专利名称：一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料及其制备方法和使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的钎料及其制备方法和使用方法。
背景技术：
SiCp/Al复合材料因其具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、导电导热性能好、线膨胀系数小等优点，在航空航天、武器装备、电子工业、汽车、化学工业等领域有着广泛的应用前景，但其焊接性差成为推广应用的“瓶颈”技术难题。钎焊是其理想的有效连接方式之一。然而目前使用的钎焊SiC颗粒增强铝基复合材料的钎料形态多为带状和箔状，带状和箔状钎料不利于钎焊过程的自动化，尤其不适宜在不规则的、小型的或几何形状复杂的零件上使用。
发明内容
本发明的目的是要解决现有带状带状或者箔状钎料不利于钎焊过程的自动化，不适宜焊接不规则的、小型的或几何形状复杂的零件的问题，而提供一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料及其制备方法。一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料按质量百分比由30% 35%的合金钎料粉、35% 40%的钎剂和25% 35%的粘结剂混合而成；所述的合金钎料粉按质量百分比由21% 25%的Cu、4% 6%的S1、1% 2%的Mg、0.3% 0.7%的Ni和66% 74%的Al制备而成；所述的钎剂的以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂混合而成，其中所述的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1: (0.074 0.131);所述的粘结剂按质量百分比由85% 90%的白油、6% 10%的松香树脂、2% 5%的甘油和0.5% 1.5%的氢化蓖麻油混合而成；所述的合金钎料粉粒径为5 μ m 25 μ m的合金钎料粉；所述的粘结剂粘度为4cp 5cp。一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法，具体是按以下步骤完成的:一、制备合金钎料粉:①准备材料:首先将含Cu元素、Si元素、Mg元素、Ni元素和Al元素的原材料进行剪切或破碎至粒径为5mm 20mm,然后放入酒精中超声清洗15min 25min，然后按质量百分比21% 25%的Cu、4% 6%的S1、l% 2%的Mg、0.3% 0.7%的Ni和66% 74%的Al准备材料；②氮气雾化:将步骤一①准备的材料投入中频感应炉熔炼中，并在真空度为0.5 X KT3Pa 1.5 X KT3Pa和加热速率40°C /min 60 °C /min的条件下熔化成金属液，然后将金属液通过环缝喷咀，在喷雾压力为1.5MPa 5MPa、漏包漏咀直径为1.0mm 2.5mm、环缝喷咀的环缝间隙为0.5mm的条件下进行氮气雾化，即得到球形焊料合金粉体，再将球形焊料合金粉体放入远红外线烘箱，并在180°C 220°C的条件下烘干40min 80min,过500 600目筛，即得到粒径为5 μ m 25 μ m的合金钎料粉；二、制备钎剂:①、细化处理:首先向粒径为100 μ m 200 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂中加水磨成糊状，然后置于远红外线烤箱中，在温度为130°C 180°C的条件下烘干40min 80min，然后采用真空球磨机进行球磨，并过500 600目筛，即得到粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂、混合:以粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂进行混合，混匀后即得到钎剂；步骤二②中所述的粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1: (0.074 0.131)；三、制备粘结剂:按质量百分比称取85% 90%的白油、6% 10%的松香树脂、2% 5%的甘油和0.5% 1.5%的氢化蓖麻油，放入反应器中后在温度为85°C 95°C的恒温水浴锅中加热，并搅拌混匀，即得到粘度为4cp 5cp的粘结剂；四、混合:按质量百分比称取30% 35%步骤一制备的合金钎料粉、35% 40%步骤二制备的钎剂和25% 35%步骤三制备的粘度为4cp 5cp的粘结剂，然后放入真空搅拌器中，在真空度为0.5 X 10 1.5 X 10 条件下搅拌混合均匀，即得到用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料。一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法，具体是按以下步骤完成的:—、制备合金钎料粉:①准备材料:首先粒径为0.06mm 0.15mm的Cu粉、粒径为
0.06mm 0.15mm 的 Al-Si 粉、粒径为 0.06mm 0.15mm 的 Mg 粉和粒径为 0.06mm 0.15mm的Ni粉按质量百分比21% 25%的Cu、4% 6%的S1、1% 2%的Mg、0.3% 0.7%的Ni和66% 74%的Al进行配比,然后放入行星轮式球磨机中，在转速为400r/min 600r/min、球料比为20:1氩气保护条件下球磨20h 40h，球磨后转移至远红外线烤箱中，在温度为180°C 220°C的条件下烘干40min 80min，然后过500 600目筛，即得到粒径为5 μ m 25 μ m的合金钎料粉；二、制备钎剂:①、细化处理:首先向粒径为100 μ m 200 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂中加水磨成糊状，然后置于远红外线烤箱中，在温度为130°C 180°C的条件下烘干40min 80min，然后采用真空球磨机进行球磨，并过500 600目筛，即得到粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂、混合:以粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂进行混合，混匀后即得到钎剂；步骤二②中所述的粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1: (0.074 0.131)；三、制备粘结剂:按质量百分比称取85% 90%的白油、6% 10%的松香树脂、2% 5%的甘油和0.5% 1.5%的氢化蓖麻油，放入反应器中后在温度为85°C 95°C的恒温水浴锅中加热，并搅拌混匀，即得到粘度为4cp 5cp的粘结剂；四、混合:按质量百分比称取30% 35%步骤一制备的合金钎料粉、35% 40%步骤二制备的钎剂和25% 35%步骤三制备的粘度为4cp 5cp的粘结剂，然后放入真空搅拌器中，在真空度为0.5 X 10 1.5 X 10 条件下搅拌混合均匀，即得到用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料。一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的使用方法，具体是按以下步骤完成的:用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料采用涂覆式布料或针管式布料，布料完毕后置于氮气保护的气氛炉中， 在真空度为0.SXKT1Pa LSXKT1Pa和加热速率20°C /min 40°C /min条件下升温至550°C 590°C，并在温度为550°C 590°C下保温25min 35min,然后随炉冷却至室温后取出，即完成焊接。
本发明优点:一、本发明所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料解决了现有带状带状或者箔状钎料不利于钎焊过程的自动化，不适宜焊接不规则的、小型的或几何形状复杂的零件的问题，因为本发明所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料呈膏状，所以使用时，只需用毛笔或者刷子蘸涂到需焊接处，刷涂面积可大可小，所加钎料数量可多可少，尤其可用气压挤注方式自动挤涂膏状钎料，有利于钎焊过程的自动化；二、本发明所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料适合形状不规则、小型或几何形状复杂的零件上使用，对于目前碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊，所使用的固体钎料一般为丝状、带状或箔状，费工费时，劳动强度大；如果使用膏状钎料则不受零件形状的约束，可很方便的将钎料刷涂到钎接面上，而且节省钎料，没有用带状或箔状钎料钎接时40%左右边角料的浪费；三、本发明所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料是采用5μπι 25μπι的合金钎料粉混合而成，与固体钎料的大块本体相比较，比表面积增大，表面原子数增加，这种高表面能的不安定原子极易与外来原子吸附键结，使得表面活性增强；原子扩散通道的晶界增加，原子在纳米结构内的扩散速率将会大大提高，有利于钎料在钎缝中润湿、铺展；四、本发明所述的钎剂的以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂混合而成，KF-AlF3共晶铝钎剂是由KF-AlF3系构成的氟铝酸钾混盐，即在两个中间化合物KAlF4和K3AlF6间的共晶点(AlF3和KF摩尔比为44.5:55.5)处组成的混盐，共晶点温度为558°C，由于Si的存在可使氟铝酸钾钎剂的活性大为增加，因此以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiFJt为界面活性剂，可以显著地提高钎剂的活性；本发明所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料加入该钎剂能够降低表面张力，提高润湿性，对复合材料表面氧化膜的松动、溶解和破除具有重要作用；五、粘结剂使制备是制备焊膏的关键，它是连接钎剂和钎料的桥梁，粘结剂应满足以下条件:粘结剂能将钎剂和钎料很好地结合在一起，并与钎剂和钎料稳定共存、不发生化学反应；粘结剂无刺激性气味适合工厂作业；粘结剂在钎剂和钎料熔化前易于挥发；粘结剂挥发或灼烧后不积碳、无残留等；若仅选择一种粘度合适的物质，均会出现挥发度小，或在保护气氛中分解不完全的情况；为此，选择粘度高和粘度低的物质复配成粘结剂；在低温区，大部分粘度低的物质挥发走，剩余少量粘度高的物质在高温区断裂分解，从而挥发无残留；对于粘度低的物质，选择闪点在180°C 190°C之间、粘度为3.5cp 5cp的白油，在该温度范围内白油不仅挥发度大，而且具有良好的润滑性，有利于焊膏的润滑；对于粘度高的物质，选用松香树脂；本发明所述的粘结剂由白油和松香树脂混合而成，再配以氢化蓖麻油作为触变剂和甘油作为溶剂混合搅拌均匀，可得到粘度合适、油润性好的粘结剂；六、本发明采用中频感应炉进行熔炼，提高熔炼速度；采用环缝喷咀进行氮气雾化，通过控制喷雾压力、漏包漏咀直径和环缝喷咀的环缝间隙，达到控制合金钎料粉粒度的目的；采用远红外线烘箱进行烘干，降低能耗，达到降低制备成本的目的；电耗少，料盘中的合金粉末分布要均匀。本发明所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的粘度适中的判别方法:
1、采用粘度仪进行精确地测量；2、用一定直径的玻璃棒将焊膏搅拌均匀，然后用玻璃棒挑起少量焊膏，并让其自然落下，一般焊膏能挂在玻璃棒头，而不落下，这时焊膏的粘度即可。
图1是试验四采用搭接焊方式得到SiCp/6063Al复合材料焊接接头的应力-应变曲线。
具体实施例方式具体实施方式
一:本实施方式是一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料按质量百分比由30% 35%的合金钎料粉、35% 40%的钎剂和25% 35%的粘结剂混合而成。本实施方式所述的合金钎料粉按质量百分比由21% 25%的Cu、4% 6%的S1、1% 2%的Mg、0.3% 0.7%的Ni和66% 74%的Al制备而成。本实施方式所述的钎剂的以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂混合而成，其中所述的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1: (0.074 0.131)。本实施方式所述的粘结剂按质量百分比由85% 90%的白油、6% 10%的松香树月旨、2% 5%的甘油和0.5% 1.5%的氢化蓖麻油混合而成。本实施方式所述的合金钎料粉粒径为5 μ m 25 μ m的合金钎料粉。本实施方式所述的粘结剂粘度为4cp 5cp。本实施方式所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料解决了现有带状带状或者箔状钎料不利于钎焊过程的自动化，不适宜焊接不规则的、小型的或几何形状复杂的零件的问题，因为本实施方式所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料呈膏状，所以使用时，只需用毛笔或者刷子蘸涂到需焊接处，刷涂面积可大可小，所加钎料数量可多可少，尤其可用气压挤注方式自动挤涂膏状钎料，有利于钎焊过程的自动化。本实施方式所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料适合形状不规则、小型或几何形状复杂的零件上使用，对于目前碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊，所使用的固体钎料一般为丝状、带状或箔状，费工费时，劳动强度大；如果使用膏状钎料则不受零件形状的约束，可很方便的将钎料刷涂到钎接面上，而且节省钎料，没有用带状或箔状钎料钎接时40%左右边角料的浪费。本实施方式所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料是采用5 μ m 25 μ m的合金钎料粉混合而成，与固体钎料的大块本体相比较，比表面积增大，表面原子数增加，这种高表面能的不安定原子极易与外来原子吸附键结，使得表面活性增强；原子扩散通道的晶界增加，原子在纳米结构内的扩散速率将会大大提高，有利于钎料在钎缝中润湿、铺展。本实施方式所述的钎剂的以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂混合而成，KF-AlF3共晶铝钎剂是由KF-AlF3系构成的氟铝酸钾混盐，即在两个中间化合物KAlF4和K3AlF6间的共晶点(AlF3和KF摩尔比为44.5:55.5)处组成的混盐，共晶点温度为558°C，由于Si的存在可使氟铝酸钾钎剂的活性大为增加，因此以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂，可以显著地提高钎剂的活性；本实施方式所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料加入该钎剂能够降低表面张力，提高润湿性，对复合材料表面氧化膜的松动、溶解和破除具有重要作用。粘结剂使制备是制备焊膏的关键，它是连接钎剂和钎料的桥梁，粘结剂应满足以下条件:粘结剂能将钎剂和钎料很好地结合在一起，并与钎剂和钎料稳定共存、不发生化学反应；粘结剂无刺激性气味适合工厂作业；粘结剂在钎剂和钎料熔化前易于挥发；粘结剂挥发或灼烧后不积碳、无残留等；若仅选择一种粘度合适的物质，均会出现挥发度小，或在保护气氛中分解不完全的情况；为此，选择粘度高和粘度低的物质复配成粘结剂；在低温区，大部分粘度低的物质挥发走，剩余少量粘度高的物质在高温区断裂分解，从而挥发无残留；对于粘度低的物质，选择闪点在180°C 190°C之间、粘度为3.5cp 5cp的白油，在该温度范围内白油不仅挥发度大，而且具有良好的润滑性，有利于焊膏的润滑；对于粘度高的物质，选用松香树脂；本实施方式所述的粘结剂由白油和松香树脂混合而成，再配以氢化蓖麻油作为触变剂和甘油作为溶剂混合搅拌均匀，可得到粘度合适、油润性好的粘结剂；具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一的不同点是:所述的白油的闪点为180°C 190°C、粘度为3.5cp 5cp。其他与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三:本实施方式是一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法，具体是按以下步骤完成的:一、制备合金钎料粉:①准备材料:首先将含Cu元素、Si元素、Mg元素、Ni元素和Al元素的原材料进行剪切或破碎至粒径为5mm 20mm,然后放入酒精中超声清洗15min 25min，然后按质量百分比21% 25%的Cu、4% 6%的S1、l% 2%的Mg、0.3% 0.7%的Ni和66% 74%的Al准备材料；②氮气雾化:将步骤一①准备的材料投入中频感应炉熔炼中，并在真空度为0.5 X KT3Pa 1.5 X KT3Pa和加热速率40°C /min 60 °C /min的条件下熔化成金属液，然后将金属液通过环缝喷咀，在喷雾压力为1.5MPa 5MPa、漏包漏咀直径为1.0mm 2.5mm、环缝喷咀的环缝间隙为0.5mm的条件下进行氮气雾化，即得到球形焊料合金粉体，再将球形焊料合金粉体放入远红外线烘箱，并在180°C 220°C的条件下烘干40min 80min,过500 600目筛，即得到粒径为5 μ m 25 μ m的合金钎料粉；二、制备钎剂:①、细化处理:首先向粒径为100 μ m 200 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂中加水磨成糊状，然后置于远红外线烤箱中，在温度为130°C 180°C的条件下烘干40min 80min，然后采用真空球磨机进行球磨，并过500 600目筛，即得到粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂、混合:以粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2S iF6作为界面活性剂进行混合，混匀后即得到钎剂；步骤二②中所述的粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1: (0.074 0.131)；三、制备粘结剂:按质量百分比称取85% 90%的白油、6% 10%的松香树脂、2% 5%的甘油和0.5% 1.5%的氢化蓖麻油，放入反应器中后在温度为85°C 95°C的恒温水浴锅中加热，并搅拌混匀，即得到粘度为4cp 5cp的粘结剂；四、混合:按质量百分比称取30% 35%步骤一制备的合金钎料粉、35% 40%步骤二制备的钎剂和25% 35%步骤三制备的粘度为4cp 5cp的粘结剂，然后放入真空搅拌器中，在真空度为0.5 X 10 1.5 X 10 条件下搅拌混合均匀，即得到用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料。本实施方式制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料解决了现有带状带状或者箔状钎料不利于钎焊过程的自动化，不适宜焊接不规则的、小型的或几何形状复杂的零件的问题，因为本实施方式制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料呈膏状，所以使用时，只需用毛笔或者刷子蘸涂到需焊接处，刷涂面积可大可小，所加钎料数量可多可少，尤其可用气压挤注方式自动挤涂膏状钎料，有利于钎焊过程的自动化。本实施方式制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料适合形状不规则、小型或几何形状复杂的零件上使用，对于目前碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊，所使用的固体钎料一般为丝状、带状或箔状，费工费时，劳动强度大；如果使用膏状钎料则不受零件形状的约束，可很方便的将钎料刷涂到钎接面上，而且节省钎料，没有用带状或箔状钎料钎接时40%左右边角料的浪费。本实施方式制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料是采用5 μ m 25 μ m的合金钎料粉混合而成，与固体钎料的大块本体相比较，比表面积增大，表面原子数增加，这种高表面能的不安定原子极易与外来原子吸附键结，使得表面活性增强；原子扩散通道的晶界增加，原子在纳米结构内的扩散速率将会大大提高，有利于钎料在钎缝中润湿、铺展。本实施方式制备的钎剂的以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂混合而成，KF-AlF3共晶铝钎剂是由KF-AlF3系构成的氟铝酸钾混盐，即在两个中间化合物KAlF4和K3AlF6间的共晶点(AlF3和KF摩尔比为44.5:55.5)处组成的混盐，共晶点温度为558°C，由于Si的存在可使氟铝酸钾钎剂的活性大为增加，因此以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiFJt为界面活性剂，可以显著地提高钎剂的活性；本实施方式制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料加入该钎剂能够降低表面张力，提高润湿性，对复合材料表面氧化膜的松动、溶解和破除具有重要作用。粘结剂使制备是制备焊膏的关键，它是连接钎剂和钎料的桥梁，粘结剂应满足以下条件:粘结剂能将钎剂和钎料很好地结合在一起，并与钎剂和钎料稳定共存、不发生化学反应；粘结剂无刺激性气味适合工厂作业；粘结剂在钎剂和钎料熔化前易于挥发；粘结剂挥发或灼烧后不积碳、无残留等；若仅选择一种粘度合适的物质，均会出现挥发度小，或在保护气氛中分解不完全的情况；为此，选择粘度高和粘度低的物质复配成粘结剂；在低温区，大部分粘度低的物质挥发走，剩余少量粘度高的物质在高温区断裂分解，从而挥发无残留；对于粘度低的物质，选择闪点在180°C 190°C之间、粘度为3.5cp 5cp的白油，在该温度范围内白油不仅挥发度大，而且具有良好的润滑性，有利于焊膏的润滑；对于粘度高的物质，选用松香树脂；本实施方式制备的粘结剂由白油和松香树脂混合而成，再配以氢化蓖麻油作为触变剂和甘油作为溶剂混合搅拌均匀，可得到粘度合适、油润性好的粘结剂。本实施方式采用中频感应炉进行熔炼，提高熔炼速度；采用环缝喷咀进行氮气雾化，通过控制喷雾压力、漏包漏咀直径和环缝喷咀的环缝间隙，达到控制合金钎料粉粒度的目的；采用远红外线烘箱进行烘干，降低能耗，达到降低制备成本的目的；电耗少，料盘中的合金粉末分布要均匀。
具体实施方式
四:本实施方式与具体实施方式
三的不同点是:步骤三中所述的白油的闪点为180°C 190°C、粘度为3.5cp 5cp。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五:本实施方式是一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法，具体是按以下步骤完成的:—、制备合金钎料粉:①准备材料:首先粒径为0.06mm 0.15mm的Cu粉、粒径为
0.06mm 0.15mm 的 Al-Si 粉、粒径为 0.06mm 0.15mm 的 Mg 粉和粒径为 0.06mm 0.15mm的Ni粉按质量百分比21% 25%的Cu、4% 6%的S1、1% 2%的Mg、0.3% 0.7%的Ni和66% 74%的Al进行配比,然后放入行星轮式球磨机中，在转速为400r/min 600r/min、球料比为20:1氩气保护条件下球磨20h 40h，球磨后转移至远红外线烤箱中，在温度为180°C 220°C的条件下烘干40min 80min，然后过500 600目筛，即得到粒径为5 μ m 25 μ m的合金钎料粉；二、制备钎剂:①、细化处理:首先向粒径为100 μ m 200 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂中加水磨成糊状，然后置于远红外线烤箱中，在温度为130°C 180°C的条件下烘干40min 80min，然后采用真空球磨机进行球磨，并过500 600目筛，即得到粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂、混合:以粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂进行混合，混匀后即得到钎剂；步骤二②中所述的粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1: (0.074 0.131)；三、制备粘结剂:按质量百分比称取85% 90%的白油、6% 10%的松香树脂、2% 5%的甘油和0.5% 1.5%的氢化蓖麻油，放入反应器中后在温度为85°C 95°C的恒温水浴锅中加热，并搅拌混匀，即得到粘度为4cp 5cp的粘结剂；四、混合:按质量百分比称取30% 35%步骤一制备的合金钎料粉、35% 40%步骤二制备的钎剂和25% 35%步骤三制备的粘度为4cp 5cp的粘结剂，然后放入真空搅拌器中，在真空度为0.5 X 10 1.5 X 10 条件下搅拌混合均匀，即得到用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料。本实施方式制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料解决了现有带状带状或者箔状钎料不利于钎焊过程的自动化，不适宜焊接不规则的、小型的或几何形状复杂的零件的问题，因为本实施方式制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料呈膏状，所以使用时，只需用毛笔或者刷子蘸涂到需焊接处，刷涂面积可大可小，所加钎料数量可多可少，尤其可用气压挤注方式自动挤涂膏状钎料，有利于钎焊过程的自动化。本实施方式制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料适合形状不规则、小型或几何形状复杂的零件上使用，对于目前碳化硅颗粒增强铝基复合材料钎焊，所使用的固体钎料一般为丝状、带状或箔状，费工费时，劳动强度大；如果使用膏状钎料则不受零件形状的约束，可很方便 的将钎料刷涂到钎接面上，而且节省钎料，没有用带状或箔状钎料钎接时40%左右边角料的浪费。本实施方式制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料是采用5 μ m 25 μ m的合金钎料粉混合而成，与固体钎料的大块本体相比较，比表面积增大，表面原子数增加，这种高表面能的不安定原子极易与外来原子吸附键结，使得表面活性增强；原子扩散通道的晶界增加，原子在纳米结构内的扩散速率将会大大提高，有利于钎料在钎缝中润湿、铺展。本实施方式制备的钎剂的以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂混合而成，KF-AlF3共晶铝钎剂是由KF-AlF3系构成的氟铝酸钾混盐，即在两个中间化合物KAlF4和K3AlF6间的共晶点(AlF3和KF摩尔比为44.5:55.5)处组成的混盐，共晶点温度为558°C，由于Si的存在可使氟铝酸钾钎剂的活性大为增加，因此以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiFJt为界面活性剂，可以显著地提高钎剂的活性；本实施方式制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料加入该钎剂能够降低表面张力，提高润湿性，对复合材料表面氧化膜的松动、溶解和破除具有重要作用。粘结剂使制备是制备焊膏的关键，它是连接钎剂和钎料的桥梁，粘结剂应满足以下条件:粘结剂能将钎剂和钎料很好地结合在一起，并与钎剂和钎料稳定共存、不发生化学反应；粘结剂无刺激性气味适合工厂作业；粘结剂在钎剂和钎料熔化前易于挥发；粘结剂挥发或灼烧后不积碳、无残留等；若仅选择一种粘度合适的物质，均会出现挥发度小，或在保护气氛中分解不完全的情况；为此，选择粘度高和粘度低的物质复配成粘结剂；在低温区，大部分粘度低的物质挥发走，剩余少量粘度高的物质在高温区断裂分解，从而挥发无残留；对于粘度低的物质，选择闪点在180°C 190°C之间、粘度为3.5cp 5cp的白油，在该温度范围内白油不仅挥发度大，而且具有良好的润滑性，有利于焊膏的润滑；对于粘度高的物质，选用松香树脂；本实施方式制备的粘结剂由白油和松香树脂混合而成，再配以氢化蓖麻油作为触变剂和甘油作为溶剂混合搅拌均匀，可得到粘度合适、油润性好的粘结剂。
具体实施方式
六:本实施方式与具体实施方式
五的不同点是:步骤一①中所述的Al-Si粉中Si元素的质量分数为20%。其他与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七:本实施方式与具体实施方式
五或六之一不同点是:步骤三中所述的白油的闪点为180°C 190°C、粘度为3.5cp 5cp。其他与具体实施方式
五或六相同。
具体实施方式
八:本实施方式是一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的使用方法，具体是按以下步骤完成的:用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料采用涂覆式布料或针管式布料，布料完毕后置于氮气保护的气氛炉中，在真空度为0.5 X KT1Pa
1.5X KT1Pa和加热速率20°C /min 40°C /min条件下升温至550°C 590°C，并在温度为550°C 590°C下保温25min 35min，然后随炉冷却至室温后取出，即完成焊接。采用下述试验验证本发明效果:试验一:一、制备合金钎料粉:①准备材料:首先将含Cu元素、Si元素、Mg元素、Ni元素和Al元素的原材料进行剪切或破碎至粒径为20mm，然后放入酒精中超声清洗20min，然后按质量百分比23%的Cu、5%的S1、1.5%的Mg、0.5%的Ni和70%的Al准备材料；②氮气雾化:将步骤一①准备的材料投入中频感应炉熔炼中，并在真空度为I X KT3Pa和加热速率500C /min的条件下熔化成金属液，然后将金属液通过环缝喷咀，在喷雾压力为3.5MPa、漏包漏咀直径为2mm、环缝喷咀的环缝间隙为0.5mm的条件下进行氮气雾化，即得到球形焊料合金粉体，再将球形焊料合金粉体放入远红外线烘箱，并在20(TC的条件下烘干2h，过600目筛，即得到粒径为5 μ m 25 μ m的合金钎料粉；二、制备钎剂:①、细化处理:首先向粒径为150 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂中加水磨成糊状，然后置于远红外线烤箱中，在温度为150°C的条件下烘干60min，然后采用真空球磨机进行球磨，并过600目筛，即得到粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂；②、混合:以粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂进行混合，混匀后即得到钎剂；步骤二②中所述的粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1:0.1 ;三、制备粘结剂:按质量百分比称取88%的白油、8%的松香树脂、3%的甘油和1%的氢化蓖麻油，放入反应器中后在温度为90°C的恒温水浴锅中加热，并搅拌混匀，即得到粘度为4.2的粘结剂；四、混合:按质量百分比称取32.5%步骤一制备的合金钎料粉、37.5%步骤二制备的钎剂和30%步骤三制备的粘度为4.2的粘结剂，然后放入真空搅拌器中，在真空度为I X IO-3Pa条件下搅拌混合均匀，即得到用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料。利用DTA装置测量本试验制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料DSC曲线，进而标定其固相线为579°C和液相线586°C ;该温度主要是本试验制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料中合金钎料粉的固液相线。润湿性试验在氩气保护炉中进行，试验材是55%SiCp/6063Al复合材料薄板，尺寸为IOmmX IOmmX 2mm,采用涂覆式布料将本试验制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料布料到55%SiCp/6063Al复合材料薄板上，在钎焊温度586°C下保温时间30min，经测量润湿角为39°，表明润湿性和铺展性良好。试验二:一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法，具体是按以下步骤完成的:—、制备合金钎料粉:①准备材料:首先粒径为0.06mm 0.15mm的Cu粉、粒径为
0.06mm 0.15mm 的 Al-Si 粉、粒径为 0.06mm 0.15mm 的 Mg 粉和粒径为 0.06mm 0.15mm的Ni粉按质量百分比23%的Cu、5%的S1、1.5%的Mg、0.5%的Ni和70%的Al进行配比，然后放入行星轮式球磨机中，在转速为500r/min、球料比为20:1IS气保护条件下球磨30h,球磨后转移至远红外线烤箱中，在温度为200°C的条件下烘干60min，然后过600目筛，即得到粒径为5 μ m 25 μ m的合金钎料粉；二、制备钎剂:①、细化处理:首先向粒径为150 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂中加水磨成糊状，然后置于远红外线烤箱中，在温度为120°C的条件下烘干60min，然后采用真空球磨机进行球磨，并过600目筛，即得到粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂；②、混合:以粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂进行混合，混匀后即得到钎剂；步骤二②中所述的粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1:0.1 ;三、制备粘结剂:按质量百分比称取88%的白油、8%的松香树脂、3%的甘油和1%的氢化蓖麻油，放入反应器中后在温度为90°C的恒温水浴锅中加热，并搅拌混匀，即得到粘度为4.8cp的粘结剂；四、混合:按质量百分比称取32.5%步骤一制备的合金钎料粉、37.5%步骤二制备的钎剂和30%步骤三制备的粘度为4.Scp的粘结剂，然后放入真空搅拌器中，在真空度为I X IO-3Pa条件下搅拌混合均匀，即得到用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料。利用DTA装置测量本试验制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料DSC曲线，进而标定其固相线为580°C和液相线585°C ;该温度主要是本试验制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料中合金钎料粉的固液相线。润湿性试验在氩气保护炉中进行，试验材是55%SiCp/6063Al复合材料薄板，尺寸为IOmmX IOmmX 2mm,采用涂覆式布料将本试验制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料布料到55%SiCp/6063Al复合材料薄板上，在钎焊温度586°C下保温时间30min，经测量润湿角为40°，表明润湿性和铺展性良好。试验三:一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的使用方法，具体是按以下步骤完成的:用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料采用涂覆式布料，布料完毕后置于氮气保护的气氛炉中，在真空度为I X IO4Pa和加热速率30°C /min条件下升温至586°C，并在温度为586°C下保温30min，然后随炉冷却至室温后取出，即完成焊接。本试验所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料是试验一制备的。本试验采用搭接焊方式对SiCp/6063Al复合材料进行焊接，剪切实验在CTM2050微机控制电子万能试验机上进行，通过检测可知焊膏处的剪切强度为35Mpa，该剪切强度表明，该试验一制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料对于SiCp/6063Al复合材料的焊接效果较好，能够形成冶金结合。试验四:一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的使用方法，具体是按以下步骤完成的:用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料采用针管式布料，布料完毕后置于氮气保护的气氛炉中，在真空度为I X IO4Pa和加热速率30°C /min条件下升温至585°C，并在温度为585°C下保温30min，然后随炉冷却至室温后取出，即完成焊接。本试验所述的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料是试验二制备的。本试验采用搭接焊方式对SiCp/6063Al复合材料进行焊接，剪切实验在CTM2050微机控制电子万能试验机上进行，检测结果如图1所示，图1是本试验采用搭接焊方式得到SiCp/6063Al复合材料焊接接头的应力-应变曲线；通过图1可知焊膏处的剪切强度为35Mpa，该剪切强度表明，该试验二制备的用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料对于SiCp/6063Al复合材料的焊接效果较好，能够形成冶金结合。
权利要求
1.一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料，其特征在于用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料按质量百分比由30% 35%的合金钎料粉、35% 40%的钎剂和25% 35%的粘结剂混合而成；所述的合金钎料粉按质量百分比由21% 25%的Cu、4% 6%的S1、1% 2%的Mg、0.3% 0.7%的Ni和66% 74%的Al制备而成；所述的钎剂的以KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加入K2SiF6作为界面活性剂混合而成，其中所述的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1: (0.074 0.131);所述的粘结剂按质量百分比由85% 90%的白油、6% 10%的松香树脂、2% 5%的甘油和0.5% 1.5%的氢化蓖麻油混合而成；所述的合金钎料粉粒径为5 μ m 25 μ m的合金钎料粉；所述的粘结剂粘度为4cp 5cp。
2.根据权利要求1所述的一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料，其特征在于所述的白油的闪点为180°C 190°C、粘度为3.5cp 5cp。
3.如权利要求1所述的一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法，其特征在于用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法是按以下步骤完成的: 一、制备合金钎料粉:①准备材料:首先将含Cu元素、Si元素、Mg元素、Ni元素和Al元素的原材料进行剪切或破碎至粒径为5mm 20mm,然后放入酒精中超声清洗15min 25min，然后按质量百分比21% 25%的Cu、4% 6%的S1、l% 2%的Mg、0.3% 0.7%的Ni和66% 74%的Al准备材料；②氮气雾化:将步骤一①准备的材料投入中频感应炉熔炼中，并在真空度为0.5 X KT3Pa 1.5 X KT3Pa和加热速率40°C /min 60°C /min的条件下熔化成金属液，然后将金属液通过环缝喷咀，在喷雾压力为1.5MPa 5MPa、漏包漏咀直径为1.0mm 2.5mm、环缝喷咀的环缝间隙为0.5mm的条件下进行氮气雾化，即得到球形焊料合金粉体，再将球形焊料合金粉体放入远红外线烘箱，并在180°C 220°C的条件下烘干40min 80min,过500 600目筛，即得到粒径为5 μ m 25 μ m的合金钎料粉； 二、制备钎剂:①、细化处理:首先向粒径为ΙΟΟμπι 200μπι的KF-AlF3共晶铝钎剂中加水磨成糊状，然后置于远红外线烤箱中，在温度为130°C 180°C的条件下烘干40min 80min,然后采 用真空球磨机进行球磨，并过500 600目筛，即得到粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂、混合:以粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加AK2SiF6作为界面活性剂进行混合，混匀后即得到钎剂；步骤二②中所述的粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1: (0.074 0.131)； 三、制备粘结剂:按质量百分比称取85% 90%的白油、6% 10%的松香树脂、2% 5%的甘油和0.5% 1.5%的氢化蓖麻油，放入反应器中后在温度为85°C 95°C的恒温水浴锅中加热，并搅拌混勻，即得到粘度为4cp 5cp的粘结剂； 四、混合:按质量百分比称取30% 35%步骤一制备的合金钎料粉、35% 40%步骤二制备的钎剂和25% 35%步骤三制备的粘度为4cp 5cp的粘结剂，然后放入真空搅拌器中，在真空度为0.5X 10_3Pa 1.5X 10_3Pa条件下搅拌混合均匀，即得到用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料。
4.根据权利要求3所述的一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的白油的闪点为180°C 190°C、粘度为3.5cp 5cp。
5.如权利要求1所述的一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法，其特征在于用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法是按以下步骤完成的: 一、制备合金钎料粉:①准备材料:首先粒径为0.06mm 0.15mm的Cu粉、粒径为`0.06mm 0.15mm 的 Al-Si 粉、粒径为 0.06mm 0.15mm 的 Mg 粉和粒径为 0.06mm 0.15mm的Ni粉按质量百分比21% 25%的Cu、4% 6%的S1、1% 2%的Mg、0.3% `0.7%的Ni和66% 74%的Al进行配比,然后放入行星轮式球磨机中，在转速为400r/min 600r/min、球料比为20:1氩气保护条件下球磨20h 40h，球磨后转移至远红外线烤箱中，在温度为180°C 220°C的条件下烘干40min 80min，然后过500 600目筛，即得到粒径为5 μ m `25 μ m的合金钎料粉； 二、制备钎剂:①、细化处理:首先向粒径为10(^111 20(^111的1^41 3共晶铝钎剂中加水磨成糊状，然后置于远红外线烤箱中，在温度为130°C 180°C的条件下烘干40min 80min,然后采用真空球磨机进行球磨，并过500 600目筛，即得到粒径为`20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂、混合:以粒径为20 μ m 25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂为基体加AK2SiF6作为界面活性剂进行混合，混匀后即得到钎剂；步骤二②中所述的粒径为20 μ m `25 μ m的KF-AlF3共晶铝钎剂与K2SiF6的质量比为1: (0.074 `0.131)；` 三、制备粘结剂:按质量百分比称取85% 90%的白油、6% 10%的松香树脂、2% 5%的甘油和0.5% 1.5%的氢化蓖麻油，放入反应器中后在温度为85°C 95°C的恒温水浴锅中加热，并搅拌混勻，即得到粘度为4cp 5cp的粘结剂； 四、混合:按质量百分比称取30% 35%步骤一制备的合金钎料粉、35% 40%步骤二制备的钎剂和25% 35%步骤三制备的粘度为4cp 5cp的粘结剂，然后放入真空搅拌器中，在真空度为0.5X 10_3Pa 1.5X 10_3Pa条件下搅拌混合均匀，即得到用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料。
6.根据权利要求5所述的一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的Al-Si粉中Si元素的质量分数为20%。
7.根据权利要求5所述的一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的白油的`闪点为180°C 190°C、粘度为3.5cp 5cp。
8.如权利要求1所述的一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的使用方法，其特征在于用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料的使用方法是按以下步骤完成的:用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料采用涂覆式布料或针管式布料，布料完毕后置于氮气保护的气氛炉中，在真空度为0.5X KT1Pa 1.5X KT1Pa和加热速率20°C /min 40°C /min条件下升温至550°C 590°C，并在温度为550°C 590°C下保温25min 35min，然后随炉冷却至室温后取出，即完成焊接。
全文摘要
一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料及其制备方法和使用方法，它涉及一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的钎料及其制备方法和使用方法。本发明的目的是要解决现有带状带状或者箔状钎料不利于钎焊过程的自动化，不适宜焊接不规则的、小型的或几何形状复杂的零件的问题。一种用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料由合金钎料粉、钎剂和粘结剂混合而成；制备方法一、制备合金钎料粉；二、制备钎剂；三、制备粘结剂；四、混合，即得到用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料；使用方法采用涂覆式布料或针管式布料，然后进行真空加热处理，即完成焊接。本发明主要用于制备用于SiCp/Al复合材料硬钎焊的膏状钎料。
文档编号B23K1/19GK103100800SQ20131007675
公开日2013年5月15日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者牛济泰, 王鹏, 杨顺成, 徐冬霞, 李强 申请人:河南理工大学, 郑州正机协和能源装备科技有限公司, 河南晶泰航空航天高新材料科技有限公司