[发明专利]一种Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于铝及铝合金的钎焊材料领域，涉及一种用于铝及铝合金钎焊的Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料及其制备方法。

背景技术

铝及铝合金由于密度小，热导率和电导率高（仅列于Ag、Cu、Au之后），强度高，耐蚀性好，在近代工业材料中占有其独特的地位。随着铝及铝合金越来越广泛的应用，人们也更多的关注铝及铝合金的连接问题。钎焊作为一种材料精密连接方法，具有加热温度较低，母材不融化，对母材的组织和性能影响较小，结构变形小，生产效率高，接头美观等优点，在航空航天领域、工业生产中发挥着巨大的作用。然而与其它金属材料相比，铝及铝合金钎焊难度较大，一个很重要的原因就是常用铝基钎料和铝及铝合金熔化温度接近，从而极易造成母材过烧软化。

Al-Si钎料因其具有良好的润湿性、流动性、钎焊性、 强度和母材色泽一致性、抗腐蚀性都极佳，使得这一钎料成为目前使用最广泛的铝合金硬钎焊用钎料。但是该钎料由于熔点较高（液相线温度为577℃），从而在低熔点铝合金的钎焊使用中受到限制。

目前，国内外对低熔点铝基钎料进行着大量的研究，其中研究较多的有Al-Si-Cu系、Al-Ag-Cu系、Al-Si-Ge系等合金体系，但大都存在相应的问题，而未成为一种普遍被采用的钎料。如S.Y. Chang等人研制的Al-9.6Si-20Cu 钎料虽然流动性相对Al-Si显著增加，但生成的金属化合物CuAl₂脆性较大使得钎料性能恶化，同时加工工艺性能差，很难加工成丝或箔状；北京航空航天大学的于文花等也研究了一系列的Al-Si-Cu-Ni系钎料，由于Ni元素的加入钎料性能有所改善，但加工工艺性能依然很差；哈尔滨焊接研究所的薛松柏等人研究的Al-Ag-Cu系虽然能使钎料的熔点降低到500℃左右，但由于Ag的含量太高，导致成本太高，同时加工工艺性能太差；日本茅本隆司等人研究的Al-Si-Ge系也存在相应的问题，Ge含量高，加工性能更差；近年来北京工业大学张福礼等人向Al-Si-Ge系中加Cu，组成Al-Si-Ge-Cu系，以此来降低Ge的含量来降低成本，但由于Cu的加入，钎料中引入Al₂Cu金属间化合物，加工工艺性依然很差。

因此，研制一种熔点低（500℃左右）、成本低、加工工艺性能好、接头综合性能优良的钎料成为急切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是研制一种成本相对较低，加工工艺性能好，熔点低（500℃左右），综合性能优良的新型低熔点铝基钎料，来解决钎料加工工艺性差、钎焊过程中母材易被过烧（尤其火焰钎焊）、低熔点铝合金难钎焊的问题。

本发明是通过以下措施实现的：

在纯Al中同时添加多种元素Si、Zn、Ge、Ni、Sr组成Al-Si-Zn-Ge系多元合金。加Zn的主要目的是增加钎料的加工工艺性、润湿性和流动性，更重要的是Zn的加入显著降低了Ge的含量，降低了成本；加Ge的主要目的是降低钎料的熔点；加Ni的主要目的是提高钎料的抗腐蚀性能，加Sr的主要目的是对钎料进行变质处理，细化晶粒，提高钎料的强度和改善钎料的塑性。

该钎料的成分质量比为：Si 4~8%、Zn 18~28%、Ge 8~25%、Ni 0~3%、Sr 0.01~0.05%，余量为Al。

本发明提出的Al-Si-Zn-Ge系低熔点铝基钎料的制备方法步骤如下：

（1）根据用料配比称取金属原料；

（2）在在NaCl和KCl的熔盐保护下熔炼Al-Si中间合金液，加入Ge得中间合金，在一定条件下再分别加入Zn得到Al-Si-Zn-Ge合金；

（3）加入Ni、Sr进行球化处理；

（4）保温30分钟，每10分钟搅拌一次，保证钎料合金成分均匀。

（5）浇注成锭，经轧制、拉拔后制成箔片和丝。

有益效果：

（1）本发明钎料的熔点为490℃~510℃，可以钎焊固相线温度在500℃以上的几乎所有铝合金，适用范围广泛。

（2）本发明钎料，配合AlF₃-CsF钎剂，0.1g钎料的铺展面积平均大于500mm²，钎料的流动性好，钎缝成形好。

（3）钎料具有良好的机械加工性能，很容易制备成钎料箔或钎料丝。 

（4）该钎料钎焊铝及铝合金，获得钎焊接头的强度接近Al-Si钎料的使用效果。

具体实施方式