专利名称：铝合金及铝基复合材料的自钎钎料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于铝合金及铝基复合材料的中温、高强、无钎剂钎焊材料的配方及其制备方法。
背景技术：
目前，用于铝合金及复合材料的钎料有以下几种(1)Sn-Zn系、Sn-Pb系、Sn-Zn-Cd系(这三种钎料的熔点在150～260℃之间)，其缺点是钎料的强度较低，耐蚀性较差，用其钎焊后，接头的力学性能不佳(2)Zn-Cd系、Zn-Sn系(这两种钎料的熔点在260～370℃之间)，其缺点是，钎料中含有有毒性元素Cd，造成环境污染，并危害钎料制备人员和钎料使用者的健康，同时钎料的耐蚀性一般，对母材的影响较大；(3)Zn-Al系、Zn-Al-Cu系(这两种钎料的熔点在370～450℃之间，目前已公开的Zn-Al系和Zn-Al-Cu系钎料主要有以下几种Zn72Al28、Zn95Al5、Zn93Ag4.5Al2.5、Z65Al20Cul5，其优点是钎料强度较高，耐蚀性能好，并对母材的影响较小，但是由于这些钎料中的Zn元素含量较高，Zn的当量系数也较高，钎料中易形成一些脆性金属间化合物，并且Zn含量太高，易导致钎焊过程中在界面处发生溶蚀现象，降低了接头的整体力学性能。在钎料制备方面，由于Zn较脆，很难用拉丝的方法制成常用的丝状钎料，必须采用铸造的方法铸成棒状钎料，但须预制模具，铸造工艺比较复杂，铸造生产率低，在铸造过程中钎料液在模具内的流动性较差，成品率较低，因而制备成本较高，铸后的钎料表面光洁度较低，钎料表面经常附有毛刺，外观不美观，同时，由于Si的熔点较高，而Cu、Ni、Mn等合金元素在Zn合金液中的溶解度较低，因而这些元素极难加入合金液中，现有的钎料制备技术尚未完全解决上述问题，从而阻碍了钎料技术的研制和发展。
发明内容
本发明针对上述问题提供一种可以提高合金的整体力学及机械性能的铝合金及铝基复合材料的自钎钎料及制备方法，其目的是这样实现的铝合金及铝基复合材料的自钎钎料，它由Zn、Al、Cu、Mg、Ag、Si、Mn、Ni和稀土组成，各组份按重量配比分别为Zn80.6～93.71％、Al3.3～8.0％、Cu2.0～5.0％、Mg0.4～1.5％、Ag0.2～1.5％、Si0.1～1.0％、Mn0.2～2.0％、Ni0.08～0.3％，稀土0.01～0.1％，铝合金及铝基复合材料的自钎钎料的制备方法为a、将占钎料总重量3.3～8.0％的Al块放入坩埚内，然后将坩埚置于加热温度为650～800℃的加热炉内，待Al完全熔化后放入占钎料总重量0.1～1.0％的结晶Si块，保温10～20分钟，得Al-Si中间合金液；b、将占钎料总重量2.0～5.0％的Cu、0.2～2.0％的Mn、0.08～0.3％的Ni加入到Al-Si中间合金液中，将加热炉的温度升高至700～900℃，待各合金充分熔化后浇涛成块状，得Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金；c、将占钎料总重量80.6～93.71％的Zn块放入坩埚内，然后将坩埚置于加热炉内，加热炉温度为650～800℃，待Zn块完全熔化后，将Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金加入到Zn液中，并将加热炉温度升高至650～900℃，待Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金完全熔化后，加入占钎料总重量0.2～1.5％的Ag，待Ag完全熔化后，加入占钎料总重量0.4～1.5％的Mg和0.01～0.1％的稀土；d、将所得溶液浇铸成铸锭，即为铝合金及铝基复合材料的自钎钎料。本发明的优点在于本钎料的熔点较低常用的铝用钎料-铝硅钎料的熔点为520～590℃，而本发明钎料的熔点为381～390℃，钎料的熔点大大降低；钎焊过程中不需要使用钎剂，而常用的铝用钎料-铝硅钎料在焊接前必须用钎剂以去除铝表面的氧化膜；对铝合金及其复合材料的润湿性能佳，该钎料在铝板表面的润湿角为19°；可获得高强度的接头，采用该钎料焊接的铝板，其接头强度可达到160MPa，而采用铝硅钎料钎焊铝板后接头的强度为120MPa左右；钎焊后，接头的抗腐蚀性能较佳；该钎料的适用面较广，可用于纯铝、热处理铝合金、铸铝、锻铝、防锈铝、硬铝、超硬铝、高强铝合金、铝-锂合金、铝基复合材料、纯铜、铜合金及铝-铜异种材料的钎焊；钎料制造工艺简单、成本较低，便于大规模、大批量生产；该制备方法解决了高熔点、难熔合金在Zn合金液中的加入难题，接头形式为对接、搭接、丁字接头、管-管接头、管-板接头、板-板接头等。
具体实施例方式
一本实施方式中铝合金及铝基复合材料的自钎钎料由Zn、Al、Cu、Mg、Ag、Si、Mn、Ni和稀土组成，各组份按重量配比分别为Zn80.6～93.71％、Al3.3～8.0％、Cu2.0～5.0％、Mg0.4～1.5％、Ag0.2～1.5％、Si0.1～1.0％、Mn0.2～2.0％、Ni0.08～0.3％，稀土0.01～0.1％，铝合金及铝基复合材料的自钎钎料的制备方法为a、将占钎料总重量3.3～8.0％的Al块放入坩埚内，然后将坩埚置于加热温度为650～800℃的加热炉内，待Al完全熔化后放入占钎料总重量0.1～1.0％的结晶Si块，保温10～20分钟，得Al-Si中间合金液；b、将占钎料总重量2.0～5.0％的Cu、0.2～2.0％的Mn、0.08～0.3％的Ni加入到Al-Si中间合金液中，将加热炉的温度升高至700～900℃，待各合金充分熔化后浇涛成块状，得Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金；c、将占钎料总重量80.6～93.71％的Zn块放入坩埚内，然后将坩埚置于加热炉内，加热炉温度为650～800℃，待Zn块完全熔化后，将Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金加入到Zn液中，并将加热炉温度升高至650～900℃，待Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金完全熔化后，加入占钎料总重量02～1.5％的Ag，待Ag完全熔化后，加入占钎料总重量0.4～1.5％的Mg和0.01～0.1％的稀土；d、将所得溶液浇铸成铸锭，即为铝合金及铝基复合材料的自钎钎料。
具体实施例方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是，铝合金及铝基复合材料的自钎钎料的制备方法为a、将占钎料总重量3.3～8.0％的Al块放入坩埚内，然后将坩埚置于加热温度为750℃的加热炉内，待Al完全熔化后放入占钎料总重量0.1～1.0％的结晶Si块，保温15分钟，得Al-Si中间合金液；b、将占钎料总重量2.0～5.0％的Cu、0.2～2.0％的Mn、0.08～0.3％的Ni加入到Al-Si中间合金液中，将加热炉的温度升高至800℃，待各合金充分熔化后浇涛成块状，得Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金；c、将占钎料总重量80.6～93.71％的Zn块放入坩埚内，然后将坩埚置于加热炉内，加热炉温度为710℃，待Zn块完全熔化后，将Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金加入到Zn液中，并将加热炉温度升高至770℃，待Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金完全熔化后，加入占钎料总重量0.2～1.5％的Ag，待Ag完全熔化后，加入占钎料总重量0.4～1.5％的Mg和0.01～0.1％的稀土；d、将所得溶液浇铸成铸锭，即为铝合金及铝基复合材料的自钎钎料。
具体实施例方式
三本实施方式与具体实施方式
一、二不同的是，将铸锭加工成直径为40～60mm、长40～60mm的棒状后，在100～220℃条件下预热，然后在195～225℃条件下进行热挤压，根据挤压次数的不同，可制造出直径为1.0～5.0mm的丝状铝合金及铝基复合材料的自钎钎料。
具体实施例方式
四本实施方式与具体实施方式
三不同的是，将铸锭加工成直径为50mm、长50mm的棒状后在150℃条件下预热，然后在200～220℃条件下进行热挤压，挤压温度控制精度为±5℃，根据挤压次数的不同，可制造出直径为1.0～5.0mm的丝状铝合金及铝基复合材料的自钎钎料。
权利要求
1.一种铝合金及铝基复合材料的自钎钎料，其特征在于它由Zn、Al、Cu、Mg、Ag、Si、Mn、Ni和稀土组成，各组份按重量配比分别为Zn80.6～93.71％、Al3.3～8.0％、Cu2.0～5.0％、Mg0.4～1.5％、Ag0.2～1.5％、Si0.1～1.0％、Mn0.2～2.0％、Ni0.08～0.3％，稀土0.01～0.1％。
2.一种铝合金及铝基复合材料的自钎钎料的制备方法，其特征在于a、将占钎料总重量3.3～8.0％的Al块放入坩埚内，然后将坩埚置于加热温度为650～800℃的加热炉内，待Al完全熔化后放入占钎料总重量0.1～1.0％的结晶Si块，保温10～20分钟，得Al-Si中间合金液；b、将占钎料总重量2.0～5.0％的Cu、0.2～2.0％的Mn、0.08～0.3％的Ni加入到Al-Si中间合金液中，将加热炉的温度升高至700～900℃，待各合金充分熔化后浇涛成块状，得Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金；c、将占钎料总重量80.6～93.71％的Zn块放入坩埚内，然后将坩埚置于加热炉内，加热炉温度为650～800℃，待Zn块完全熔化后，将Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金加入到Zn液中，并将加热炉温度升高至650～900℃，待Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金完全熔化后，加入占钎料总重量0.2～1.5％的Ag，待Ag完全熔化后，加入占钎料总重量0.4～1.5％的Mg和0.01～0.1％的稀土；d、将所得溶液浇铸成铸锭，即为铝合金及铝基复合材料的自钎钎料。
3.根据权利要求2所述的铝合金及铝基复合材料的自钎钎料的制备方法，其特征在于a、将占钎料总重量3.3～8.0％的Al块放入坩埚内，然后将坩埚置于加热温度为750℃的加热炉内，待Al完全熔化后放入占钎料总重量0.1～1.0％的结晶Si块，保温15分钟，得Al-Si中间合金液；b、将占钎料总重量2.0～5.0％的Cu、0.2～2.0％的Mn、0.08～0.3％的Ni加入到Al-Si中间合金液中，将加热炉的温度升高至800℃，待各合金充分熔化后浇涛成块状，得Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金；c、将占钎料总重量80.6～93.71％的Zn块放入坩埚内，然后将坩埚置于加热炉内，加热炉温度为710℃，待Zn块完全熔化后，将Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金加入到Zn液中，并将加热炉温度升高至770℃，待Al-Si-Cu-Mn-Ni中间合金完全熔化后，加入占钎料总重量0.2～1.5％的Ag，待Ag完全熔化后，加入占钎料总重量0.4～1.5％的Mg和0.01～0.1％的稀土；d、将所得溶液浇铸成铸锭，即为铝合金及铝基复合材料的自钎钎料。
4.根据权利要求2或3所述的铝合金及铝基复合材料的自钎钎料的制备方法，其特征在于将铸锭加工成直径为40～60mm、长40～60mm的棒状后，在100～220℃条件下预热，然后在195～225℃条件下进行热挤压，即得丝状铝合金及铝基复合材料的自钎钎料。
5.根据权利要求4所述的铝合金及铝基复合材料的自钎钎料的制备方法，其特征在于将铸锭加工成直径为50mm、长50mm的棒状后在150℃条件下预热，然后在200～220℃条件下进行热挤压，即得丝状铝合金及铝基复合材料的自钎钎料。
全文摘要
铝合金及铝基复合材料的自钎钎料及制备方法，它涉及一种中温、高强、无钎剂钎焊材料的配方及其制备方法。现有钎料存在强度低、耐蚀性差等问题，本发明的钎料由Zn、Al、Cu、Mg、Ag、Si、Mn、Ni和稀土组成，各组份按重量配比分别为Zn80.6～93.71％、Al3.3～8.0％、Cu2.0～5.0％、Mg0.4～1.5％、Ag0.2～1.5％、Si0.1～1.0％、Mn0.2～2.0％、Ni0.08～0.3％，稀土0.01～0.1％，本发明的制备方法为用Al和Si制Al－Si中间合金液，加入Cu、Mn、Ni得中间合金，在一定条件下分别加入Zn、Ag、Mg和稀土即得本发明的自钎钎料。本发明的产品具有成本低，制备方法工艺简单等优点，适合铝、铜及合金的中温、高强、自钎钎焊。
文档编号C22C18/00GK1413796SQ0213308
公开日2003年4月30日 申请日期2002年9月27日 优先权日2002年9月27日
发明者冯吉才, 钱钧, 吕世雄, 李卓然, 王大勇 申请人:哈尔滨工业大学, 哈尔滨工业大学万鑫科技发展有限公司