一种锌铝药皮钎料环及其制备方法、一种药皮钎料环的制备装置与流程

1.本发明涉及钎焊技术领域，具体而言，涉及一种锌铝药皮钎料环及其制备方法、一种药皮钎料环的制备装置。


背景技术：

2.钎料指钎焊时，用来形成焊缝的填充材料，常用的钎料有镍基钎料(如中国专利cn110468406a)、银基钎料(如中国专利cn111344105a)及锌铝钎料等。锌铝钎料是常用的中温铝钎料，多用于制冷行业中铜铝异种金属管路的钎焊，如冰箱压缩机管路、冷凝器管路。目前，常用锌铝钎料为zn98al02和zn95al05，该系列钎料中al元素含量≤5％；这是因为al元素含量超过5％后，该系列钎料的塑性急剧恶化，很难加工成直径≤0.8mm的细丝，且制环中易脆断或开裂，导致成品率较低或品质差。即便al元素含量≤5％，该系列钎料的加工性能仍较差，很难制成内径较小的锌铝钎料环，如内径≤5mm的钎料环，因此难以满足制冷行业中毛细制冷管路的多样化焊接需求。
3.锌铝药芯钎料是锌铝钎料的常见形态，多用于制冷管路中铜铝管的手工火焰钎焊；由于结构形态和制备技术的局限，药芯形态的锌铝钎料的内部钎剂不连续、易断芯；同时，内部断芯的药芯钎料从外观上很难被发现，常流入制冷管路的焊接，导致制冷管路焊接质量不稳定，甚至造成安全事故。
4.另外，现有锌铝钎料所匹配钎剂为无腐蚀铝钎剂，主成分为alf3、csf等；其中csf不但较贵，且与常规的粘结剂会反应，导致无腐蚀铝钎剂活性下降；难以找到其他规格或成本合适的粘结剂与无腐蚀铝钎剂搭配制备锌铝药皮状钎料。
5.为解决上述不足，亟需开发一种锌铝药皮钎料环，解决药芯钎料断芯、钎剂不连续的问题，同时克服锌铝钎料中al元素所导致的脆性和加工性能差等问题。
6.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

7.本发明的第一目的在于提供一种锌铝药皮钎料环，解决了现有技术中锌铝钎料内径大、加工性能差的缺陷，克服了铝元素含量对钎料塑性的影响，并得到了一种高铝含量、较小内径、高活性、高结合强度的环状锌铝药皮钎料。
8.本发明的第二目的在于提供一种所述的锌铝药皮钎料环的制备方法，该方法简单易行，成品率高，用时短，易于复现，适合批量化。
9.本发明的第三目的在于提供一种药皮钎料环的制备装置。
10.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
11.一种锌铝药皮钎料环，包括由内之外的内层、芯层和外层的三层环状结构；其中，
12.所述内层为纯锌；
13.所述芯层为锌铝合金，所述锌铝合金的分子式为zn
80
al
20
；
14.所述外层包括钎剂，所述钎剂包括氟化铷和氟化铝。
15.在本发明中内层的管状纯锌直接决定了钎料环整体的内径，当采用极低内径的纯锌管作为原料时，能够解决现有技术中无法制备得到内径≤5mm的钎料环的技术问题，满足了制冷行业中毛细制冷管路的多样化焊接需求；但是同样可以采用更高内径的纯锌管以满足其他场合或用途的需求。
16.在本发明中内层的纯锌在制备过程中会与芯层液态的锌铝合金合金化；在所述锌铝药皮钎料环中al元素含量大幅提高，在常规的锌铝钎料zn
98
al2和zn
95
al5中，al元素的含量分别为2％和5％；而本发明中由于采用纯锌作为内层支撑，使芯层可以采用al元素的含量为20％的zn
80
al
20
；对于钎料环整体而言，从重量份分布看，zn 75～85份，al 10～15份，因此al元素含量依旧远高于常规的锌铝钎料。本发明中所述锌铝药皮钎料环的al元素含量远高于常规锌铝钎料，具有优点如下：一是随着钎料中al元素含量增加，钎料的熔化温度提高，而钎料的熔化温度提高可以增加钎料与钎剂的匹配程度，显著改善钎料的润湿和填缝性能，从而提高焊接质量；二是al是锌铝钎料中的强化相，当al元素含量增加时，钎料的强度也随之增加，进而相应地提高接头的焊接强度。
17.优选地，所述锌铝药皮钎料环主要包括按质量份数计的如下组分：
18.zn 75～85份，al 10～15份，钎剂3～10份；
19.更优选地，zn 76～84份，al 12～14份，钎剂4～8份。
20.优选地，所述钎剂由所述氟化铷和所述氟化铝组成；所述氟化铷和所述氟化铝的质量比为(45～50)：(55～50)；
21.更优选地，所述氟化铷和所述氟化铝的质量比为48.4：51.6；
22.更优选地，所述钎剂为所述氟化铷和所述氟化铝的在486℃下的高温共晶组分。
23.优选地，所述外层还包括粘结剂，所述粘结剂主要包括乙醇和氢化松香醇；
24.更优选地，所述粘结剂与所述钎剂的质量比为5～10：1；
25.更优选地，所述乙醇和所述氢化松香醇的质量比为1～3：1；
26.进一步优选地，所述乙醇和所述氢化松香醇的质量比为2：1。
27.优选地，所述内层的外表面设置有螺纹；
28.优选地，所述内层和所述芯层之间也包括有一层所述钎剂和所述粘结剂的混合组分。
29.所述的锌铝药皮钎料环的制备方法，包括如下步骤：
30.(1)将钎剂与粘接剂充分混合，得到钎剂膏；
31.(2)在经预处理后的锌管的外表面加工螺纹，而后涂覆所述钎剂膏；
32.(3)将步骤(2)中的锌管依次浸没、穿过锌铝合金的溶液槽和钎剂膏槽，经烘干、切割后得到锌铝药皮钎料环。
33.优选地，在步骤(2)中，所述预处理包括：用细砂纸打磨所述锌管，和/或，用酒精清洁、烘干所述锌管。
34.优选地，在步骤(2)中，所述螺纹的深度为所述锌管的壁厚度的1/4～1/3；所述螺纹的螺距为0.8mm～1.2mm。
35.优选地，在步骤(3)中，当穿过所述锌铝溶液槽时，所述锌管的速度为15mm/s～20mm/s；
36.优选地，在步骤(3)中，当穿过所述钎剂膏槽时，所述锌管的速度为5mm/s～10mm/s。
37.优选地，在步骤(3)中，所述烘干采用热风烘干；
38.更优选地，所述热风的温度为50℃～80℃。
39.一种药皮钎料环的制备装置，包括依次连接的如下组件：
40.第一液槽、第二液槽和热风干燥装置，以及包覆在所述第一液槽外的加热装置。
41.优选地，所述第一液槽和所述第二液槽中设置有水平位置相同的进管口和出管口。
42.其中，所述第一液槽内设置有锌铝合金液，所述第二液槽内设置有钎剂和粘接剂的混合膏液，所述热风干燥装置用于快速烘干锌管，所述加热装置用于加热所述第一液槽内的合金液，使其持续处于液相状态下。
43.优选地，所述加热装置包括感应线圈、电炉、加热平台、盐浴炉的一种。
44.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
45.(1)本发明通过以较小内径的纯zn管为基体，将其浸入锌铝合金液，使二者合金化并形成较小内径的钎料管，解决了现有技术中锌铝钎料加工性能差，难以加工成低直径细丝的技术问题；本发明得到的锌铝药皮钎料环具有较高的成品率，不易开裂，脆性低，具有较高的品质。
46.(2)本发明的锌铝药皮钎料环同时具有al含量高和内径小的优势；与传统药芯钎料环相比，本发明的药皮钎料环不存在钎剂不连续、钎料润湿不良等问题。
47.(3)本发明通过在内层锌管的外表面额外涂覆一层钎剂膏，使外部药皮具有更高的粘接强度，进一步保障了成品率与成品质量。
48.(4)本发明利用氢化松香醇与乙醇的混合物做粘结剂，具有增强活性、绿色环保的优点；氢化松香醇通常作为铝钎焊用软钎剂，当其与乙醇混合并作为粘结剂时，不但不会影响无腐蚀铝钎剂的活性，还会增强钎剂的活性。
49.(5)本发明提供的制备方法简单易行，成品率高；本发明提供的制备装置结构简单，易于复现，适合批量化生产。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1为本发明提供的锌铝药皮钎料环的结构示意图；
52.图2为本发明提供的制备装置示意图；
53.图3为本发明实施例5所得的锌铝药皮钎料环的成品展示图；
54.图4为本发明对比例中脆断和开裂的实物效果图；
55.图5为本发明试验例中铜铝管件经焊接烘干后的实物形貌图，图5(a)为经对比例钎焊得到，图5(b)为经实施例5钎焊得到；
56.图6为本发明试验例中铜铝管件经焊接、锯开后的截面形貌图。
具体实施方式
57.下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
58.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
59.一种锌铝药皮钎料环，包括由内之外的内层、芯层和外层的三层环状结构；其中，
60.所述内层为纯锌；
61.所述芯层为锌铝合金，所述锌铝合金的分子式为zn
80
al
20
；
62.所述外层包括钎剂，所述钎剂包括氟化铷和氟化铝。
63.图1提供了一种可行的锌铝药皮钎料环的结构示意图。
64.作为一种优选的实施方式，所述锌铝药皮钎料环主要包括按质量份数计的如下组分：
65.zn 75～85份，al 10～15份，钎剂3～10份；
66.作为一种更优选的实施方式，各组分的质量份数包括但不限于：zn 75份、76份、77份、78份、79份、80份、81份、82份、83份、84份、85份；al 10份、11份、12份、13份、14份、15份；钎剂3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份。
67.作为一种优选的实施方式，所述钎剂由所述氟化铷和所述氟化铝组成，所述氟化铷和所述氟化铝的质量比包括但不限于45：55、46：54、47：53、48：52、49：51、50：50；
68.作为一种更优选的实施方式，所述氟化铷和所述氟化铝的质量比为48.4：51.6。
69.作为一种优选的实施方式，所述外层还包括粘结剂，所述粘结剂主要包括乙醇和氢化松香醇；
70.作为一种更优选的实施方式，所述粘结剂与所述钎剂的质量比包括但不限于5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、10：1。
71.作为一种更优选的实施方式，所述乙醇和所述氢化松香醇的质量比包括但不限于1：1、2：1、3：1。
72.所述的锌铝药皮钎料环的制备方法，包括如下步骤：
73.(1)将钎剂与粘接剂充分混合，得到钎剂膏；
74.(2)在经预处理后的锌管的外表面加工螺纹，而后涂覆所述钎剂膏；
75.(3)将步骤(2)中的锌管依次浸没、穿过锌铝合金的溶液槽和钎剂膏槽，经烘干、切割后得到锌铝药皮钎料环。
76.作为一种优选的实施方式，在步骤(2)中，所述螺纹的深度与所述锌管的壁厚度的比值包括但不限于0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65；所述螺纹的螺距包括但
不限于0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm。
77.作为一种优选的实施方式，在步骤(3)中，当穿过所述锌铝溶液槽时，所述锌管的速度为15mm/s、16mm/s、17mm/s、18mm/s、19mm/s、20mm/s。
78.作为一种优选的实施方式，在步骤(3)中，当穿过所述钎剂膏槽时，所述锌管的速度为5mm/s、6mm/s、7mm/s、8mm/s、9mm/s、10mm/s。
79.作为一种优选的实施方式，在步骤(3)中，所述烘干采用热风烘干，所述热风的温度包括但不限于50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃。
80.一种药皮钎料环的制备装置，包括依次连接的如下组件：
81.第一液槽、第二液槽和热风干燥装置，以及包覆在所述第一液槽外的加热装置。
82.图2提供了一种可行的制备装置示意图。
83.作为一种优选的实施方式，所述第一液槽和所述第二液槽中设置有水平位置相同的进管口和出管口。
84.其中，所述第一液槽内设置有锌铝合金液，所述第二液槽内设置有钎剂和粘接剂的混合膏液，所述热风干燥装置用于快速烘干锌管，所述加热装置用于加热所述第一液槽内的合金液，使其持续处于液相状态下。
85.本发明中还记载了所述药皮钎料环制备装置的使用方法，主要包括如下步骤：
86.(1)向第一液槽中倒入锌铝合金，开启加热装置，使所述铅铝合金熔化至液态；
87.(2)向第二液槽中倒入钎剂和粘接剂的混合膏液；和/或，分别向第二液槽中倒入钎剂和粘接剂，充分搅拌混合；
88.(3)将锌管浸没于所述第一液槽，并以一定速度横向穿过所述第一液槽；而后将锌管浸没于所述第二液槽，并以一定速度横向穿过所述第二液槽；
89.(4)开启热风干燥装置，烘干步骤(3)中的锌管，经切割等其他常规表面处理后得到所述药皮钎料环。
90.作为一种优选的实施方式，在步骤(3)前还包括：将所述锌管的表面涂覆一层钎剂和粘接剂的混合膏液。
91.实施例1
92.一)称取质量比为48.4:51.6的alf3和rbf，将二者均匀混合，并于486℃的共晶反应下经冷却、凝固、结晶制得钎剂；称取质量比为1:2的乙醇和氢化松香醇制得粘接剂；将钎剂和粘接剂以质量比1：10进行称量、搅拌混合并制成钎剂膏备用；
93.二)取内径5mm、壁厚为0.8mm的纯zn管，将其表面用细砂纸打磨、酒精清洗晾干后，加工一层外螺纹备用；外螺纹深度为管壁厚的1/4，螺距为0.8mm；
94.三)将步骤二)的纯zn管表面均匀刷涂一层步骤一)的钎剂膏，以20mm/s的速度穿过zn
80
al
20
溶液槽，得到钎料管；
95.四)再将步骤三)的钎料管以10mm/s的速度穿过钎剂膏槽，获得药皮钎料管；
96.五)打开热风装置，使步骤四)的药皮钎料管在50℃的热风下烘干，分切得到内径5mm的锌铝药皮钎料环；
97.对于锌铝药皮钎料环中各组分质量份数：zn 75份，al 10份，钎剂3份。
98.实施例2
99.与实施例1基本相同，区别仅在于：
100.步骤一)中钎剂和粘接剂的质量比为1:9；
101.步骤二)中纯zn管内径为6mm，壁厚为1.0mm，外螺纹深度为管壁厚的1/3，螺距为1.0mm；
102.步骤三)中的速度为18mm/s；
103.步骤四)中的速度为9mm/s；
104.步骤五)中的温度为60℃。
105.最终获得锌铝药皮钎料环内径为6mm；各组分质量份数：zn 76份，al 12份，钎剂4份。
106.实施例3
107.与实施例1基本相同，区别仅在于：
108.步骤一)中钎剂和粘接剂的质量比为1:8；
109.步骤二)中纯zn管内径为8mm，壁厚为1.2mm，外螺纹深度为管壁厚的1/4，螺距为1.2mm；
110.步骤三)中的速度为17mm/s；
111.步骤四)中的速度为8mm/s；
112.步骤五)中的温度为70℃。
113.最终获得锌铝药皮钎料环内径为8mm；各组分质量份数：zn 78份，al 13份，钎剂6份。
114.实施例4
115.与实施例1基本相同，区别仅在于：
116.步骤一)中钎剂和粘接剂的质量比为1:6；
117.步骤二)中纯zn管内径为9mm，壁厚为1.5mm，外螺纹深度为管壁厚的1/3，螺距为0.8mm；
118.步骤三)中的速度为16mm/s；
119.步骤四)中的速度为6mm/s；
120.步骤五)中的温度为75℃。
121.最终获得锌铝药皮钎料环内径为9mm；各组分质量份数：zn 80份，al 14份，钎剂8份。
122.实施例5
123.与实施例1基本相同，区别仅在于：
124.步骤一)中钎剂和粘接剂的质量比为1:5；
125.步骤二)中纯zn管内径为10mm，壁厚为2.0mm，外螺纹深度为管壁厚的1/4，螺距为1.0mm；
126.步骤三)中的速度为15mm/s；
127.步骤四)中的速度为5mm/s；
128.步骤五)中的温度为80℃。
129.最终获得锌铝药皮钎料环内径为10mm；各组分质量份数：zn 85份，al 15份，钎剂10份。
130.图3提供了本实施例制备所得的锌铝药皮钎料环的成品展示图。
131.对比例
132.一种药芯锌铝钎料，采用常见市售品的常规方法制备得到；
133.锌铝钎料的组分按配比配制20kg，各组分质量比与实施例5相同(zn：al：钎剂＝85：15：10)；经熔炼、挤压得到直径12mm的细丝，再辊轧、拉拔制成细丝；
134.由于钎料塑性差且加工硬化严重，当钎料丝拉拔至时，钎料丝脆断严重，剩余8.5kg，继续拉拔至时钎料丝剩余6.8kg，然后饶环切断、制成内径10mm的钎料环，最后得到的钎料环只有3.5kg。
135.图4给出了两例该过程中出现的脆断和开裂的实物效果图。
136.该过程需熔炼、挤压、滚轧、多道次拉拔及制环、切环等多个工序，用时约10h。
137.将实施例5与对比例的方法用时和成品率进行对比，结果如表1所示。
138.表1
[0139][0140]
试验例
[0141]
将实施例5制备得到的锌铝药皮钎料环和对比例制备得到的锌铝药芯钎料环，分别感应钎焊50个制冷行业用铜铝管件；并对钎焊后的管件成品做出如下质量测试：
[0142]
(1)向铜铝管件内打水压，测量管件气密性；
[0143]
(2)把管件锯开、磨金相，观察对比填缝率(即实际填缝长度/理论填缝长度)；
[0144]
(3)将铜铝管件制成标准件，在万能拉伸试验机上测试接头强度，对比两种钎料焊接质量稳定性。
[0145]
上述三项测试的结果如表2所示。
[0146]
表2
[0147][0148]
图5给出了铜铝管件经焊接烘干后的实物形貌图；其中，图5(a)为经对比例钎焊得到，图5(b)为经实施例5钎焊得到。
[0149]
图6给出了铜铝管件经焊接、锯开后的截面微观形貌图；其中，上图为实施例5钎焊得到，下图为对比例钎焊得到。在图6的下侧图中能明显观察到气孔和夹杂现象。
[0150]
从表2和图6可以看出，与锌铝药芯钎料环(对比例)相比，锌铝药皮钎料环(实施例5)的钎缝泄漏率低、填缝率高、接头强度较高，钎焊质量稳定性好。这是因为药皮钎料环中钎剂复合在表面，可以肉眼检测钎料质量，避免滥用无钎剂钎料进行焊接，降低不合格率。同样，药皮钎料环钎剂活性强，填缝性能好，钎缝中气孔、夹杂少，可在一定程度上改善管路焊接质量。
[0151]
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发
明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。