷卻；(4)待坩堝冷卻後，取出塊狀釺劑放入球磨機中並研磨成100目 200目的粉末，即為本發明釺劑成品。
全文摘要
一種中溫低銫氟鋁酸鹽釺劑及其製備方法，可用於純鋁及鋁合金的爐中和火焰釺焊，屬於釺焊材料領域。本發明釺劑成分質量百分比為三氟化鋁32~42%、氟化鉀28~36%、氟化銫1~20%、氯化鉀和溴化鉀中的一種或兩種17~22%。所述釺劑可採用去離子水沸煮法或熔煉法進行製備。該釺劑熔點為490℃~521℃，貴金屬鹽CsF的含量在1%~20%，在空氣中不發生潮解，焊後釺劑殘渣對接頭無腐蝕性，火焰適應性好，適合於鋁及鋁合金的火焰釺焊和爐中釺焊。
文檔編號B23K35/363GK102699577SQ20121017626
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者李莉, 牛志偉, 羊浩, 陳樹海, 黃繼華 申請人:北京科技大學