[发明专利]一种中温高强度铝合金粉末钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金钎焊材料，尤其涉及一种中温高强度铝合金粉末钎料及其制备方法。

背景技术

铝合金具有比强度高、耐蚀性好、易成型，并具有良好导电导热性等优良特性，广泛应用于航空航天、船舶、电力输送、石化、汽车、电子等领域。钎焊具有钎焊件变形小、钎焊缝成形美观等优点，是铝合金连接最常用的方法之一。

铝合金钎焊使用最广泛的钎料为Al-Si系钎料，它以Al-Si共晶成分(Al-12.6Si)为基础，该共晶合金具有良好的润湿性、流动性、钎焊接头的抗蚀性和可加工性，且钎焊接头强度较高。但Al-Si系钎料熔点较高(Al-Si共晶温度为577℃)，钎焊温度多在600～605℃，无法满足许多固相线温度较低的铝合金的钎焊要求。另外，过高的钎焊温度极易造成铝合金母材发生过烧、溶蚀等现象，从而降低钎焊接头的性能。因此，研究开发熔点较低、强度较高，且具有一定抗蚀性的铝合金钎料是铝合金钎焊发展的必然。钎料熔点的降低，拓宽了钎焊在铝合金连接上的应用，降低了钎焊的温度，有效提高了钎焊的可控性，同时也可以降低能源消耗，提高钎焊生产效率和降低生产成本。

相对于纯铝、3A21等铝合金，6系列可热处理强化铝合金具有更高的强度指标，应用越来越广泛。由于这类可热处理强化铝合金焊接以后通常都要进行固溶和时效强化以获得高力学性能，所以这类铝合金的钎焊温度在不低于其固溶温度的前提下要尽可能的低，避免钎焊时铝合金母材的溶蚀和晶粒长大，以保证获得良好性能的钎焊接头。

6063和6061铝合金是应用最广泛的两种6系列可热处理强化铝合金，6063铝合金较佳的固溶处理温度为515～525℃，6061为515～540℃。目前铝合金钎焊使用最广泛的Al-Si系钎料钎焊温度多在600～605℃，与6063和6061铝合金的固相线接近(6063铝合金固相线为615℃，6061为593℃)，极易造成6063和6061铝合金母材的晶粒长大，也易使铝合金母材向钎料熔化造成溶蚀缺陷，影响钎焊接头的性能，所以Al-Si系钎料无法满足6063和6061铝合金的钎焊要求。

现有的其他Al-Si-Cu系和Al-Si-Mg系铝合金钎料，也无法满足6063和6061铝合金的钎焊要求，如典型的Al-Si-Cu系钎料BAl67CuSi的熔化温度范围为525～535℃，Cu含量为27～29wt.％，过多的Cu含量使材料变脆及钎焊时出现对母材的溶蚀，很难得到性能优良的钎焊接头。

因此，目前铝合金连接材料领域亟待解决的技术问题之一就是要研究开发具有合适的熔点、优良的钎焊工艺性能和钎焊接头性能的高强度铝合金中温钎料，实现在合适温度下钎焊6063、6061等可热处理强化铝合金产品，钎焊后产品进行固溶时效强化处理，保证固溶强化过程中钎焊产品所有钎缝保持稳定而不熔化，满足产品的强度等性能要求。

发明内容

本发明提供一种组织细小、成分均匀、熔化区间窄、具有较高的抗拉强度及很好的润湿性的铝合金粉末钎料。

一种中温高强度铝合金粉末钎料，按重量百分比计，原料组成为：6.0～8.5％Si、10.0～12.0％Cu、3.0～4.0％Ge、3.0～4.0％Ni、0.5～0.8％La，其余为Al。

已有的研究表明，在Al-Si系钎料中添加Cu可较大幅度降低Al-Si系钎料的熔点，如添加了20wt.％Cu的Al-9.6Si-20Cu的熔化温度范围为522～536℃，但Cu加入量多会使材料变脆及钎焊时出现对母材的溶蚀，很难得到性能优良的钎焊接头；添加少量的Ni可以在一定程度上降低钎料的熔点，如添加了3.3wt.％Ni的Al-10Si-20Cu-3.3Ni的熔化温度范围为491.7～535.8℃，更重要的是Ni取代一部分的Cu，减少Cu对钎料塑性的破坏，降低脆性，提高钎焊接头强度；添加Ge，可显著降低钎料的熔点，如添加了10wt.％Ge的Al-Si-20Cu-10Ge的熔化温度范围为408～478℃，但是Ge价格昂贵，加入量过多，大大增加了钎料的成本，同时也降低了钎焊接头强度。

本发明选择Al-Si-Cu-Ge-Ni-La合金体系，通过加入少量的Ge，大幅度降低钎料中的Cu含量，在降低熔点的同时保证钎料钎焊铝合金时可以得到足够强度的钎焊接头。另外，加入少量的Ge，大幅度降低钎料中Cu含量的同时还可以显著提高钎焊接头的耐蚀性能。加入少量的稀土元素La作为有效的变质剂，细化钎料组织，改善钎料的流动性，提高钎焊接头性能。