鋁合金低溫釺焊釺料及其製備方法

2023-06-16 22:02:01 1

專利名稱：鋁合金低溫釺焊釺料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及鋁及鋁合金焊接領域，尤其是涉及一種適用於鋁合金火焰釺焊的低溫釺焊釺料。
背景技術：
鋁合金是目前工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械製造、船舶及化學工業中已大量應用。隨著近年來科學技術以及工業經濟的飛速發展，對鋁合金焊接結構件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發展，同時焊接技術的發展又拓展了鋁合金的應用領域，因此鋁合金的焊接技術正成為目前研究的熱點之一。純鋁的密度小(P =2.7g/cm3)，大約是鐵的1/3，熔點低(660°C)，鋁的晶體結構是面心立方結構，故鋁具有很高的塑性，易於加工，可製成各種型材、板材，且抗腐蝕性能也較好，但是純鋁的強度很低，退火狀態ob值約為80 MPa,故不宜作結構材料。通過長期的生產實踐和科學實驗，人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。添加一定元素形成的合金在保持純鋁質輕等優點的同時還能具有較高的強度，ob值分別可達240-600 MPa，使其匕強度」(強度與比重的比值ob/p )超過很多合金鋼，成為理想的結構材料，廣泛用於機械製造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面，如飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金製造，以減輕自重，採用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結構重量可減輕50%以上。軟釺料中的錫鉛釺料，尤其是共晶成分的錫鉛釺料多用於電子產品和電氣製品的連接，在電子產品的釺焊過程中，某些對熱敏感的電子元器件可能因釺焊熱循環溫度過高而影響其他方面的性能。而對於非電氣製品，一般的鈑金件和醫療、食品工業、航空航天工業中的釺焊問題，以及要求較高工作溫度或者要求較低溫度的場合，僅僅依靠普通錫鉛釺料是難以全面滿足要求的。因此，除錫鉛釺料以外，還需要開發以滿足較低溫度的軟釺料，以滿足和適應不同環境條件下的應用，從而擴展鋁合金釺料的種類，以適應不斷發展的不同溫度及工況下釺焊鋁合金的需要。·

發明內容
本發明的目的在於提供一種適用範圍廣、固相線熔化溫度低於100°C的鋁合金低溫釺焊釺料。為實現上述目的，本發明可採取下述技術方案:
本發明所述的鋁合金低溫釺焊釺料，它是由原料錫(Sn)、鎵(Ga)、銦(In)、鉍(Bi)按下述質量百分配比熔煉而成:錫:25-29% ;鎵:12-17% ;銦:22-26% ;餘量為鉍；其中所用的原料鎵也可以替換為鎘(Cd )或鉛(Pb )。該鋁合金低溫釺焊釺料的製備方法包括下述工序:
第一步，分別稱取固體的純鉍塊、純錫塊、純銦塊和液態的純鎵四種原料，並按25-29%的錫、12-17%的鎵、22-26%的銦及餘量為鉍的比例對所述四種原料進行配料；第二步，將按第一步中的質量百分比配製的四種原料放入封閉的坩堝中；
第三步，首先向封閉的坩堝中通入純氬氣，排除空氣；然後繼續在氬氣保護條件下對上述原料加熱熔煉，當溫度升至160°C ±5°C時合金完全熔化，保溫IOilmin使合金液相成分均勻化；然後持續在氬氣保護下將合金液靜置冷卻，使其凝固為釺料合金塊；
第四步，將上述釺料合金塊加工成塊狀、棒狀、片狀、粉狀、箔狀、絲狀或顆粒狀釺料成
品O該鋁合金低溫釺焊釺料的製備方法還可採用下述工序:
第一步，分別稱取固體的純鉍塊、純錫塊、純銦塊和液態的純鎵四種原料，並按25-29%的錫、12-17%的鎵、22-26%的銦及餘量為鉍的比例對所述四種原料進行配料；
第二步，將四種原料放入坩堝中，同 時在四種原料上撒入一定量的保護熔劑；
第三步，用電爐將四種合金和保護溶劑加熱熔煉，當溫度升至160°C ±5°C時合金完全熔化，並再次撒入一定量的保護熔劑；保溫IOilmin使合金液相成分均勻化；然後將合金液倒入成型模具中，靜置冷卻，使其凝固為釺料合金塊；
第四步，將上述釺料合金塊加工成塊狀、棒狀、片狀、粉狀、箔狀、絲狀或顆粒狀釺料成
品O所述的保護溶劑為松香或松香、三乙醇胺和溴酸的混合物。如果將原料鎵替換為鎘或鉛，則製備方法同上。本發明的優點在於製備的鋁合金釺焊釺料具有良好的鋪展性和間隙填充形，非常適用於鋁合金的釺焊。本發明製備的鋁合金低溫釺焊釺料為鉍基釺料，其熔化溫度在96-121 °C，即固相線溫度為96°C，液相線溫度為121 °C ;釺焊溫度範圍為130_140°C之間，幾乎可以應用於所有鋁合金的釺焊，擴展了可釺焊鋁合金母材的種類。該釺料適用於釺焊的工藝方法包括火焰釺焊、爐中釺焊、鹽浴釺焊、真空釺焊、氣保護氣氛釺焊和超聲波釺焊等，釺料可以塊狀、棒狀、片狀、粉狀、箔狀、絲狀或顆粒狀形式使用。如採用火焰釺焊工藝釺焊鋁合金6063接頭時，釺焊搭接接頭的抗剪強度可達13-18MPa，釺焊對接接頭的抗拉強度可達 19-26 MPa。 本發明製備的鋁合金低溫釺焊釺料中，錫(Sn)元素的熔點低，潤溼性好，可與多種金屬形成金屬間化合物，合金很脆時可以通過控制冷卻速度來控制其晶粒度，能夠一定程度上蓋板釺料的力學性能；銦(111)元素的氧化能力較強，可以防止釺料與母材的氧化並可以改善釺料的潤溼性，同時In元素可以固溶於鋁合金母材中，起到增強釺焊工件界面強度的作用；原料鎘(Cd)、鉛(Pb)或鎵(Ga)元素的溶點較低，可以降低釺料的熔點，但是必須嚴格控制添加量，如果加入量過多則會腐蝕鋁合金，在釺焊鋁合金過程中會產生溶蝕現象，使釺焊產品和工件性能嚴重下降，由於原料鎘(Cd)或鉛(Pb)元素可對人體和環境產生不利影響，故應慎用或不用，若選擇使用鎵(Ga)元素，則成品釺料可成為環保無汙染的綠色釺料。由於本發明釺焊釺料的固相線熔化溫度低於100°C，同時釺焊溫度的降低也可以減少釺焊加熱時所需要的能量，從而也節約了能源。


圖1是實施例1製備的釺料的金相顯微組織形貌圖。
圖2是實施例1釺料釺焊6063鋁合金搭接接頭的宏觀形貌圖。圖3是實施例1釺料釺焊6063鋁合金搭接接頭的界面金相顯微組織形貌圖。
具體實施例方式實施例1:
本發明所述的鋁合金低溫釺焊釺料，它是由質量百分比為26.6%的錫(Sn)，15.8%的鎵(Ga)，22.0%的銦(In)和35.6%的鉍(Bi)按下述方法熔煉而成:
第一步，按上述比例分別稱取固體的純鉍塊、純錫塊、純銦塊和液態的純鎵四種原料進行配料；
第二步，將四種原料放入封閉的坩堝中；
第三步，向封閉的坩堝中通入純氬氣，排除空氣；然後繼續在氬氣保護條件下對上述原料加熱熔煉，當溫度升至160°C ±5°C時合金完全熔化，保溫IOilmin使合金液相成分均勻化；然後持續在氬氣保護下將合金液靜置冷卻，使其凝固為釺料合金塊，該合金釺料的金相顯微組織形貌圖見圖1所示；
第四步，將上述釺料合金塊採用機械分割法加工成長條塊狀釺料。將鋁合金6063試樣用砂紙打磨、丙酮清洗去除表面汙物，將加工成長條塊的釺料置於接頭處，並在接頭及釺料部位均勻撒布液態釺劑，釺劑作用時間為10秒鐘。接頭由夾具固定後進行火焰釺焊，釺焊溫度範圍為130-140°c，接頭焊好後冷卻至室溫。接頭火焰釺焊後，外觀成形良好，如圖2所示，界面金相顯微組織形貌圖如圖3所示；測定釺焊接頭的抗剪強度為13.2 MPa，抗拉強度為19.4 MPa。

實施例2:
本發明所述的鋁合金低溫釺焊釺料，它是由質量百分比為25.0%的錫(Sn)，12.0%的鎵(Ga)，25.8%的銦(In)和37.2%的鉍(Bi)按下述方法熔煉而成:
第一步，分別稱取固體的純鉍塊、純錫塊、純銦塊和液態的純鎵四種原料，並按25-29%的錫、12-17%的鎵、22-26%的銦及餘量為鉍的比例對所述四種原料進行配料；
第二步，將四種原料放入坩堝中，同時在四種原料上撒入一定量的松香(或者將三乙醇胺、溴酸、松香按照5: 3: 2的比例混合使用)；
第三步，用電爐將四種合金和保護溶劑加熱熔煉，當溫度升至160°C ±5°C時合金完全熔化，並再次撒入一定量的保護熔劑；保溫IOilmin使合金液相成分均勻化；然後將合金液倒入成型模具中，靜置冷卻，使其凝固為釺料合金塊；
第四步，將上述釺料合金塊採用機械分割法加工成長條塊狀釺料。將鋁合金6063試樣用砂紙打磨、丙酮清洗去除表面汙物，將加工成長條塊的釺料置於接頭處，並在接頭及釺料部位均勻撒布液態釺劑，釺劑作用時間為10秒鐘。接頭由夾具固定後進行火焰釺焊，釺焊溫度範圍為130-140°c，接頭焊好後冷卻至室溫。接頭火焰釺焊後，外觀成形良好，測定釺焊接頭的抗剪強度為17.2 MPa，抗拉強度為25.7 MPa。實施例3:
本發明所述的鋁合金低溫釺焊釺料，它是由質量百分比為29.0%的錫(Sn)，17.0%的鎵(Ga)，23.4%的銦(In)和30.6 %的鉍(Bi)按實施例2的方法熔煉而成釺料合金塊，然後採用機械分割法將其加工成長條塊狀釺料。
將鋁合金6063試樣用砂紙打磨、丙酮清洗去除表面汙物，將加工成長條塊的釺料置於接頭處，並在接頭及釺料部位均勻撒布液態釺劑，釺劑作用時間為10秒鐘。接頭由夾具固定後進行火焰釺焊，釺焊溫度範圍為130-140°c，接頭焊好後冷卻至室溫。接頭火焰釺焊後，外觀成形良好，測定釺焊接頭的抗剪強度為15.5MPa，抗拉強度為23.2 MPa。實施例4:
本發明所述的鋁合金低溫釺焊釺料，它是由質量百分比為27.9%的錫(Sn)，13.2%的鎵(Ga)，26.0%的銦(In)和32.9%的鉍(Bi)按實施例2的方法熔煉而成釺料合金塊，然後採用機械分割法將其加工成長條塊狀釺料。將鋁合金6063試樣用砂紙打磨、丙酮清洗去除表面汙物，將加工成長條塊的釺料置於接頭處，並在接頭及釺料部位均勻撒布液態釺劑，釺劑作用時間為10秒鐘。接頭由夾具固定後進行火焰釺焊，釺焊溫度範圍為130-140°c，接頭焊好後冷卻至室溫。接頭火焰釺焊後，外觀成形良好，測定釺焊接頭的抗剪強度為18.3MPa，抗拉強度為26.0 MPa。實施例5:
本發明所述的鋁合金低溫釺焊釺料，它是由質量百分比為28.3%的錫(Sn)，14.7%的鎵(Ga)，22.7%的銦(In)和34.3%的鉍(Bi)按實施例2的方法熔煉而成釺料合金塊，然後採用機械分割法將其加工成長條塊狀釺料。將鋁合金6063試樣用砂紙打磨、丙酮清洗去除表面汙物，將加工成長條塊的釺料置於接頭處，並在接頭及釺料部位均勻撒布液態釺劑，釺劑作用時間為10秒鐘。接頭由夾具固定後進行火焰釺焊，釺焊溫度範圍為130-140°c，接頭焊好後冷卻至室溫。接頭火焰釺焊後，外觀成形良好，測定釺焊接頭的`抗剪強度為16.9MPa，抗拉強度為22.6 MPa。
權利要求
1.一種鋁合金低溫釺焊釺料，其特徵在於:它是由原料錫、鎵、銦、鉍按下述質量百分配比熔煉而成:錫:25-29% ;鎵:12-17% ;銦:22-26% ;餘量為鉍。
2.根據權利要求1所述的鋁合金低溫釺焊釺料，其特徵在於:所述原料鎵可以替換為鎘或鉛。
3.根據權利要求1所述的鋁合金低溫釺焊釺料的製備方法，其特徵在於:它包括下述工序: 第一步，分別稱取固體的純鉍塊、純錫塊、純銦塊和液態的純鎵四種原料，並按25-29%的錫、12-17%的鎵、22-26%的銦及餘量為鉍的比例對所述四種原料進行配料； 第二步，將按第一步中的質量百分比配製的四種原料放入封閉的坩堝中； 第三步，首先向封閉的坩堝中通入純氬氣，排除空氣；然後繼續在氬氣保護條件下對上述原料加熱熔煉，當溫度升至160°C ±5°C時合金完全熔化，保溫IOilmin使合金液相成分均勻化；然後持續在氬氣保護下將合金液靜置冷卻，使其凝固為釺料合金塊； 第四步，將上述釺料合金塊加工成塊狀、棒狀、片狀、粉狀、箔狀、絲狀或顆粒狀釺料成品O
4.根據權利要求1所述的鋁合金低溫釺焊釺料的製備方法，其特徵在於:它包括下述工序: 第一步，分 別稱取固體的純鉍塊、純錫塊、純銦塊和液態的純鎵四種原料，並按25-29%的錫、12-17%的鎵、22-26%的銦及餘量為鉍的比例對所述四種原料進行配料； 第二步，將四種原料放入坩堝中，同時在四種原料上撒入一定量的保護熔劑； 第三步，用電爐將四種合金和保護溶劑加熱熔煉，當溫度升至160°C ±5°C時合金完全熔化，並再次撒入一定量的保護熔劑；保溫IOilmin使合金液相成分均勻化；然後將合金液倒入成型模具中，靜置冷卻，使其凝固為釺料合金塊； 第四步，將上述釺料合金塊加工成塊狀、棒狀、片狀、粉狀、箔狀、絲狀或顆粒狀釺料成品O
5.根據權利要求4所述的鋁合金低溫釺焊釺料的製備方法，其特徵在於:所述的保護溶劑為松香或松香、三乙醇胺和溴酸的混合物。
全文摘要
本發明公開了一種鋁合金低溫釺焊釺料，它是由原料錫、鎵、銦、鉍按下述質量百分配比熔煉而成錫25-29%；鎵12-17%；銦22-26%；餘量為鉍；其中所用的原料鎵也可以替換為鎘或鉛。本發明製備的鋁合金釺焊釺料具有良好的鋪展性和間隙填充形，非常適用於鋁合金的釺焊。該釺料為鉍基釺料，其熔化溫度在96-121℃，即固相線溫度為96℃，液相線溫度為121℃；釺焊溫度範圍為130-140℃之間，幾乎可以應用於所有鋁合金的釺焊，擴展了可釺焊鋁合金母材的種類。該釺料適用於釺焊的工藝方法包括火焰釺焊、爐中釺焊、鹽浴釺焊、真空釺焊、氣保護氣氛釺焊和超聲波釺焊等，釺料可以塊狀、棒狀、片狀、粉狀、箔狀、絲狀或顆粒狀形式使用。
文檔編號B23K35/24GK103231180SQ20131017889
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月15日 優先權日2013年5月15日
發明者馬力, 張雷, 裴夤崟, 馬佳, 張青科, 朱坤, 於新泉, 薛行雁, 張強, 李秀朋 申請人:鄭州機械研究所