专利名称：高气密性中温铝钎料的制作方法
技术领域：
一种含Sr、Si、Ti、Cu、P的Si-Al钎料，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂， 用于铝-铝结构件的钎焊，属于金属材料类的焊接材料。
背景技术：
目前，在家电行业、制冷行业、五金行业，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。此外，在许多行业，采用3 系(如3003铝合金)、6系(如6061铝合金)高强铝合金，制造全铝结构零部件，以替代铜质结构，也是全世界制造业的发展方向。但是，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，高强铝合金的加工性能、加工能力都有了很大的改进，所以铝替代铜应用的领域越来越广泛。近年来，在国内外家用空调、冷柜、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缩机、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。此外，在大量使用铝合金的热交换器的“管-管连接”时，由于工作时，管路内部的制冷剂是在“有压力”的情况下发生“汽-液转换”的，因此，对铝合金管路特别是铝合金钎缝的“气密性”提出更高的要求。由于现有的Al-Si系钎料(如4047、4043等)，虽然其气密性满足要求，但是其自身的熔点较高(固相线温度577°C，液相线温度在600°C以上)，与3系、6系高强铝合金的熔点非常接近，钎焊非常困难。Si-Al钎料虽然其熔点可低至400°C左右(如98&1-2A1的固相线温度为381°C，液相线温度约为410°C)，但是Si-Al钎料钎缝的气密性较差，实验室的“泄漏率” 就高达16%，根本无法满足热交换器生产厂每天几十万个钎焊接头的大规模生产要求。本项发明高气密性中温铝钎料，即是在这种技术背景下完成的。
发明内容
本项发明的目的是提供一种熔点在480°C飞20°C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、钎缝的力学性能良好、钎缝气密性好，可以适用于多种牌号铝合金铝-铝管路结构件的焊接的新型中温铝钎料。为此，本项发明的一种含Sr、Si、Ti、Cu、P的Si-Al钎料，其化学成分按质量百分数是0. 01% 0. 1% 的 Sr，1. 5% 6. 5% 的 Si，0. 001% 0. 01% 的 Ti，0. 001% 0. 01% 的 Cu， 0. 00019Γ0. 001%的P，36. 0% 65. 0%的Si，余量为Al的高气密性中温铝钎料，即满足了上述
要求。采用氧-丙烷火焰钎焊方式钎焊3003铝合金管-管结构(套接)，使用“药芯焊丝”或丝状钎料配合CsF-AlF3钎剂，钎焊接头经水压试验(水压为18MPa、保压30分钟)，钎缝无泄漏。钎焊接头在水压试验中最大承受压力可达到21 MPa (在铝管部位开裂)。本发明的“高气密性中温铝钎料”，使用市售的锌锭、铝锭、金属Ti、工业硅、铝锶合金、磷铜合金，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，再通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材；或通过多道轧制工序，制备成所需厚度、宽度的薄带。加入钎剂，可制成“药芯焊丝”。本发明产品可配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，可用于多种牌号铝合金铝_铝结构件的钎焊。为了达到改进现有Si-Al合金钎料虽然熔点较低熔化温度区间一般为380°C 420°C)，但气密性差；Al-Si系钎料(如4047、4043等)，虽然其气密性好，但是熔点较高(固相线温度577°C，液相线温度在600°C以上)的难题，经过大量“筛选试验”，最后确定了以 Zn-Al钎料为基体，加入微(适)量的Sr、Si、Ti、Cu、P元素，从而将新发明的钎料熔化温度区间控制在480°C 520°C范围，低于Al-Si系钎料的熔化温度80°C左右，利用多元微量元素的“微合金化”作用，提高新发明钎料的气密性。经过“成分优化”和试验分析，确定了 “高气密性中温铝钎料”的最佳质量百分数配比。
具体实施例方式本项发明主要解决了以下关键性问题
1)已有研究表明虽然&1-A1合金的熔点低(一般在380°C 420°C，个别的熔点可以达到450°C 460°C )，但是其“气密性”差，“铝管-铝管”钎焊连接时，钎缝泄漏率较高，无法在热交换器行业应用。因此，利用Sr、Si、Ti、Cu、P多元微量元素的“微合金化”作用，提高了新发明钎料的气密性。2)经过15组约150个合金配方试验研究发现，加入微(适)量的Sr、Si、Ti、Cu、P 元素在提高Si-Al合金的气密性的同时，还具有改善Si-Al合金的在高强度铝合金表面的润湿性、渗透性的作用。同时，通过优化Sr、Si、Ti、Cu、P元素的含量范围，将新发明的钎料的熔化温度区间控制在480°C 520°C范围，低于Al-Si系钎料的熔化温度80°C左右(如 4047,4043等固相线温度577°C，液相线温度在600°C以上)，从而得到了 “高气密性中温铝钎料”(此中温相对于4047的熔点577°C 600°C而言)，可以很容易地实现“铝管-铝管”的钎焊连接而没有铝合金构件“过烧”、“塌陷”的危险。采用氧-丙烷火焰钎焊方式钎焊3003 铝合金管-管结构(套接)，使用“药芯焊丝”或丝状钎料配合CsF-AlF3钎剂，钎焊接头经水压试验(水压为18MPa、保压30分钟)，钎缝无泄漏。钎焊接头在水压试验中最大承受压力可达到21 MPa (在铝管部位开裂)。与以往研究相比，本发明的创造性在于 一、发现了 P元素的“提高气密性”作用。 众所周知，在铜合金中，P具有脱氧作用，如“磷脱氧铜” TPl (参见http //baike. baidu. com/view/3059316. htm)。在《锡铅焊料》旧版国家标准中，加入0. 001% 0. 004%的P 和0. 00004%的Ga，被称之为“抗氧化锡铅焊料”(参见GB 3131-88《锡铅焊料》表6)。 在经过10多年，P在锡铅焊料、无铅钎料中具有“抗氧化作用”为大家熟知后，在新版(现行有效版本)GB/T 3131-2001《锡铅钎料》表3、表4中，虽然也列入了含PO. 001% 0. 004%的两种钎料，但是已经不再注明是“抗氧化锡铅焊料”了。而且人们发现，单纯只加P即可，不必同时添加等量的( 元素了。但是，在本发明中，经过试验发现、验证了 P的加入，并不是脱氧、抗氧化的效果，而是具有“提高气密性”的作用。二、试验验证并优选了 Sr、Si、Ti、Cu、P元素的添加范围。以往的研究，在新型金属材料的研发中，Sr、Si、Ti、Cu、P的添加范围一般都很宽泛。本研究发现，具有良好“气密性”、良好钎焊性能(如钎料润湿性、渗透性、钎缝力学性能) 的Si-Al基合金，Sr的加入量不能超过0. 019Γ0. 1%范围；Si的加入量不能超过1. 59Γ6. 5% 范围；Ti的加入量不能超过0. 0001%范围；Cu的加入量不能超过0. 0001%范围；P的加入量不能超过0.00019Γ0.001%范围。特别需要指出的是Ρ加入钎料中(如无铅钎料、锡铅钎料)，主要是起着“抗氧化”的作用，其加入量为0. 0019Γ0. 004% (参见GB/T 3131-2001《锡铅钎料》表3)，但是在本发明中，P的加入量必须控制在0. ΟΟΟΡ/ΓΟ. 001%范围。大量的试验发现，在Si-Al基合金中，当加入Sr、Si、Ti、Cu等元素后，再加入微量的P，即加入ο. 00019Γ0. 001%的P，对提高Si-Al-Sr-Si-Ti-Cu-P钎料的钎缝气密性作用很大。本实验室的试验数据表明，加入P元素后，钎缝的泄漏率由不加P的十万分之六下降到了加P的十万分之二，平均钎焊1000组100个通道的热交换器，只有二个焊点需要补焊，泄漏率降低了 66. 7% (参见表1)。三、研究发现了变质元素Sr与Si、Ti、Cu、P的“协同效应”。已有研究表明，在Al-Si合金中，加入Sr等元素，特别是Sr与B、Sr与Ti的交互作用，已有大量的文献报道。不过，Si含量高达36.09Γ65.0%的本发明钎料，显然与Al-Si 合金的性质有显著差别，采用已有文献报道的方法和元素“变质处理”效果很差。因此，本发明在试验、研究过程中，发现了在添加Sr与Si、Ti的基础上，再添加Cu、P元素，即在有Cu、 P元素与Sr与Si、Ti共存时，具有显著的提高气密性的效果，而且对钎料润湿性、渗透性、 钎缝力学性能没有“负面”影响。通过采用“序贯实验设计”方法对Sr、Si、Ti、Cu、P进行进一步的“优选”，得到了本权利要求1的成分范围。采用氧-丙烷火焰钎焊方式钎焊3003 铝合金管-管结构(套接)，使用“药芯焊丝”或丝状钎料配合CsF-AlF3钎剂，钎焊接头经水压试验(水压为18MPa、保压30分钟)，钎缝无泄漏。钎焊接头在水压试验中最大承受压力可达到21 MPa (在铝管部位开裂)。表1钎缝水压试验对比数据
权利要求
1. 一种高气密性中温铝钎料，其特征在于其化学成分按质量百分数是0. 019Γ0. 1% 的 Sr, 1. 5% 6. 5% 的 Si，0. 001% 0· 01% 的 Ti，0. 001% 0· 01% 的 Cu，0. 0001% 0· 001% 的 P, 36. 09Γ65. 0% 的 Zn，余量为 Al。
全文摘要
本发明公开一种高气密性中温铝钎料，含Sr、Si、Ti、Cu、P的Zn-Al钎料，属于金属材料类的焊接材料。化学成分按质量百分数0.01%~0.1%Sr，1.5%~6.5%Si，0.001%~0.01%Ti，0.001%~0.01%Cu，0.0001%~0.001%P，36.0%~65.0%Zn，余量为Al。使用锌、铝、钛、硅、铝锶、磷铜合金，冶炼时加入经筛选的“覆盖剂”或用“惰性气体”保护，通过挤压、拉拔，可得所需丝材；通过多道轧制，制备成特定厚度、宽度薄带。加入钎剂，可得“药芯焊丝”。本发明产品配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，可用于多种牌号铝合金结构件的钎焊。
文档编号B23K35/28GK102554493SQ20121000512
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者王水庆 申请人:浙江新锐焊接材料有限公司