用於焊接鋁銅構件的自釺釺料的製作方法
2023-06-29 00:35:06 1
專利名稱：用於焊接鋁銅構件的自釺釺料的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋁銅及其合金的釺焊用釺料，尤其是涉及一種用於焊接鋁銅構件的自釺釺料。
背景技術：
鋁合金在工業生產和社會生活中的應用非常廣泛，由於比重小、導電、導熱性好、鑄造性、塑性和機械加工性優良，鋁合金在現代工業材料中的重要作用不可替代。採用3系(如3003鋁合金)、6系(如6061鋁合金)高強鋁合金製造全鋁結構零部件以替代銅質結構部件，已經成為全世界製造業的發展方向。但是鋁銅構件的焊接難題也越來越多。鋁銅構件焊接中存在的主要問題不僅因為鋁表面極易形成緻密氧化膜，影響釺焊 時釺料的流動性，同時還因為鋁合金釺焊時極易燒損。所以，在釺焊鋁質構件時要嚴格控制釺焊溫度，溫度過高將引起母材性能惡化甚至使零件報廢，溫度太低又使釺料不能實現有效漫流，從而影響釺焊質量。所以希望研製出一種新型釺料，該釺料的熔點相對較低，而釺焊強度相對較高。鋁矽自釺釺料是鋁銅釺焊連接的最新發展方向。隨著鋁銅釺焊的自動化發展，無腐蝕免清洗釺焊技術的提倡以及以鋁代銅技術的逐步深入，市場對鋁矽自釺釺料的需求越來越大。但是，目前鋁矽自釺釺料存在一些不足釺料中矽含量較高，釺料較脆、加工性差；釺料熔點較高(固相線溫度577°C，液相線溫度600°C以上)，與3系、6系高強鋁合金的熔點非常接近，釺焊比較困難；釺料釺焊接頭強度較低，不能滿足工程應用要求。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用於焊接鋁銅構件的具有高強度、高塑性、低熔點特點的自釺釺料。為實現上述目的，本發明可採取下述技術方案
本發明所述的用於焊接鋁銅構件的自釺釺料，它是由氟化物以及鉿、鍺、鎳、銅、矽和鋁原料按下述質量百分配比和方法製備而成
配比
氟化物:12-15%,鉿(Hf) 0. 01-0. 3%,鍺(Ge) 0. 01-0. 8%, If(Ni) O. 05-2%,銅(Cu)
O.8-3%，矽(Si) :5-17%，餘量為鋁(Al);所述氟化物包括氟化鋁(AlF3) 30_80%，氟化銫(CsF) 5-35%，餘量為氟化鉀(KF)；
製備方法
首先將原料鉿、鍺、鎳、銅、矽和鋁入真空爐中冶煉、霧化成細粉，然後與氟化物粉均勻混合、壓製成複合錠，將複合錠直接擠壓成絲或管，將絲繞製成卷或將管切成環狀即可得到自釺釺料成品。上述的製備方法包括下述具體步驟
第一步，將金屬鍺與部分鋁原料熔煉成中間合金Al，該中間合金Al中金屬鍺與鋁的重量比為Al: Ge=95:5 ;將金屬鉿與部分鋁原料熔煉成中間合金A2，該中間合金A2中金屬鉿與招的重量比為Al: Hf = 99:1 ;
第二步，將剩餘的鋁原料在真空爐中熔化後，爐中鋁液溫度升至650-800°C後加入原料矽，保溫10-20分鐘後得到鋁-矽中間合金液；
第三步，將原料銅、鎳依次加入第二步得到的鋁-矽中間合金液中，當熔液溫度升至750-950°C後，保溫10-20分鐘，得到鋁-矽-銅-鎳中間合金液；
第四步，將第一步得到的中間合金Al、A2依次加入到第三步得到的鋁-矽-銅-鎳中間合金液中，充分熔化後用碎玻璃與冰晶石的混合物覆蓋，保溫10-20分鐘，真空霧化成金屬細粉；
第五步，將第四步得到的金屬細粉與氟化物粉均勻混合、壓製成型、真空燒結成複合
錠；
第六步，將上述複合錠一次擠壓成絲或管，將絲進行繞制、管切成環形即可得到自釺釺料成品。絲狀釺料的直徑為0.8-3mm，一般取300-500mm繞成一卷。環狀釺料的環徑為10-50mm,絲徑 I. 0_3mm。第五步中所用的氟化物粉為研磨而成的目數為150的細粉。本發明的優點在於在釺焊領域現有的Al-Si-Cu-Ni合金系釺料基礎上引入微量元素Ge、Hf，微量的Ge易與Al形成低熔點共晶，降低釺料熔點，Ge的添加又使體系中共價鍵減少，金屬鍵增加，有利於改善合金本徵的脆性；Hf的熔點較高，有好的抗氧化性和耐高溫特性，在Al中能微量固溶，形成低熔共晶，且會加速固溶體分解、細化釺料晶粒，既降低了釺料熔化溫度，有助於避免焊接中鋁母材的燒損，又同時提高了釺料的強度和塑性，有助於改善釺焊接頭的力學性能，而釺料塑性的改善又可使產品生產效率得以提高。本發明自釺釺料的有益效果具體體現在
1、與同類自釺釺料相比，本發明的自釺釺料具有強度高、塑性好、熔點低的特點，作為釺料用於鋁銅構件釺焊時，具有潤溼性強、釺縫強度高、塑性好等特點。
2、本發明的自釺釺料用於火焰釺焊鋁銅時，具有操作方便，適用性強的特點，該釺料還可用於鋁合金的自動焊，大大提高了生產效率。3、本發明的自釺釺料與現有鋁矽自釺釺料相比，由於塑性顯著改善，解決了因矽含量高、脆性大造成的難加工成形的問題。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步詳述。實施例I :
本發明自釺釺料的配比包括85%的金屬組分和15%的氟化物組分，其中金屬組分按重量百分比取0. 05%Hf，0. l%Ge，0. 5%Ni, l%Cu，8%Si，餘量為Al ;氟化物按重量百分比取80%A1F3, 15%CsF, 5%KF ；
製備方法為
第一步，將金屬Ge與部分Al在中頻爐中熔煉成中間合金Al，該中間合金Al中Ge與Al的重量比為Al:Ge=95:5 ;將高熔點金屬Hf與部分Al熔煉成中間合金A2，該中間合金A2中Hf與Al的重量比為Al: Hf = 99:1 ；
第二步，將剩餘的Al原料在真空爐中熔化後，爐中鋁液溫度升至650-800°C (優選800°C)後加入原料Si (結晶塊)，保溫10-20分鐘(優選15分鐘)後得到Al-Si中間合金液；
第三步，將原料Cu、Ni依次加入第二步得到的Al-Si中間合金液中，當熔液溫度升至750-9500C (優選900°C)後，保溫10-20分鐘(優選15分鐘)，得到Al-Si-Cu-Ni中間合金液；
第四步，將第一步得到的中間合金Al、A2依次加入到第三步得到的Al-Si-Cu-Ni中間合金液中，充分熔化後用碎玻璃與冰晶石的混合物(碎玻璃與冰晶石的重量比為I : I)覆蓋，保溫10-20分鐘(優選20分鐘)，真空霧化成金屬細粉； 第五步，將氟化物研磨成150目的細粉，與第四步得到的金屬細粉均勻混合、壓製成型、真空燒結(燒結溫度450°C )成複合錠；
第六步，將上述複合錠等溫層流連續擠壓成絲或管，將絲進行繞制、管切成環形即可得到直徑為O. 8 3mm、長300 500 mm的棒狀自針針料或環徑10 50mm、絲徑I. O 3mm的環狀自釺釺料成品。複合錠進行擠壓時，採用等溫層流連續擠壓，擠壓前複合錠要預熱，預熱溫度150 °C，預熱時間30min。在以下實施例中，除所用原料的配方有所變化外，製備方法與實施例I相同。實施例2:
本發明自釺釺料的配比包括86%的金屬組分和14%的氟化物組分，其中金屬組分按重量百分比取0. 05%Hf，0. l%Ge，0. 8%Ni, l%Cu，9%Si，餘量為Al ;氟化物按重量百分比取70%A1F3, 25%CsF, 5%KF。實施例3:
本發明自釺釺料的配比包括87%的金屬組分和13%的氟化物組分，其中金屬組分按重量百分比取0. 15%Hf，0. 2%Ge，0. 8%Ni, I. 2%Cu，10%Si，餘量為Al ;氟化物按重量百分比取65%A1F3, 30%CsF, 5%KF。實施例4:
本發明自釺釺料的配比包括88%的金屬組分和12%的氟化物組分，其中金屬組分按重量百分比取0. 15%Hf，0. 3%Ge，0. 8%Ni, I. 2%Cu，10%Si，餘量為Al ;氟化物按重量百分比取55%A1F3, 28%CsF, 17%KF。實施例5
本發明自釺釺料的配比包括85%的金屬組分和15%的氟化物組分，其中金屬組分按重量百分比取0. 15%Hf，0. 3%Ge，l%Ni, I. 3%Cu，ll%Si，餘量為Al ;氟化物按重量百分比取45%A1F3, 35%CsF, 20%KF。實施例6:
本發明自釺釺料的配比包括86%的金屬組分和14%的氟化物組分，其中金屬組分按重量百分比取0. 2%Hf，0. 4%Ge，l%Ni, I. 3%Cu，12%Si，餘量為Al ;氟化物按重量百分比取30%A1F3, 35%CsF, 35%KF。實施例7 本發明自釺釺料的配比包括87%的金屬組分和13%的氟化物組分，其中金屬組份按重量百分比取0. 2%Hf，0. 5%Ge，l%Ni, I. 5%Cu，14%Si，餘量為Al ;氟化物按重量百分比取65%A1F3, 5%CsF, 30%KF。實施例8
本發明自釺釺料的配比包括88%的金屬組分和12%的氟化物組分，其中金屬組份按 重量百分比取0. 2%Hf，0. 5%Ge，I. 5%Ni，2%Cu，16%Si，餘量為Al ;氟化物按重量百分比取55%A1F3, 10%CsF, 35%KF。
權利要求
1.一種用於焊接鋁銅構件的自釺釺料，其特徵在於它是由氟化物以及鉿、鍺、鎳、銅、矽和鋁原料按下述質量百分配比和方法製備而成 配比 氟化物:12-15%,鉿0. 01-0. 3%,鍺0. 01-0. 8%,鎳0. 05-2%,銅0. 8-3%,矽5_17%，餘量為鋁；所述氟化物包括氟化鋁30-80%，氟化銫5-35%，餘量為氟化鉀； 製備方法 首先將原料鉿、鍺、鎳、銅、矽和鋁入真空爐中冶煉、霧化成細粉，然後與氟化物粉均勻混合、壓製成複合錠，將複合錠直接擠壓成絲或管，將絲繞製成卷或將管切成環狀即可得到自釺釺料成品。
2.根據權利要求I所述的用於焊接鋁銅構件的自釺釺料，其特徵在於所述製備方法包括下述步驟 第一步，將金屬鍺與部分鋁原料熔煉成中間合金Al，所述中間合金Al中金屬鍺與鋁的重量比為Al :Ge=95:5 ;將金屬鉿與部分鋁原料熔煉成中間合金A2，所述中間合金A2中金屬鉿與招的重量比為Al: Hf = 99:1 ; 第二步，將剩餘的鋁原料在真空爐中熔化後，爐中鋁液溫度升至650-800°C後加入原料矽，保溫10-20分鐘後得到鋁-矽中間合金液； 第三步，將原料銅、鎳依次加入第二步得到的鋁-矽中間合金液中，當熔液溫度升至750-950°C後，保溫10-20分鐘，得到鋁-矽-銅-鎳中間合金液； 第四步，將第一步得到的中間合金Al、A2依次加入到第三步得到的鋁-矽-銅-鎳中間合金液中，充分熔化後用碎玻璃與冰晶石的混合物覆蓋，保溫10-20分鐘，真空霧化成金屬細粉； 第五步，將第四步得到的金屬細粉與氟化物粉均勻混合、壓製成型、真空燒結成複合錠； 第六步，將上述複合錠一次擠壓成絲或管，將絲進行繞制、管切成環形即可得到自釺釺料成品。
3.根據權利要求I或2所述的用於焊接鋁銅構件的自釺釺料，其特徵在於所述氟化物粉的目數為150。
全文摘要
本發明公開了一種用於焊接鋁銅構件的自釺釺料，它是由氟化物12-15%(氟化鋁30-80%，氟化銫5-35%，餘量為氟化鉀)，鉿0.01-0.3%，鍺0.01-0.8%，鎳0.05-2%，銅0.8-3%，矽5-17%，餘量為鋁按照下述方法製備而成將原料鉿、鍺、鎳、銅、矽和鋁入真空爐中冶煉、霧化成細粉，然後與氟化物粉均勻混合、壓製成複合錠，將複合錠直接擠壓成絲或管，將絲繞製成卷或將管切成環狀即可得到自釺釺料成品。本發明的優點在於在現有的Al-Si-Cu-Ni合金系釺料基礎上引入微量元素Ge、Hf，既降低了釺料熔化溫度，有助於避免焊接中鋁母材的燒損，又同時提高了釺料的強度和塑性，有助於改善釺焊接頭的力學性能，而釺料塑性的改善又可使產品生產效率得以提高。
文檔編號B23K35/40GK102935558SQ201210511288
公開日2013年2月20日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者龍偉民, 黃俊蘭, 鮑麗, 鍾素娟, 沈元勳, 孫華為, 朱坤, 張強, 程亞芳, 潘建軍, 黃成志 申請人:鄭州機械研究所