Al-Si-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料及其制备方法
【专利摘要】一种Al-Si-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料及其制备方法，主要用于铝合金的真空钎焊。该钎料由以下含量的成分组成：Si10.5～13.5wt％、Cu3.5～5.5wt％、Mg1.0～2.2wt％，Al余量，该钎料熔化温度低，钎焊工艺性好，具有良好的润湿性，焊着率高于85％；焊缝抗拉强度σb≥100MPa，剪切强度τ≥50MPa，适于3A21、2A50、6063及6061等多种铝合金中温或分级真空钎焊；其制备方法包括备料、制备中间合金、合金熔铸、热处理、热挤压和轧制等，该制备方法简单，利于批量生产。采用该方法可制备出厚度0.10mm，宽度320mm的箔状钎料，更适用于较大规格铝合金构件的真空钎焊。
【专利说明】 Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料及其制备方法，主要用于铝合金的真空钎焊，属于冶金和压延加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]铝及铝合金具有优异的力学性能，其密度小，比强度高，导电、导热性高，耐腐蚀性强，已广泛的应用于航天、航空、建筑、电器、汽车和船舶等领域，因此铝合金的连接及其加工工艺在产品制造中起着非常重要的作用。铝合金的连接方式多种多样，钎焊就是十分重要的一种，由于钎焊焊缝成形美观、焊接变形小等特点，在航空、航天、电子电力、船舶等行业得到广泛应用，特别是对重要部件的接头一般采用真空钎焊，因真空钎焊具有不需要任何钎剂，不需要焊前焊后的复杂清理工作，操作简单，生产率高，接头强度高以及加工装配简单等特点，从长远看，其应用必将愈来愈广泛。
[0003]钎料是钎焊时使用的一种金属连接材料。为了获得优质的钎焊接头，通常钎料应满足如下要求:(1)能润湿母材，并与其形成牢固的连接；(2)良好的流动性能，钎料借助毛细作用在接头中铺展，形成致密的钎缝；(3)成分均匀，熔化间隔小；(4)钎焊接头强度性能好，耐腐蚀，并能满足其他特殊性能的要求。
[0004]铝-铝钎焊较之其它合金难于钎焊之处，在于其表面有一层极为致密的氧化膜，这层氧化膜的性能非常稳定，又能在旧膜破坏时随时生成新膜。而铝钎焊时必须破坏这层膜，否则熔化的钎料无法与母材润湿。铝合金真空钎焊一般采用AlSiMg合金钎料，钎焊温度一般在600°C?615°C，用于2A50、6061等可热处理强化铝合金真空钎焊时，母材容易过烧，焊后焊接接头软化严重，强度系数降低，也易使母材过度溶解，产生溶蚀缺陷，无法保证产品的焊接质量。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料，该钎料为铝合金真空钎焊用中温四组元钎料，该钎料成分设计科学、配比合理，可推广应用于多种铝合金构件钎焊。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种所述Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料的制备方法，该方法简单，利于钎料的批量生产。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]一种Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料，该钎料由以下含量的成分组成:Sil0.5 ?13.5wt%,Cu 3.5 ?5.5wt%,Mg 1.0 ?2.2wt%, Al 余量。
[0009]所述钎料的熔化温度为500°C?562°C，真空钎焊温度不高于595°C。
[0010]所述钎料的厚度0.1Omm,宽度为320mm。
[0011 ] 一种上述Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料的制备方法，采用“熔铸-热处理-热挤压-热开坯轧制-冷轧”方法，包括以下步骤:[0012](I)备料:选择原料，其中铝的纯度大于99.99%，硅选用多晶硅，铜选用无氧铜，镁的纯度大于99.99% ;按照各组分的质量百分比称取原料；
[0013](2)制备中间合金:向中频感应炉的石墨樹祸内加入招徒，升温待招徒溶化后，加入铜锭，使炉温升至900~950°C，充分搅拌，待铜锭全部熔清后，铸锭，合金浇铸温度900~950°C，得到Al-Cu中间合金；
[0014]向中频感应炉的石墨坩埚内加入铝锭，升温待铝锭熔化后，使炉温升至800°C，将多晶硅压入铝液，待多晶硅全部熔清后，在1000°C保温lOmin，充分搅拌，铸锭，合金浇铸温度1000~1050°C，得到Al-Si中间合金；
[0015](3)合金熔铸:将纯铝放入中频感应炉的石墨坩埚中，升温，待铝锭全部熔化后，依次加入Al-Cu、Al-Si中间合金，待中间合金全部熔清后，升温至750°C，保温15min，用石墨罩将六氯乙烷压入合金液底部搅拌进行脱气、造渣，扒渣完毕，撒少许精炼剂，精炼剂选择氟铝酸钾，除去表面浮渣，升温至680~720°C，添加镁块，充分搅拌，浇铸得到铸锭；
[0016](4)铸锭热处理:将得到的铸锭置于电阻炉中，于450°C保温8h ；
[0017](5)热挤压:热挤压温度450°C,挤压制得带材厚度4mm,宽度85mm ；
[0018](6)热开还轧制:挤压带材热轧开还轧制温度为450°C,热轧结束带材厚度为2mm,道次加工率10%~12% ;
[0019](7)冷轧制:将热轧后的带材进行冷轧制，冷轧制的温度为5°C~50°C，然后进行两次退火处理，退火温度 为450°C，保温2h。
[0020]所述步骤(2)中Al-Cu中间合金中铜的含量为50wt%，Al-Si中间合金中硅的含量为30wt%。
[0021]所述步骤(3)中六氯乙烧的用量为炉量的0.3~0.4wt*%,精炼剂的用量为炉量的0.2 ~0.3wt%。
[0022]所述步骤(7)中冷轧道次加工率控制在6%~10%，两次退火间总加工率控制在15%~20%。
[0023]本发明所述的道次加工率是指板带轧制过程中，某一道次轧制前后厚度变化量的计算值。即道次加工率=(轧制前的厚度-轧制一个道次后的厚度)/轧制前的厚度 X100%o
[0024]本发明的优点在于:
[0025]1、本发明的Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料适于3A21、2A50、6063及6061等多种铝合金中温或分级真空钎焊；该钎料厚度可达到0.10_，宽度可达到320_，更适用于较大规格铝合金构件的真空钎焊；
[0026]2、本发明的Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料的熔化温度低，为500~562°C，对铝合金可在不高于595°C时完成真空钎焊；该钎料的钎焊工艺性好，具有良好的润湿性，焊着率高于85% ;焊缝抗拉强度％≥lOOMPa，剪切强度T≥50MPa ；
[0027]3、本发明制备Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料的方法简单，利于批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例1得到的Al-S1-Cu-Mg合金态箔状钎料的差热分析图谱。【具体实施方式】
[0029]下面将结合具体配料计算的实施例对本发明Al-S1-Cu-Mg合金态箔状钎料及其制备方法作进一步描述。
[0030]以下实施例中Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料是通过以下方法制备得到的，具体包括以下步骤:
[0031]步骤(I):原材料选用
[0032]招:选用高纯招,纯度不低于99.99% ;娃选用多晶娃；铜选用无氧铜；镁:纯度应不低于99.99%。
[0033]步骤(2):中间合金制备
[0034]Al_Cu50中间合金的熔炼
[0035]I)设备:10kg中频感应炉；
[0036]2)模具:水冷钢模:30 X 210 X 440mm ;
[0037]3)配料:每炉按IOkg配料；
[0038]4)操作:在石墨粘土坩埚内加入铝锭后，升温，待铝锭熔化后，加入铜锭，使炉温升至900?950°C，充分搅拌，待铜锭全部熔清后，铸锭，合金浇铸温度900?950°C。
[0039]Al_Si30中间合金的熔炼
[0040]I)设备:10kg中频感应炉；
[0041]2)模具:水冷钢模:30X 210X440mm ;
[0042]3)配料:每炉按IOkg配料；
[0043]4)操作:在石墨粘土坩埚内加入铝锭后，升温，待铝锭熔化后，使炉温升至800°C，将多晶硅压入铝液，待多晶硅全部熔清后，在1000°c保温lOmin，充分搅拌，铸锭，合金浇铸温度 1000 ?1050°C。
[0044]步骤(3):合金熔铸
[0045]I)设备:150kg中频感应炉；
[0046]2)模具:Ol 20 X 300mm 水冷钢模；
[0047]3)配料:所添加返回料不得超过炉量的30% ；
[0048]4)操作:将纯铝放入石墨坩埚中，升温，待铝锭全部熔化后，依次加入A1-CU50、Al-Si30中间合金。待中间合金全部熔清后，升温至750°C，保温15min，用石墨罩将六氯乙烷压入合金液底部搅拌进行脱气、造渣，六氯乙烷用量为炉量的0.3?0.4%，扒渣完毕，撒少许精炼剂后，除去表面浮渣。升温至680?720V，添加镁块，充分搅拌，浇铸得铸锭。
[0049]步骤4:铸锭热处理
[0050]I)设备:电阻炉；
[0051]2)加热温度:450°C ；
[0052]3)保温时间:8h ；
[0053]步骤5:热挤压
[0054]I)设备:1200T挤压机；
[0055]2)热挤压温度:450°C ；
[0056]3)热挤压带材厚度为4mm,带材宽度为85mm。
[0057]步骤6:热开坯轧制[0058]铸锭热轧开坯轧制温度为450°C，道次加工率为10%~12%。
[0059]步骤7:冷轧制
[0060]冷轧道次加工率控制在6%~10%，两次退火间总加工率控制在15%~20%，消除加工硬化采用的退火温度为450°C，保温2h。
[0061]实施例1
[0062]合金熔铸时中频感应炉的炉量为80kg
[0063]先用原料制备出Al_Cu50、Al_Si30中间合金，从制得的中间合金原料中准备Al-Cu50 7.2kg、Al-Si30 33.3kg，将两种中间合金混合，再加入38.3kg铝、1.2kg镁进行熔炼，所得即为含Cu 4.5wt%, Si 12.5wt%, Mg 1.5wt%的合金铸锭，再进行均匀化热处理，最后进行热挤压、热开还轧制和冷轧制。
[0064]实施例2
[0065]合金熔铸时中频感应炉的炉量为IOOkg
[0066]先用原料制备出Al_Cu50、Al_Si30中间合金，从制得的中间合金原料中准备Al-Cu50 8kg、Al-Si30 41.7kg，将两种中间合金混合，再加入48.8kg铝、1.5kg镁进行熔炼，所得即为含Cu4.0wt%,Sil2.5wt%,Mgl.5wt%的合金铸锭，再进行均匀化热处理，最后进行热挤压、热开还轧制和冷轧制。
[0067]实施例3
[0068]合金熔铸时中频感应·炉的炉量为120kg
[0069]先用原料制备出Al_Cu50、Al_Si30中间合金，从制得的中间合金原料中准备Al-Cu50 9.6kg、Al-Si30 48.0kg,将两种中间合金混合，再加入60.6kg铝、1.8kg镁进行熔炼，所得即为含Cu4.0wt %、Si 12.0wt %、Mgl.5wt %的合金铸锭，再进行均匀化热处理，最后进行热挤压、热开还轧制和冷轧制。
[0070]实施例4
[0071]合金熔铸时中频感应炉的炉量为150kg
[0072]先用原料制备出Al_Cu50、Al_Si30中间合金，从制得的中间合金原料中准备Al-Cu50 12kg、Al-Si30 62.5kg，将两种中间合金混合，再加入73.7kg铝、1.8kg镁进行熔炼，所得即为含Cu4.0wt%、Si 12.5wt%,Mgl.2wt%的合金铸锭，再进行均匀化热处理，最后进行热挤压、热开还轧制和冷轧制。
[0073]分别将实施例1-4制备的箔状钎料用于物理测试和铝合金真空钎焊试验，取得试验数据见表1。实施例1制得的箔状钎料差热分析曲线如图1所示，其中Te指钎料固相温度，Tf指钎料液相温度。
[0074]表1
【权利要求】
1.一种Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料，其特征在于，该钎料由以下含量的成分组成:Si 10.5 ?13.5wt%、Cu 3.5 ?5.5wt%、Mg 1.0 ?2.2wt%，Al 余量。
2.根据权利要求1所述的Al-S1-Cu-Mg合金态箔状钎料，其特征在于，所述钎料的熔化温度为500°C?562°C，真空钎焊温度不高于595°C。
3.根据权利要求1所述的Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料，其特征在于，所述钎料的厚度0.1Omm,宽度为320mm。
4.一种权利要求1所述的Al-S1-Cu-Mg铝基合金态箔状钎料的制备方法，其特征在于，采用“熔铸-热处理-热挤压-热开坯轧制-冷轧”方法，包括以下步骤: (1)备料:选择原料，其中铝的纯度大于99.99%，硅选用多晶硅，铜选用无氧铜，镁的纯度大于99.99% ;按照各组分的质量百分比称取原料； (2)制备中间合金:向中频感应炉的石墨坩埚内加入铝锭，升温待铝锭熔化后，加入铜锭，使炉温升至900?950°C，充分搅拌，待铜锭全部熔清后，铸锭，合金浇铸温度900?950°C，得到Al-Cu中间合金； 向中频感应炉的石墨坩埚内加入铝锭，升温待铝锭熔化后，使炉温升至800°C，将多晶硅压入铝液，待多晶硅全部熔清后，在1000°C保温lOmin，充分搅拌，铸锭，合金浇铸温度1000?1050°C，得到Al-Si中间合金； (3)合金熔铸:将纯铝放入中频感应炉的石墨坩埚中，升温，待铝锭全部熔化后，依次加入Al-CiuAl-Si中间合金，待中间合金全部熔清后，升温至750°C，保温15min，用石墨罩将六氯乙烷压入合金液底部搅拌进行脱气、造渣，扒渣完毕，撒少许精炼剂，精炼剂选择氟铝酸钾，除去表面浮渣，升温至680?720V，添加镁块，充分搅拌，浇铸得到铸锭； (4)铸锭热处理:将得到的铸锭置于电阻炉中，于450°C保温8h； (5)热挤压:热挤压温度450°C，挤压制得带材厚度4mm，宽度85mm； (6)热开还轧制:挤压带材热轧开还轧制温度为450°C,热轧结束带材厚度为2mm,道次加工率10%?12% ； (7)冷轧制:将热轧后的带材进行冷轧制，冷轧制的温度为5°C?50°C，然后进行两次退火处理，退火温度为450°C，保温2h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中Al-Cu中间合金中铜的含量为50wt%，Al-Si中间合金中硅的含量为30wt%。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中六氯乙烷的用量为炉量的0.3?0.4wt%，精炼剂的用量为炉量的0.2?0.3wt%。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中冷轧道次加工率控制在6%?10%，两次退火间总加工率控制在15%?20%。
【文档编号】B23K35/28GK103567655SQ201210262746
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】张国清, 祁宇, 唐超, 杜旭明 申请人:北京有色金属与稀土应用研究所