专利名称：一种无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及泡沫铝材料加工领域，确切地说是一种无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料及其制备方法。
背景技术：
泡沫铝材料是近年来研制开发出来的一种高科技新材料，它具有吸声、隔音、隔热、电磁屏蔽、减振缓冲等诸多优良性能，同时还具有金属铝固有的防火、防潮、无毒、无味、耐蚀、抗老化等性能。由于采用少量金属实现了结构材料多功能化,开拓了解决众多高技术领域内现存问题的新途径，泡沫铝已显示出广阔的应用前景，成为美、日、英、中、德等国21世纪的前沿热点材料。目前国外对泡沫铝的研究较为深入，现已成功地应用到汽车、建筑、包装、机床等领域。作为泡沫铝材料用途最为广泛产品为泡沫铝夹芯板，是一种高孔隙率、宏孔多孔材料，且轻便、坚固、耐热、美观。主要用于吸音、隔声、减震、防火、缓冲、能量吸收、电磁屏蔽、增加气液接触面、过滤等。泡沫铝夹芯板应用前景广泛，但除非具备实用的连接技术，否则是不可能实现泡沫铝夹芯板构件的大批量生产和应用的。已有一些众所周知的工艺可用于生产泡沫铝芯板复合材料，如胶粘、轧制-包覆、焊接法等，但均存在一些问题。胶粘工艺生产的泡沫铝夹芯板耐高温与耐腐蚀能力较差，产品的使用环境具有一定的局限性。粉末冶金发泡轧制-包覆制备的泡沫铝构件尺寸上有较大的限制，且这种方法主要用于夹心为闭孔结构，很少用于开孔泡沫铝夹芯板制备。目前有关泡沫铝的焊接技术尚不成熟，Hafer等和Pogibenko研究了在泡沫铝母材待焊端面之间插入AlSil2钎料后采用激光焊的熔焊方法，在高能热源作用下，泡沫铝孔隙结构大量坍塌导致熔池和焊缝成形困难。此外，板厚对激光功率要求也较为敏感。具有较低拘束条件的扩散焊，和超声波焊时，其焊接接头力学性能较差，尚不具备实用化条件。与实体铝的钎焊相比，泡沫铝夹芯板表面大量孔隙的存在是泡沫铝钎焊中钎料润湿和流布不良的主要原因，泡沫铝的多样化孔结构(孔径、孔形状和孔隙率等)对焊接过程和焊接接头性能产生很大影响。另外，在钎焊过程中泡沫铝孔隙结构中的致密氧化膜也是导致焊接性能差的重要因素，氧化层的存在阻碍基体金属与钎料的结合，传统的去除氧化铝膜的方法是使用氟化物钎剂熔盐中进行浸溃，腐蚀破坏致密氧化膜，浸溃钎焊后必须进行清洗与加热，清除腐蚀性残盐，但对于泡沫铝芯板这种多孔结构，清洗很难进行，导致钎焊后泡沫铝芯板的严重腐蚀。在焊料选择上，熔点低的锡基和锌基钎焊时，泡沫铝芯表面是由较薄的胞棱及胞壁组成，焊接接头拉伸和剪切强度比较低。熔点高的铝硅基焊料，又易导致泡沫铝孔隙结构大量坍塌导致熔池和焊缝成形困难或熔合不良。另外使用氟化物等钎剂进行处理后，因泡沫铝芯多孔结构的存在，不易清洗，导致泡沫铝芯板的严重腐蚀。泡沫铝现有的钎焊方法和焊料在接头耐蚀、抗疲劳、焊缝成形以及接头力学性能等方面均存在诸多问题，这极大地限制了泡沫铝夹芯板大尺寸化的制备和泡沫铝在高技术和民用领域的应用，因此，研究适合泡沫铝芯多孔结构的无钎剂钎焊的焊料，具有重要的意义
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供不需要配合使用钎剂，无须真空或保护气氛条件，能实现泡沫铝的高强度焊接的无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料及其制备方法。上述目的通过以下方案实现
本发明提供了制备泡沫铝焊接过程中使用的合金钎料的配方及其生产工艺。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是通过合金成份设计，在铝硅基焊料中添加Cu、Mg元素，制备具有较好的流动性、适宜的熔点的合金材料作为钎料，这种合金钎料在焊接过程中利用钎料熔体中的Cu、Mg合金元素向固相泡沫铝端扩散，与母材中Al元素的相互作用，这些过程造成连接界面附近的钎料和母材的熔降，促进表面氧化铝的润湿，使部分氧化铝膜破坏，钎料液化和母材的熔体由于毛细效应作用在泡沫铝胞壁表面膜下流布，且氧化膜密度小于钎料熔体而浮在表面，加速氧化膜破碎并在随后的刮擦和挤压过程中被除去，同时液态钎料在母材表面润湿、铺展实现零件间的连接。本发明的有益效果在铝硅基焊料中添加Cu、Mg元素，制备具有较好的流动性、适宜的熔点的合金材料作为钎料，这种合金钎料熔点低，流动性好，在焊接过程中利用钎料熔体中的Cu、Mg合金元素向固相泡沫铝端扩散，在母材表面润湿、铺展实现零件间的连接，此焊接过程中不需要配合使用钎剂，无须真空或保护气氛条件，通过配合机械/物理方法去除致密氧化膜，并在焊接时形成致密的焊缝，来实现泡沫铝的高强度焊接。
具体实施例方式实施例I :
一种多元铝合金材料，它是Al-Si-Cu-Mg合金，其中Si的质量百分含量为8%，Cu的质量百分含量为10%，Mg的质量百分含量为10%，Al的质量百分含量为72% ;熔点温度范围450-600°C。配料要使用高纯度的金属。(Al纯度不低于99. 00%, Si使用4mm的结晶硅，Mg的纯度不低于99. 50% ,Cu纯度不低于99. 70%)。附属权利要求中上述Al-Si-Cu-Mg合金钎料的制备
O.钎料的称量采用光敏分析天平，精度不低于O. 001克。为了保证钎料成分的准确性，使用时控制配料误差在O. 005克以下，每炉配制钎料总重量为500克。其中Si的质量40克，Cu的质量百分含量为50克，Mg的质量百分含量为50克，Al的质量百分含量为360克。2).装炉用高纯CaO质坩埚；真空感应炉冷态极限真空度彡10_2Pa。过程是，装360克金属铝于CaO质坩埚中，将Si、Cu、Mg置于加料器中；抽真空，炉内真空度要达到10-2Pa :通氩气，使炉内压力不小于O. 05 Mpa。3).熔炼开启电炉，加热工料至其熔点范围以上(850°C);待铝液化清，加入Si和Cu, Mg搅拌铝液；待铝合金液化清，搅拌铝合金液并抽真空使炉内压力不大于O. 009 MPa ；通氩气，使炉内压力不小于O. 05 MPa，搅拌钛铝合金液；待金属液熔清。
4).凝固停电降温；通IS气,使炉内压力不小于O. 08 MPa,打开电炉,金属液倒入金属铸模中，然后进行水冷，得到块状钎料。本发明可生产出化学成份合格，杂质含量低，质量优良的作为一种泡沫铝材料无钎剂钎焊时的钎料，应用于大尺寸泡沫铝板的拼焊成型。·
实施例2:
一种多元铝合金材料，它是Al-Si-Cu-Mg合金，Al-Si-Cu-Mg合金，其中Si的质量百分含量为8%，Cu的质量百分含量为15%，Mg的质量百分含量为10%，Al的质量百分含量为62% ；熔点温度范围450-600°C。配料要使用高纯度的金属。(Al纯度不低于99. 00%, Si使用4mm的结晶硅，Mg的纯度不低于99. 50%，Cu纯度不低于99. 70%)。上述Al-Si-Cu-Mg合金钎料的制备
O.钎料的称量采用光敏分析天平，精度不低于O. 001克。为了保证钎料成分的准确性，使用时控制配料误差在O. 005克以下，每炉配制钎料总重量为500克。其中Si的质量40克，Cu的质量百分含量为75克，Mg的质量百分含量为50克，Al的质量百分含量为345克·
2).装炉用高纯CaO质坩埚；真空感应炉冷态极限真空度< 10-2Pa。过程是，装360克金属铝于CaO质坩埚中，将Si、CiuMg置于加料器中；抽真空，炉内真空度要达到10_2Pa:通IS气，使炉内压力不小于O. 05 Mpa。3).熔炼开启电炉，加热工料至其熔点范围以上(850);待铝液化清，加入Si和Cu，Mg搅拌铝液；待铝合金液化清，搅拌铝合金液并抽真空使炉内压力不大于O. 009 MPa；通氩气，使炉内压力不小于O. 05 MPa，搅拌钛铝合金液；待金属液熔清。4).凝固停电降温；通IS气,使炉内压力不小于O. 08 MPa,打开电炉,倒入金属铸模中，然后进行水冷，得到块状钎料。本发明可生产出化学成份合格，杂质含量低，质量优良的作为一种泡沫铝材料无钎剂钎焊时的钎料，应用于大尺寸泡沫铝板的拼焊成型。实施例3:
一种多元铝合金材料，它是Al-Si-Cu-Mg合金，Al-Si-Cu-Mg合金，Al-Si-Cu-Mg合金，其中Si的质量百分含量为10%，Cu的质量百分含量为10%，Mg的质量百分含量为10%，Al的质量百分含量为70%;熔点温度范围450-600°C。配料要使用高纯度的金属。(Al纯度不低于99. 00%, Si使用4mm的结晶硅，Mg的纯度不低于99. 50%，Cu纯度不低于99. 70%)。上述Al-Si-Cu-Mg合金钎料的制备
I).钎料的称量采用光敏分析天平，精度不低于0.001克。为了保证钎料成分的准确性，使用时控制配料误差在O. 005克以下，每炉配制钎料总重量为500克。其中Si的质量50克，Cu的质量百分含量为50克，Mg的质量百分含量为50克，Al的质量百分含量为350克。2).装炉用高纯CaO质坩埚；真空感应炉冷态极限真空度彡10_2Pa。过程是，装360克金属铝于CaO质坩埚中，将Si、Cu、Mg置于加料器中；抽真空，炉内真空度要达到10_2Pa:通氩气，使炉内压力不小于O. 05 Mpa。3).熔炼开启电炉，加热工料至其熔点范围以上(850);待铝液化清，加入Si和Cu，Mg搅拌铝液；待铝合金液化清，搅拌铝合金液并抽真空使炉内压力不大于O. 009 MPa；通氩气，使炉内压力不小于O. 05 MPa，搅拌钛铝合金液；待金属液熔清。4).凝固停电降温；通氩气，使炉内压力不小于O. 08 MPa，打开电炉，倒入金属铸模中，然后进行水冷，得到块状钎料。本发明可生产出化学成份合格，杂质含量低，质量优良的作为一种泡沫铝材料无钎剂钎焊时的钎料，应用于大尺寸泡沫铝板的拼焊成型。
权利要求
1.一种无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料，其特征在于其是熔点范围在450-600°C的铝合金材料。
2.根据权利要求I所述的一种无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料，其特征在于其是熔点范围在450-600°C的Al-Si-Cu-Mg合金材料。
3.根据权利要求I所述的一种无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料，其特征在于为下列六种之一(1)Al-Si-Cu-Mg合金，其中Si的质量百分含量为8%，Cu的质量百分含量为10%，Mg的质量百分含量为10%, Al的质量百分含量为72% ；(2)Al-Si-Cu-Mg合金，其中Si的质量百分含量为8%，Cu的质量百分含量为12%，Mg的质量百分含量为10%，Al的质量百分含量为70% ；(3)A1-Si-Cu-Mg合金，其中Si的质量百分含量为8%，Cu的质量百分含量为15%，Mg的质量百分含量为10%, Al的质量百分含量为62% ；(4)Al-Si-Cu-Mg合金，其中Si的质量百分含量为10%，Cu的质量百分含量为10%，Mg的质量百分含量为10%，Al的质量百分含量为70% ；(5)Al-Si-Cu-Mg合金，其中Si的质量百分含量为10%，Cu的质量百分含量为12%，Mg的质量百分含量为10%，Al的质量百分含量为68% ；(6)Al-Si-Cu-Mg合金，其中Si的质量百分含量为10%，Cu的质量百分含量为15%，Mg的质量百分含量为10%，Al的质量百分含量为65%。
4.根据权利要求I所述的一种无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料，其特征在于A1纯度不低于99. 00%，Si使用4mm的结晶硅，Mg的纯度不低于99. 50% ,Cu纯度不低于99. 70%。
5.一种如权利要求I或2或3或4所述的无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)按质量百分比称取Al、Si、Cu、Mg;(2)使用真空感应炉，先装Al于CaO质坩埚中，将Si、Cu、Mg置于加料器中，抽真空，真空感应炉内真空度要达到KT2Pa以下，通氩气，使炉内压力不小于O. 05 Mpa ；(3)开启电炉，加热Al料至850°C以上；待铝液化清，加入Si和Cu、Mg，搅拌；待铝合金液化清，搅拌铝合金液并抽真空使炉内压力不大于O. 009 MPa ;通氩气，使炉内压力不小于O.05 MPa，搅拌钛铝合金液；待金属液熔清；(4)停止加热、降温，通氩气，使炉内压力不小于O.08 MPa，打开电炉，金属液倒入金属铸模中，然后进行水冷，得到块状钎料，即可。
6.根据权利要求5所述的一种无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料的制备方法，其特征在于步骤(I)中原料的称取采用光敏分析天平，精度不低于O. 001克，使用时控制配料误差在O. 005克以下。
7.根据权利要求5所述的一种无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料的制备方法，其特征在于所述的CaO质坩埚为高纯CaO质坩埚所述的真空感应炉冷态极限真空度< 10_2Pa。
全文摘要
本发明公开了一种无钎剂钎焊泡沫铝芯板的合金钎料及其制备方法，其是熔点范围在450-600℃的铝合金材料。在铝硅基焊料中添加Cu、Mg元素，制备具有较好的流动性、适宜的熔点的合金材料作为钎料，这种合金钎料熔点低，流动性好，在焊接过程中利用钎料熔体中的Cu、Mg合金元素向固相泡沫铝端扩散，在母材表面润湿、铺展实现零件间的连接，此焊接过程中不需要配合使用钎剂，无须真空或保护气氛条件，通过配合机械/物理方法去除致密氧化膜，并在焊接时形成致密的焊缝，来实现泡沫铝的高强度焊接。
文档编号B23K35/28GK102941416SQ20121043559
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者魏鹏, 王桂明 申请人:芜湖沃多福新材料有限责任公司