专利名称:空气热交换器用钎焊材料及钎剂的制作方法
本发明是关于空气热交换器用钎焊材料及钎剂，具体地说是一种含有Al、Sn元素的Zn基三元合金。
空气热交换器的散热管一般是用紫铜、青铜制造的，但也有用黑色金属制造的，黑色金属制造的散热管使用纯Zn即能钎焊。紫铜或青铜做的散热管，传统上是用纯锡或高锡合金做钎料。空气热交换器是现代工程技术中制冷和制热的通用设备凡是加热、烘干、降温、降湿、发酵、冷冻、空调都广泛应用。在空气热交换器的生产中需用钎焊材料数量很大，国内用量在千吨以上。而锡资源国内外十分短缺，影响生产正常进行。研究开发新的钎焊材料，国内外做了大量工作。现在，美、英、日等国在这一领域中所用的钎料一般为纯锡或高锡，高铅合金，有些成分中含有Ag、In贵金属。有关文献记载的合金钎料举例如下95%Pb-5%In;97.5%Pb-1%Sn-1.5%Ag;93.5%Pb-5%Sn-1.5%Ag;91%Pb-5%Sn-4%Sb。这些合金成分中，铅含量很高，钎焊时铅蒸气毒害大，含贵金属元素，不仅成本高，使用量大同样存在资源困难。
国内空气热交换器使用的钎焊材料，据文献报道有如下几种60%Sn-40%Pb;85%Zn-15%Sn;40-60%Sn-60-40%Pb。
上述钎焊材料，锡的含量仍旧比较高，最高的60%，最低的亦达15%。另外，铅含量也较高。
苏联对待锡钎焊材料的研究工作开展较早，1963年出版的“
”报道二种锌基钎焊材料，其合金成分如表1表1
据称，上述钎焊材料可用于铜、铜合金及低碳钢钎焊，其配套钎剂是NaF5%，ZnCl237%，LiCl16%，KCl31%NaCl6%，NH4Cl5%。但经生产中实际应用，钎料流布性差，不能在空气热交换器散热管钎焊上应用。
邓健著《钎焊》报道铝用钎焊料，其合金成份如表2
表2
上述配方不能用于钎焊铜，更不能用于钎焊焊缝多、形状复杂的空气热交换器散热管。
本发明的目的在于研制一种适合于空气热交换器散热管用的钎焊材料，要求合金元素资源丰富，价格便宜，熔点不高于400℃，钎焊工艺性好，焊缝强度高。
本发明是空气热交换器用的一种以Zn为基含有Al、Sn元素的合金，合金元素的重量百分比是Zn91-93%，Al3.5-5.5%，Sn3.5-4.5%，最佳百分比为Zn92%，Al4.5%，Sn3.5%。合金中，Zn、Sn元素对Cu的亲和力强，提高焊缝强度，Al元素能降低合金熔点。Al元素含量控制在3.5-5.5%接近共晶成分，若超出此范围合金熔点反而升高，Al元素含量超过7.5%，液面出现浮渣，影响浸镀工件质量。Sn元素含量越高，当然合金流动性越好，焊缝强度也会提高，但本发明的目的就是要最大限度的降低Sn元素含量，同时又能以满足钎焊工艺要求为原则，故此Sn元素含量控制在3.5-4.5%之间。
本发明钎料的熔点是372℃，粘度小，活性强，表面张力小，有良好的工艺性。合金成分中不含有毒元素Pb，浸镀时减少了毒害烟雾污染;不含有贵重金属In、Ag等，合金元素资源丰富。空气热交换器螺旋绕片式散热管焊缝形状复杂，翅片与管子基本上是线状接触，要求钎焊强度高，工艺性好，本发明钎料完全可以满足空气热交换器散热管钎焊的技术要求，焊缝强度20-27.16Kgf，钎料导热系数＝0.227。本发明钎料与国内现用的几种钎料性能对比如表3。
表3数据说明，本发明钎料其熔点比纯锡熔点高140℃，比Pb-Sn合金钎料熔点高190℃，使用本钎料焊接的散热管可以在比较高的温度下工作，导热系数大，传热性能好，提高了空气热交换器整机的技术指标。
一般来说，钎剂与钎料是配套使用的，不同的钎料需要使用不同的钎剂。空气热交换器散热管浸镀之前，一般油污较多，这些油污和表面氧化物必须清除干净。前述苏联文献报道的钎剂，其中LiCl有毒害污染，HCl腐蚀性强，组成成分多。与本发明钎料配套使用的钎剂由ZnCl2、NH4Cl和KCl的饱和水溶液组成。其重量百分比是ZnCl255-65%，NH4Cl13-23%，KCl17-27%，其最佳配比是ZnCl260%，NH4Cl18%，KCl22%，其中，ZnCl2具有清除散热管表面油污及氧化膜，并抑制工件再次氧化的作用，改善钎料润湿性，NH4Cl提高钎剂活性，KCl降低钎剂内聚力，增加流动性。本发明钎剂与Zn基Al、Sn合金钎料搭配，具有最为合适的熔点、润湿性，在400℃左右钎焊能非常有效地实现。
本发明钎料及钎剂的制造方法。
钎料的熔炼工艺如下原材料精锌锭含锌99.995%，特1号金属铝含铝99.7%，特1号金属锡含锡99.97%。
采用铁坩锅炉，煤气加热炼。坩锅清理干净，烘热至100℃左右，将按本发明钎料配比称量好的炉料，依铝锭、锌锭顺序一次加入炉内，升温至680℃，全部熔化时，投入锡锭，充分搅拌，扒渣，加入精炼剂ZnCl2精炼，最后搅拌扒渣。降温至390-410℃即可进行钎焊。或者浇铸成锭，供用户使用。
钎剂制造工艺如下按本发明钎剂配方比例，称取工业纯级ZnCl2、NH4Cl、KCl放置于塑料桶内，加入自来配制饱和水溶液，即有白色沉淀为止，此时溶液比重约为1.62。
实施例。按重量比为Al 4.5%，Zn 92%，Sn 3.5%的成分配料，在铁坩锅炉中熔炼制成钎焊料，例入钎焊槽内，在390-410℃之间保温，准备钎焊螺旋绕片式紫铜空气热交换器散热管。钎焊前，将绕有紫铜波纹片的紫铜散热管浸在ZnCl2溶液中约1-2分钟，随后甩干，再浸入按本发明钎剂配方比例配制的溶液中约1-2分钟，取出来甩掉过量的钎剂，使散热管保持潮湿状态。然后用工具夹牢散热管两端，浸入钎料中，在合金液体下面摆动三次，在2-4秒钟内取出，即获得高质量工件。工作焊缝强度接近用纯锡钎焊产品焊缝强度。用这种钎料，钎剂及钎焊工艺可以钎焊24寸至78寸各种规格长度的散热管。合格率达95%以上。
附图1本发明钎料的金相组织为初晶(以Zn为基的固溶
)十共晶的金相组织图。
附图2及附图3本发明钎料焊接的空气热交换器散热管焊缝剖面的金相组织图。黑色部分为焊缝中钎料，钎料与母材之间的白色带状是扩散层，深灰色部分为基体紫铜。可见在钎料与母材界面上发生了一系列物理的与化学的反应过程，正是由于这一过程形成了不可分离的钎焊焊缝。
本发明钎焊材料合金资源丰富，含Sn量低，其价格仅为纯锡钎料的10%左右。据不完全统计，上海地区类似用途的钎焊用锡，每年在300吨以上。全国每年1000吨以上。若推广应用本发明钎料，仅上海地区一年可节约资金800万元以上，最为重要的是最大限度的降低了Sn金属用量。
权利要求
1.空气热交换器用的一种以Zn为基含有Al元素的钎焊材料，其特征在于它为Zn、Al、Sm合金，合金元素的重量百分比是Zn91-93%，Al3.5-5.5%，Sm3.5-4.5%最佳百分比是Zn92%，Al4.5%，Sm3.5%，合金中Zm、Sn元素对Cu的亲和力强，提高焊缝强度，Sn元素改善钎料流布性和润湿性，Al元素降低合金熔点。
2.一种由NH4Cl，ZnCl2和KCl组成的钎剂，其特征在于其重量百分组成是ZnCl255-65%，NH4Cl 13-23%，KCl 17-27%的饱和水溶液。
3.如权利要求
2所述的钎剂，其特征在于其最佳重量百分组成是ZnCl260%，NH4Cl 18%，KCl22%的饱和水溶液。
专利摘要
本发明空气热交换器用钎焊材料是以Zn为基含有Al、Sn元素的合金，其重量百分组成是Zn91—93％，Al3.5—5.5％Sn3.5—4.5％，与本钎料配套使用钎剂是ZnCl
文档编号B23K35/362GK87106949SQ87106949
公开日1988年7月13日 申请日期1987年10月20日
发明者唐仁辉, 余强中, 童康年, 胡建时 申请人:国家机械工业委员会上海材料研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan