专利名称：新型中温铝钎焊丝的制作方法
技术领域：
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-A1F3钎剂，用于铝-铝或铝-铜的(钎)焊接，属于金属材料类的焊接材料。
背景技术：
目前，在五金行业、家电行业、制冷行业，由于铜的使用量巨大，电解铜 价格的上扬，使得家电行业电冰箱、空调器行业零部件、整机制造厂商"以铝 代铜"的需求随着、家电行业"产能过剩"的加剧和"产品价格战"的不断升 级，越来越迫切；而在中小变压器行业，"以铝代铜"也已经付诸实施。此外， 在汽车行业，采用含镁的高强铝合金，制造全铝结构零部件，以替代铜质结 构，也是全世界制造业内的"热点"之一，但是，含镁的高强铝合金的焊接难 题越来越多，"迫切"需要研发新的焊接材料去解决。
由于铝的热交换效果与铜非常接近，铝材强度等加工性能也有了很大的改 进，所以铝替代铜已经成为了可能，铝在空调管中的使用首先在空调内外机的 连接管上实现，铜-铝-铜复合结构空调器连接管，在国内空调器行业中第一次 实现制冷管路系统零部件的铝代铜。铜铝组合式空调器连机管铝管部分表面经 过防腐处理后，既达到了铜制空调连机管的质量，又提高了抗弯性、减轻了产 品重量、并大幅度的降低了产品价格。
近年来，在国内外汽车空调、汽车散热器的发展过程中，许多成功的经 验、失败的教训，对高强度铝合金焊接的困难和需求，已经引起了相关领域技 术人员与企业家的重视。汽车空调系统运行条件远比家用空调恶劣，在汽车空 调中，高效紧凑的换热器(平行流式，层叠式)的采用；汽车空调系统中从压縮 机、换热器、阀体到管路基本上全部采用铝材，这就要求铝合金强度足够高， 重量亦轻，耐腐蚀性能好，因此，为满足上述要求而研发、采用的新型铝合金 的焊接问题，同时也成了制约新型铝合金材料、新型铝合金结构应用的"关键 技术"之一，本项发明的目的，就是试图从采用新型焊接材料的角度，寻找解 决上述焊接"关键技术"的途径。
虽然近几年，韩国、美国、德国相继研发出了 "铜-铝、铝-铝钎焊用药芯焊丝"并进入了中国市场，但是并未受到用户的普遍欢迎，其中的原因， 一方 面除了价格昂贵之外，主要是技术上仍有许多不足之处。其中，主要缺点是 1)钎料熔点偏低(一般只有380。C 42(TC); 2)润湿性、渗透性较差。
针对上述不足，研究发现，在Zn-Al合金中，加入微量的Ag、 Si、 Li既可 以显著提高Zn-Al合金的熔点、又可以显著改善Zn-Al合金的在高强度铝合金 表面的润湿性、渗透性。此外还可以提高Zn-Al合金钎(焊)缝的力学性能， 特别是在钎焊铜-铝合金时，在铜-铝合金上的润湿性、渗透性较以Zn-Al合金 为主要成分的药芯焊丝有显著的改善。因此，本项发明的实现，既可以适用于 铝-铝结构件的焊接，又可以用于铜-铝结构的焊接，从而满足我国家电行业、 制冷行业以及其它相关行业新产品、新结构对焊接技术的需要。
发明内容
本项发明的目的是提供一种钎焊合金的熔点在48(TC-50(TC左右、在高强度 铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能良 好，既可以适用于铝-铝结构件的焊接，又可以用于铜-铝结构的焊接的新型中 温(500'C左右)铝钎焊料。
为此，本项发明的一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，属于金属材料 类的焊接材料。其化学成分按质量百分数是0.001°/ ^1.5%的Sr， 0.001%~6.5% 的Ag， 0,01%~7.0%的Si， 0.001%~0.1%的Li, 35.0%~95.0%的Zn，余量为Al 的新型中温铝钎焊丝，即满足了上述要求。
本发明的"新型中温铝钎焊丝"，采用市售的锌锭、铝锭、银锭、金属 Li、工业硅、铝锶合金，采用常规冶炼方式，按设计成分配比，冶炼时加入经 优化筛选确定的"覆盖剂"或采用"惰性气体"保护进行冶炼、浇铸，可得到 棒材。通过挤压、拉拔，即得到丝材，也可加入钎焊剂，制成"药芯焊丝"。 本发明产品的熔点在480'C-500'C左右，可配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-A1F3 钎剂，用于铝-铝结构件以及铜"铝结构件的(钎)焊接。
为了达到改进现有Zn-Al合金钎料熔点偏低(一般只有380'C 42(TC)、 润湿性、渗透性较差的不足，经过大量"筛选试验"，最后确定了加入微量的 Ag、 Si、 Li用以提高Zn-Al合金的熔点、同时又起到改善Zn-Al合金的在高强 度铝合金表面的润湿性、渗透性的目的，同时还可以提高Zn-Al合金钎(焊)缝的力学性能，特别是达到在钎焊铜-铝合金时，在铜-铝合金上的润湿性、渗 透性较以Zn-Al合金为主要成分的药芯焊丝有显著的改善的目的。经过"成分 优化"和试验分析，确定了 "新型中温铝钎焊丝"成分按本权利要求书的质量 百分数配比。
四
图1: Zn-Al合金的金相显微组织(含95.0%Zn、余量为Al的铝钎焊丝钎 (焊)缝显微组织(400X))。 图2:含0.03%Sr, 3.0%Ag， 1.5%Si， 0.02%Li， 75.0%Zn，余量为Al的铝 钎焊丝钎(焊)缝显微组织(400X)。与含95.0。/。Zn、余量为Al的铝钎焊丝钎 (焊)缝显微组织相比，"新型中温铝钎焊丝"钎(焊)缝显微组织晶粒明显 细化。
五、具体实施方案
本项发明主要解决了以下关键性问题
1) 添加微量合金元素Ag、 Si、 Li用以提高Zn-Al合金的熔点。由于国内外相 继研发出的"铜-铝、铝-铝钎焊用药芯焊丝"其熔点一般均在380'C 42(TC， 个别的熔点可以达到450°C 460°C，但是，与市售的CsF-AlF3钎剂或KF-A1F3 钎剂相比，仍然偏低。文献资料表明，市售CsF-AlF3钎剂的熔化温度不低于 480°C, KF-A1F3钎剂熔化温度不低于577°C。从钎焊的基本原理上考虑，分别 选用CsF-AlF3钎剂或KF-A1F3钎剂时，相应钎料的熔化温度应该分别在》480 °C、》577'C最合适。本发明通过调节Zn、 Al以及Ag、 Si、 Li的含量，可以使
"新型中温铝钎焊丝"的熔点分别达到500'C、 600'C，以使"新型中温铝钎焊 丝"分别与CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂达到"最佳匹配"的效果。
2) 经过10组约150个合金配方试验研究发现，加入微量的Ag、 Si、 Li在提高 Zn-Al合金的熔点的同时，还具有改善Zn-Al合金的在高强度铝合金表面以及 铜-铝结构件上的润湿性、渗透性的作用，特别是在将本发明的"新型中温铝钎 焊丝"配合CsF-AlF3钎剂或KF-A1F3钎剂，分别在500°C、 600。C焊接铜-铝结 构件时，Ag、 Si、 Li元素的加入对改善"新型中温铝钎焊丝"在铜-铝间的渗 透性能非常显著。但是，Ag、 Si、 Li的加入量必须严格控制，Ag、 Li的最低 量可以低至0.001%，但是最高量分别为6.5%、 0.1% 。而Si的最低量却只能低至0.01%，但是最高量不能超过7.0%。
3)试验发现，"新型中温铝钎焊丝"在优化的成分范围内，加工性能较差，特 别是在"拉拔"过程中容易出现"断丝"现象。因此，经过试验发现，加入一 定量的Sr元素，可以减少甚至避免"断丝"现象的发生。试验发现，Sr的加入 量应该控制在0.001%~1.5%的范围最佳。 与以往研究相比，本发明的创造性在于
一、 研究发现并证明了Ag、 Si、 Li元素共同作用不仅可以提高Zn-Al合金 的熔点，而且还可以改善"新型中温铝钎焊丝"在高强度铝合金表面以及铜-铝 结构件上的润湿性、渗透性的作用。同时针对添加元素Ag、 Si、 Li所导致的 Zn-Al合金显微组织的细化问题进行了深入、细致的研究，从而得到了一种新 型的、具有优良性能的"新型中温铝钎焊丝"，为满足高强度铝合金、铜-铝结 构件焊接的需要提供了一种新型的中温焊接材料。
需要特别揖出的是，研究发现冶炼时加入的"工业硅"，必须满足GB/T 2881-2008《工业硅》中的"一级或特级"品，以保证工业硅中带入的Fe、 Ca 杂质的量不影响本发明"新型中温铝钎焊丝"的性能。粒度应该在10目 60 目范围，以保证加入时Si被氧化成Si02的量尽可能少，从而保证本发明"新型 中温铝钎焊丝"的性能。
二、 钎(焊)缝的抗拉强度由(三组数据平均计算)60 MPa提高到95 Mpa;钎(焊)缝弯曲试验，试件弯曲度达180°后无裂纹；钎(焊)缝在水压 试验中最大承受压力可达到21 MPa (在铝管部位开裂)。通过对显微组织观 察，发现加入了 Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al合金钎(焊)缝显微组织明显细化
(参见图1和图2)。由《金属学》"细晶强化"的知识可知，Sr、 Ag、 Si、 Li 加入到Zn-Al合金中后，钎(焊)缝力学性能提高的原因是显微组织明显细化 的缘故。
根据本发明的"新型中温铝钎焊丝"的质量配方比，叙述本发明的具体实 施方式。 实滩例一
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.00P/o的Sr, 3.5。/o的Ag， 2.0%的Si， 0.1%的Li， 75.0%的Zn，余量为Al。 上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、滲透性优良、钎(焊)
缝的力学性能优良。
实施例二
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.010/o的Sr， 6.5。/o的Ag, 3.0%的Si， 0.001%的Li， 65.0%的Zn，余量为Al。 上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。 实施例三
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 1.5。/o的Sr， 0.00P/o的Ag， 7.(T/o的Si， 0.1%的Li， 55.0%的Zn，余量为Al。 上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。 实施例四
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.5。/o的Sr， 0.1。/o的Ag, 0.01M的Si， 0.1。/o的Li， 95.0%的Zn，余量为Al。 上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。 实施例五
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 1.2。/o的Sr， 5.Qo/o的Ag， 5.5%的Si， 0.1。/o的Li， 35.0%的Zn，余量为Al。 上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。 实施例六
—种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 1.0。/o的Sr， 6.Qo/o的Ag， 5.5。/o的Si， 0.1°/0的Li, 45.0%的Zn，余量为Al。 上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)
缝的力学性能优良。
实施例七
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.3。/o的Sr， 4.0。/o的Ag， 2.5%的Si， 0.01%的Li， 85.0%的Zn,余量为A1。 上述成分配比獰到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。 实施例八
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.S。/o的Sr， 2.0。/o的Ag， 2.2。/o的Si， 0.03%的Li， 70.0%的Zn，余量为Al。 上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。 实施例九
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.05。/o的Sr， 0.0P/。的Ag， 2.2%的Si， 0.03%的Li， 74.0%的Zn,余量为Al。 上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。 实施例十
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.05%的Sr， 0.001%的Ag， 0.02%的Si, 0.01%的Li， 64.0%的Zn，余量为 Al。上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售。5 -^&钎剂或^-A1F3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎
(焊)缝的力学性能优良。 实]^十一
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 1.5。/o的Sr， 0."/o的Ag， 3.00/o的Si， O.OPZo的Li， 60.0%的Zn，余量为Al。上 述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-A1F3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)
缝的力学性能优良。
实施例十二
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.2%的Sr， 0.1%的Ag， 3.0%的Si， 0.01%的Li， 88.0%的Zn，余量为Al。上 述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-A1F3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。 实施例十三
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.2%的Sr， 0.1%的Ag， 2.0%的Si， 0.01%的Li， 83.0%的Zn，余量为Al。上 述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-A1F3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。 实施例十四
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.1%的Sr， 0.01%的Ag， 0.01%的Si， 0遍％的Li， 84.0%的Zn，余量为Al。 上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF，AlF3钎剂或KF-AlF3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。 实施例十五
一种含Sr、 Ag、 Si、 Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是 0.1%的Sr， 0.01%的Ag， 0.01%的Si， 0.001%的Li， 74.5%的Zn，余量为Al。 上述成分配比得到的"新型中温铝钎焊丝"，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3 钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊) 缝的力学性能优良。
权利要求
1、一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，属于金属材料类的焊接材料。其化学成分按质量百分数是0.001％～1.5％的Sr，0.001％～6.5％的Ag，0.01％～7.0％的Si，0.001％～0.1％的Li，35.0％～95.0％的Zn，余量为Al。
全文摘要
一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，属于金属材料类的焊接材料。其化学成分按质量百分数是0.001％～1.5％的Sr，0.001％～6.5％的Ag，0.01％～7.0％的Si，0.001％～0.1％的Li，35.0％～95.0％的Zn，余量为Al。使用市售的锌锭、铝锭、银锭、金属Li、工业硅、铝锶合金，采用常规冶炼方式按设计成分配比，冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”或采用“惰性气体”保护冶炼、浇铸，可得到棒材。通过挤压、拉拔，即得到丝材，加入钎焊剂，可制成“药芯焊丝”。本发明产品可配合市售CsF-AlF<sub>3</sub>钎剂或KF-AlF<sub>3</sub>钎剂，用于铝-铝结构件以及铜-铝结构件的(钎)焊接。
文档编号B23K35/28GK101554687SQ20091009879
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者王水庆 申请人:浙江新锐焊接材料有限公司