泡沫铝的钎焊方法

专利名称：泡沫铝的钎焊方法
技术领域：
本发明涉及一种可以泡沫铝板之间在对接、搭接、榫接等位置条件下实现不 可拆卸的连接的方法，尤其涉及一种泡沫铝的钎焊方法。
背景技术：
泡沫铝是一种含有大量均匀闭合孔隙的新型铝基金属材料，由于其独特的物 理结构而具备许多优异性能，具有轻质(P〈1)，高比强度和比刚度，同时又具 备隔(吸)声、隔热、阻燃、阻尼、冲击能量吸收和电磁屏蔽等多种特性，实现 了结构材料的轻质多功能化，因而具有广泛的应用前景。特别在航天航空等高技 术领域，高孔隙率泡沫铝(孔隙率P，即孔隙在材料中所占的比例)作为超轻材 料，己成为国际材料研究的前沿热点。如果泡沫铝在应用过程中无法与之或其它 材料实现可靠而实用化的连接，其需求将受到极大限制。焊接作为重要材料加工 成型环节之一，具有较明显的连接性能优势，因此本发明对泡沫铝实现更广泛的 工业化应用提供了可能。发明内容本发明提供了一种泡沫铝的钎焊方法，本发明可用于复杂结构形状的泡沫铝 成型加工、小件泡沫铝板之间的拼接扩大和泡沫铝与铝实体板之间的连接，具有 工艺简单、连接可靠、成本低、结构整体性强，不破坏泡沫铝的孔结构、耐高温、 耐腐蚀和耐老化的特点。本发明采用如下技术方案 一种泡沫铝的钎焊方法，第一步对泡沫铝待连 接件进行除锈去油处理，第二步根据待连接件连接面的尺寸，将厚度为0.8 lmm的箔片钎料剪裁成相应大小的带状长条，第三步将K3A1F6和KA1F4按1: 1 2混合加热到熔融状态再冷却，从而得到结晶物，将结晶物经过研磨处理成粉状作为钎剂备用，第四步将粉末状钎剂加入化学纯乙醇，调制成重量比为1:2.5 3.5的混合悬液，均匀涂抹在待连接件连接面，第五步将剪载成相应大小的带状长条置于经钎剂处理后的待连接面之间，调整好装配位置，然后用夹具保持精确装配状态，第六步；将已装配完成的待连接件放入真空炉内加热，升温时 启动真空泵机组抽真空，待温度升至350 37(TC关闭真空泵机，其间保持炉内 不低于5.25X 10—2Pa的真空度，然后打开氮气电磁阔门，注入纯度不低于99.999% 的氮气，持续加热至595 605。C保温3 6min，最后断电冷却至360 365'C打 开炉腔取出，本步骤在第一步完成后24h内进行，第七步将连接后的泡沫铝在 清水中洗净钎缝中的残余物即可。钎料采用在达到Al-Si共晶成份的合金中加入 Mg并加工成厚度为0.8 lmm的箔片，该钎料包括Al、 Si和Mg，其质量百分 数为Si9 U、 Mg2.50及余量Al，钎料杂质<0.7且杂质Cu<0.30。除锈去油 处理是先将待焊泡沫铝本体放置在40 60°C、浓度为5~8%NaOH溶液中浸渍 7min，取出用洁净水完全冲洗后放入浓度为30 40MHNO3溶液中和1.5min，然 后净水洗净，晾干后再采用丙酮清洗，最后放入120 130"C保温的烘箱中烘干备用o与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明利用高温条件下钎剂的熔化铺展，破坏并清除了泡沫铝表面的氧化 膜，改善了熔化钎料在泡沫铝表面的润湿性，达到钎焊温度并保温时，利用钎料 熔化发生的共晶反应，形成的共晶钎料液相在毛细作用下渗入到钎缝断面，表面 张力促使连接两母材并形成縮颈形液柱，随着共晶反应液相量的增加，整个液相 向四周不断扩展。在表面张力作用下共晶反应铺展区形成的微薄液相扩展，Al 表面膜体剥离物随着反应液相的扩展而浮于液相周围并推开，这样就达到了去除 表面膜的目的，冷却凝固后即形成钎焊接头。该连接方法耗时短，连接可靠，质量稳定。本发明有益效果如下1. 本发明在碱、酸和丙酮等介质不同的预处理作用，去除了泡沫铝表面的致密氧化膜和油污，随后利用577'C理论共晶条件下钎剂的熔化铺展，破坏并清 除了泡沫铝表面的氧化膜，改善了随后熔化的钎料在泡沫铝表面的润湿性质，使 钎料在两个泡沫铝界面之间形成共晶凝固，从而实现了泡沫铝之间的冶金接合。2. 本发明在泡沫铝板之间钎缝处的钎料为0. 8 lmm的Al-Si共晶成份的合 金箔片，在受热条件下完全熔化，由于表面张力作用下而回縮至两个连接端面处 的胞壁接合处，未形成完整的接合界面膜层，因此不破坏泡沫铝的孔结构。3. 本发明由于利用了铝硅共晶凝固作用，理论上铝硅共晶反应温度为577 °C，钎悍最高温度为605'C与纯铝熔点667'C接近，因此钎缝可以耐受较高温度。与常规粘接和低温钎焊连接相比，具有耐高温的优势。4. 本发明由于实现了泡沫铝之间的冶金接合，钎缝主要是铝硅共晶组织， 化学性质与泡沫铝本体极为相近，钎缝不大于0.5mm，表面在高温作用下仍可以 形成致密氧化膜，因此具有耐腐蚀，耐油浸的特点。5. 本发明是金属间的接合，与粘接相比，不存在紫外线等空间射线条件下 的老化问题，连接可靠，具有良好的空间适应性。6. 本发明实现的连接接头可直接应用于工作环境。7. 本发明在钎接过程中加热时间短，可在同一炉中同时放入多个待连接件， 完成多个连接工作，因此具有批量加工，成本低的特点。8. 泡沫铝待连接件结构整体放入真空炉中加热，受热均匀，因此焊后不存 在残余应力。9. 本发明简便易行，容易实现自动化。10. 采用丙酮调制钎剂，丙酮在受热条件下加速挥发，因而保证钎剂粉末在 被连接面上分布散布，丙酮具有脱水作用，有利于保持待连接面上干燥。11. 本发明所采用的钎料成份中加入了镁金属，从而可以在真空炉中形成还 原性气氛，利用镁比铝更为活泼的化学性质避免被焊接件氧化膜的形成。


图l为采用本发明方法连接的泡沫铝样品。泡沬铝孔隙率为83. 7%，孔径为 1 5 mm。图2为采用本发明方法的钎剂涂抹在泡沫铝胞壁表面并放置在577'C高纯氮 气保护的真空炉中保温2 min后冷却，在扫描电子显微镜下观察到的胞壁表面结 构形态，右上角为残存的少量八1203，胞壁棱面的纯铝已完全显露出来。
具体实施例方式
实施例l:一种泡沫铝的钎焊方法-第一步对泡沫铝待连接件进行除锈去油处理，第二步根据待连接件连接面的尺寸，将厚度为0.8 lmm的箔片钎料剪裁 成相应大小的带状长条，第三步将K3A1F6和KA1F4按1: 1 2混合加热到熔融状态再冷却，从而得到结晶物，将结晶物经过研磨处理成粉状作为钎剂备用，第四步将粉末状钎剂加入工业纯乙醇，调制成重量比为l: 2.5 3.5的混 合悬液，均匀涂抹在待连接件连接面，第五步将剪载成相应大小的带状长条置于经钎剂处理后的待连接面之间， 调整好装配位置，然后用夹具保持精确装配状态，第六步；将已装配完成的待连接件放入真空炉内加热，升温时启动真空泵机 组抽真空，待温度升至350 370。C关闭真空泵机，其间保持炉内不低于5.25X 10,a的真空度，然后打开氮气电磁阀门，注入纯度不低于99.999%的氮气，持 续加热至595 605"C保温3 6min，最后断电冷却至360'C打开炉腔取出，本步 骤在第一步完成后24h内进行，第七步将连接后的泡沫铝在清水中洗净钎缝中的残余物即可。实施例2:一种泡沫铝的钎焊方法，第一步对泡沫铝待连接件进行除锈去油处理，第二步根据待连接件连接面的尺寸，将厚度为0.8mm的箔片钎料剪裁成相应大小的带状长条，第三步将K3A1F6和KA1F4按1: 1混合加热到熔融状态再冷却，从而 得到结晶物，将结晶物经过研磨处理成粉状作为钎剂备用，第四步将粉末状钎 剂加入化学纯乙醇，调制成重量比为1: 2.5的混合悬液，均匀涂抹在待连接件 连接面，第五步将剪载成相应大小的带状长条置于经钎剂处理后的待连接面之 间，调整好装配位置，然后用夹具保持精确装配状态，第六步；将已装配完成的 待连接件放入真空炉内加热，升温时启动真空泵机组抽真空，待温度升至35(TC 关闭真空泵机，其间保持炉内不低于5.25乂10,&的真空度，然后打开氮气电磁 阀门，注入纯度不低于99.999%的氮气，持续加热至595'C保温3min，最后断电 冷却至360'C打开炉腔取出，本步骤在第一步完成后24h内进行，第七步将连 接后的泡沫铝在清水中洗净钎缝中的残余物即可。钎料采用在达到Al-Si共晶成 份的合金中加入Mg并加工成厚度为0.8mm的箔片，该钎料包括Al、 Si和Mg， 其质量百分数为Si 9、 Mg2.50及余量Al，钎料杂质<0.7且杂质Cu<0.30。 除锈去油处理是先将待焊泡沫铝本体放置在40°C、浓度为5%NaOH溶液中浸渍 7min，取出用洁净水完全冲洗后放入浓度为30MHNO3溶液中和1.5min，然后净 水洗净，晾干后再采用丙酮清洗，最后放入12(TC保温的烘箱中烘干备用。实施例3:一种泡沫铝的钎焊方法，第一步对泡沫铝待连接件进行除锈去油处理，第二步: 根据待连接件连接面的尺寸，将厚度为lmm的箔片钎料剪裁成相应大小的带状 长条，第三步将K3A1F6和KA1F4按1: 2混合加热到熔融状态再冷却，从而 得到结晶物，将结晶物经过研磨处理成粉状作为钎剂备用，第四步将粉末状钎 剂加入化学纯乙醇，调制成重量比为l: 3.5的混合悬液，均匀涂抹在待连接件 连接面，第五步将剪载成相应大小的带状长条置于经钎剂处理后的待连接面之 间，调整好装配位置，然后用夹具保持精确装配状态，第六步；将已装配完成的 待连接件放入真空炉内加热，升温时启动真空泵机组抽真空，待温度升至37(TC 关闭真空泵机，其间保持炉内不低于5.25乂10—￥&的真空度，然后打开氮气电磁 阀门，注入纯度不低于99.999%的氮气，持续加热至605'C保温6min，最后断电 冷却至365'C打开炉腔取出，本步骤在第一步完成后24h内进行，第七步将连 接后的泡沫铝在清水中洗净钎缝中的残余物即可。钎料采用在达到Al-Si共晶成 份的合金中加入Mg并加工成厚度为lmm的箔片，该钎料包括A1、 Si和Mg， 其质量百分数为Sill、 Mg2.50及余量Al，钎料杂质<0.7且杂质Cu〈0.30。 除锈去油处理是先将待焊泡沫铝本体放置在60°C、浓度为8%NaOH溶液中浸渍 7min，取出用洁净水完全冲洗后放入浓度为40。/。HNO3溶液中和1.5min，然后净 水洗净，晾干后再采用丙酮清洗，最后放入13(TC保温的烘箱中烘干备用。实施例4:一种泡沫铝的钎焊方法，第一步对泡沬铝待连接件进行除锈去油处理，第二歩根据待连接件连接面的尺寸，将厚度为0.9mm的箔片钎料剪裁成相应大小的带 状长条，第三步将K3A1F6和KA1F4按1: 1.5混合加热到熔融状态再冷却，从 而得到结晶物，将结晶物经过研磨处理成粉状作为钎剂备用，第四步将粉末状 钎剂加入化学纯乙醇，调制成重量比为l: 3的混合悬液，均匀涂抹在待连接件 连接面，第五步将剪载成相应大小的带状长条置于经钎剂处理后的待连接面之 间，调整好装配位置，然后用夹具保持精确装配状态，第六步；将已装配完成的待连接件放入真空炉内加热，升温时启动真空泵机组抽真空，待温度升至36(TC 关闭真空泵机，其间保持炉内不低于5.25乂10—￥&的真空度，然后打开氮气电磁 阀门，注入纯度不低于99.999%的氮气，持续加热至60(TC保温5min，最后断电 冷却至362'C打开炉腔取出，本步骤在第一步完成后24h内进行，第七步将连接后的泡沫铝在清水中洗净钎缝中的残余物即可。钎料采用在达到Al-Si共晶成 份的合金中加入Mg并加工成厚度为0.9mm的箔片，该钎料包括Al、 Si和Mg， 其质量百分数为Si 10、 Mg2.50及余量Al，钎料杂质<0.7且杂质01<0.30。 除锈去油处理是先将待焊泡沫铝本体放置在5(TC、浓度为7。/。NaOH溶液中浸渍 7min，取出用洁净水完全冲洗后放入浓度为35n/。HN03溶液中和1.5min，然后净 水洗净，晾干后再采用丙酮清洗，最后放入125t:保温的烘箱中烘干备用。
权利要求
1.一种泡沫铝的钎焊方法，其特征在于第一步对泡沫铝待连接件进行除锈去油处理，第二步根据待连接件连接面的尺寸，将厚度为0.8～1mm的箔片钎料剪裁成相应大小的带状长条，第三步将K3AlF6和KAlF4按1∶1～2混合加热到熔融状态再冷却，从而得到结晶物，将结晶物经过研磨处理成粉状作为钎剂备用，第四步将粉末状钎剂加入化学纯乙醇，调制成重量比为1∶2.5～3.5的混合悬液，均匀涂抹在待连接件连接面，第五步将剪载成相应大小的带状长条置于经钎剂处理后的待连接面之间，调整好装配位置，然后用夹具保持精确装配状态，第六步；将已装配完成的待连接件放入真空炉内加热，升温时启动真空泵机组抽真空，待温度升至350～370℃关闭真空泵机，其间保持炉内不低于5.25×10-2Pa的真空度，然后打开氮气电磁阀门，注入纯度不低于99.999％的氮气，持续加热至595～605℃保温3～6min，最后断电冷却至360～365℃打开炉腔取出，本步骤在第一步完成后24h内进行，第七步将连接后的泡沫铝在清水中洗净钎缝中的残余物即可。
2. 根据权利要求1所述的泡沫铝的钎焊方法，其特征在于钎料采用在达到 Al-Si共晶成份的合金中加入Mg并加工成厚度为0.8 lmm的箔片，该钎料包 括A1、 Si和Mg，其质量百分数为Si9 U、 Mg2.50及余量Al，钎料杂质<0.7 且杂质Cu<0.30。
3. 根据权利要求1所述的泡沫铝的钎焊方法，其特征在于除锈去油处理是 先将待焊泡沫铝本体放置在40 6(TC、浓度为5-8n/。NaOH溶液中浸渍7min，取 出用洁净水完全冲洗后放入浓度为30 40n/。HNO3溶液中和1.5min，然后净水洗 净，晾干后再采用丙酮清洗，最后放入120 13(TC保温的烘箱中烘干备用。
全文摘要
一种泡沫铝的钎焊方法，对泡沫铝待连接件进行除锈去油处理，根据待连接件连接面的尺寸，将箔片钎料剪裁成相应大小的带状长条，将K₃AlF₆和KAlF₄混合加热到熔融状态再冷却，从而得到结晶物，将结晶物经过研磨处理成粉状作为钎剂备用，将粉末状钎剂加入化学纯乙醇，均匀涂抹在待连接件连接面，将剪载成相应大小的带状长条置于经钎剂处理后的待连接面之间，调整好装配位置，然后用夹具保持精确装配状态，将已装配完成的待连接件放入真空炉内加热，升温时启动真空泵机组抽真空，其间保持炉内真空度，然后打开氮气电磁阀门，注入氮气，持续加热保温3～6min，最后冷却至360～365℃打开炉腔取出，将连接后的泡沫铝在清水中洗净钎缝中的残余物即可。
文档编号B23K1/008GK101214569SQ20081001916
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月15日 优先权日2008年1月15日
发明者何德坪, 何思渊, 张勇明, 辉 王, 褚旭明 申请人:东南大学