一种微活性钎剂、金属氧化膜去除方法及灌锡方法与流程

本发明属于焊接领域，特别涉及一种微活性钎剂、金属氧化膜去除方法及灌锡方法。

背景技术：

铜、银等金属及合金的焊接结构在航空航天、交通运输、国防军工业部门有着重要应用。由于铜、银等金属及合金表面和氧结合力强，易氧化形成厚重氧化膜，使得其零件在钎焊时的氧化膜的处理一直是焊接领域的技术难题。特别地，当铜、银等金属及合金作为零件的镀层存在时，对其上氧化膜的处理难度更大，既要保护镀层稳定性，又要将金属氧化物彻底去除以避免影响后续钎焊加工。例如，带有窄深槽的铝合金法兰盘与镍铬合金波纹管在窄深槽处钎焊的结构件，兼顾镍铬合金机械性能好和铝合金轻质的优点，用于作为承受高频震动、弯矩、低温等复杂恶劣工况的管路关键联接件，铝合金法兰盘在钎焊前先对窄深槽镀铜、灌锡后再实施钎焊装接，然而镀铜后镀层易氧化，造成钎焊质量不稳定，因而需要既能有效去除氧化膜又能保证镀层稳定性的方法。

现有方法金属零件结构焊接的密封构件中采用了金属易氧化表面机械清理或草酸弱酸洗的方法，以及传统钎剂进行化学处理的方法。产品制造单位采用铜、银金属及合金零件钎焊工艺实现了工程应用，但在钎缝质量稳定性控制方面一直存在薄弱环节。其中，产品钎焊过程的金属氧化表面厚重氧化膜的处理方法，也是造成钎焊缝质量不稳定的重要因素，正确掌握操作控制过程是提升钎缝润湿性和结合力、确保钎缝质量的关键过程。

因而，有必要对金属易氧化表面的金属氧化膜去除方法进行研究，在提高金属氧化膜去除效果的同时，保护易氧化金属基材和易氧化金属镀层，提高钎焊缝质量稳定性。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种微活性钎剂、金属氧化膜去除方法及灌锡方法，通过研发微活性钎剂并改善金属氧化膜去除方法，可以有效去除金属易氧化表面如铜、银及其合金表面的氧化膜，在保证基材或镀层稳定性的前提下，解决了钎焊中润湿差、结合力弱等缺陷产生造成的产品不满足设计要求的问题，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

第一方面，一种适用于金属易氧化表面的金属氧化膜去除方法，包括：

步骤1，领取并称量配制微活性钎剂的原材料，进行微活性钎剂的配制：将松香、丙三醇、石蜡、氯化锌、氯化铵放入加热熔化有凡士林溶液的坩埚中，直至完全熔化，并搅拌均匀后，放入容器中，冷却至室温，备用；

步骤2，将金属易氧化零件待钎焊区域进行机械清理和/或化学清洗后加热，待加热至钎料熔化温度后，蘸涂上微活性钎剂，实施金属氧化膜的去除。

第二方面，一种灌锡方法，包括：

步骤1，领取并称量配制微活性钎剂的原材料，进行微活性钎剂的配制：将松香、丙三醇、石蜡、氯化锌、氯化铵放入加热熔化有凡士林溶液的坩埚中，直至完全熔化，并搅拌均匀后，放入容器中，冷却至室温，备用；

步骤2，将金属易氧化零件的待钎焊区域进行机械清理和/或化学清洗后加热，待加热至钎料熔化温度后，蘸涂上微活性钎剂，实施金属氧化膜的去除；

步骤3，将蘸涂上微活性钎剂并加热至钎焊温度的零件待钎焊区域注入液态锡，并不停搅动液态锡；

步骤4，对灌锡后零件进行清理、检查；

步骤1和步骤2构成的金属氧化膜去除方法与上述第一方面所述的金属氧化膜去除方法一致。

第三方面，一种适用于金属易氧化表面的微活性钎剂，由包括如下质量配比的原料组分制成：

根据本发明提供的一种微活性钎剂、金属氧化膜去除方法及灌锡方法，具有以下有益效果：

(1)由于在加热熔化的凡士林溶液中，加入了一定比例的松香、丙三醇、石蜡、氯化锌、氯化铵等成分，使金属氧化表面(铜、银)氧化膜进一步分解活化，钎焊灌锡时，提高了钎缝的润湿性和结合力，有效控制了气孔、氧化、夹渣、未钎着等超标缺陷的产生，从而获得满足钎焊缝要求的性能指标；

(2)由于灌锡后进行的清洗过程中，在50～80℃流动热水和酒精清洗的联合作用下，使得ph值在5～8之间，保证了后续钎焊的使用要求；

(3)本发明对钎缝进行工业ct扫描检查和内窥检查等，保证了钎缝质量，使其质量状态控制在合格范围内。

附图说明

图1为铝质法兰盘的结构示意图；

图2为镍铬合金波纹管与铝合金法兰盘的窄深槽钎焊装接示意图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

根据本发明的第一方面，提供了一种适用于金属易氧化表面的金属氧化膜去除方法，包括：

步骤1，领取并称量配制微活性钎剂的原材料，进行微活性钎剂的配制：将松香、丙三醇、石蜡、氯化锌、氯化铵放入加热熔化有凡士林溶液的坩埚中，直至完全熔化，并搅拌均匀后，放入容器中，冷却至室温，备用；

步骤2，将金属易氧化零件待钎焊区域进行机械清理和/或化学清洗后加热，待加热至钎料熔化温度后，蘸涂上微活性钎剂，实施金属氧化膜的去除。

本发明步骤1中，微活性钎剂中，基于100质量份的凡士林，松香60～70质量份；丙三醇35～40质量份；石蜡(60#)15～20质量份；氯化锌20～25质量份；氯化铵12～18质量份。

松香为一种天然树脂，主要成分为松香酸，去膜机理属于有机酸一类，且在常温时有良好的绝缘性和无腐蚀性，为成膜物质，凡士林为烃类混合物，和松香、石蜡等互溶，起到溶解和混合微活性钎剂中各成分并防止氧化的作用；石蜡为烃类混合物，具有常温不挥发性，无味无毒，气化点高，具有焊锡亲和性强，方便使用等特点；氯化锌、氯化铵为无机盐，属于活化剂，可与氧化物反应，起到清除氧化膜，提高钎焊润湿性的作用，单独氯化锌的熔点偏高，高于锡钎料的熔点，添加氯化铵可降低其熔点，二者共晶温度仅为180℃，且氯化铵能降低钎剂的粘度；丙三醇也称之为甘油，属于溶剂，钎剂中的树脂如松香、活化剂如氯化锌等都是固体，溶剂将其溶解，使之成为均匀的粘稠液体的作用，且可通过溶剂的添加量调节钎剂的粘度和密度。

本发明步骤1中，微活性钎剂的配制方式如下：石蜡切成2～3mm的薄片，松香捣碎成粉末状，与丙三醇、氯化锌、氯化铵放入加热熔化至110℃～140℃的凡士林溶液的坩埚中，直至完全熔化，制得微活性钎剂。

本发明步骤1中，制得的微活性钎剂酸值不大于100mgkoh/g。本发明人经过大量试验发现，若微活性钎剂酸值大于100mgkoh/g，则去膜效果不明显。

本发明步骤1中，制得的微活性钎剂在温度25℃以下，使用有效期可达1个月。

本发明步骤2中，金属零件去膜方法具体为：将零件待钎焊区域用细砂纸打磨和/或草酸弱酸洗后，用纯净水清洗，酒精清洗吹干，将零件加热至钎料熔化温度即钎焊温度后，蘸涂微活性钎剂，完成化学除膜处理。

其中，草酸弱酸洗零件待钎焊区域的方式为：采用5～10％草酸溶液浸泡零件待钎焊区域2-3分钟，将酸洗后的零件放入纯净水中浸泡1～2分钟，在酒精中清洗后吹干。

本发明步骤2中，采用微活性钎剂去膜的过程包括如下步骤：将打磨和/或酸洗后的待钎焊零件，放入300～450℃电炉内加热至钎料熔化温度时，将微活性钎剂蘸涂在待钎焊处。

进一步地，经过大量试验证明，金属易氧化表面蘸涂上述微活性钎剂的时间为1～3min。蘸涂时间过短，金属易氧化表面厚重的氧化膜难以去除干净

根据本发明的第一方面，提供了一种灌锡方法，包括：

步骤1，领取并称量配制微活性钎剂的原材料，进行微活性钎剂的配制：将松香、丙三醇、石蜡、氯化锌、氯化铵放入加热熔化有凡士林溶液的坩埚中，直至完全熔化，并搅拌均匀后，放入容器中，冷却至室温，备用；

步骤2，将金属易氧化零件待钎焊区域进行机械清理和/或化学清洗后加热，待加热至钎料熔化温度后，蘸涂上微活性钎剂，实施金属氧化膜的去除；

步骤3，将蘸涂上微活性钎剂并加热至钎焊温度的零件待钎焊区域注入液态锡，并不停搅动液态锡，防止钎缝处产生气孔和夹渣；

步骤4，对灌锡后零件进行清理、检查。

其中，步骤1中，零件的表面为铜及其合金或银及其合金。步骤1和步骤2构成的金属氧化膜去除方法与第一方面中技术方案一致，在此不再赘述。使用微活性钎剂的目的是为了去氧化膜和后续灌锡，使液态锡充分润湿和结合到零件上。

在本发明步骤2中，机械清理和/或化学清洗后至灌锡完成之间的时间间隔小于30min。

在本发明步骤3中，液态锡将作为钎料，用于后续钎焊过程。

在本发明步骤4中，对灌锡后零件进行清理包括以下步骤：

步骤4.1将灌锡后零件放入50～80℃流动的热水中清洗后，吹干；

步骤4.2放入酒精中浸泡、清洗并吹干；

步骤4.3采用机械的方式进行钎缝清理，直至目视观察没有残留钎剂。

优选地，步骤4.3中采用机械的方式进行钎缝清理包括：使用弯成钩状的不锈钢焊丝，外壁包裹白绸布并蘸取酒精，对零件钎缝进行清理。

在本发明步骤4中，钎缝检查检查包括气密性检查、ct扫描成像检查和内窥镜检查；其中，

气密性检查：钎焊后的零件进行气密性试验，钎缝处不允许渗漏；

ct扫描成像检查：对钎缝进行ct扫描成像检查，钎缝处不允许存在超过表面的气孔、夹渣或未熔合，

内窥镜检查：对钎缝进行内窥镜检查，钎缝处不允许存在残留钎剂。

根据本发明的第三方面，提供了一种适用于金属易氧化表面的微活性钎剂，由包括如下质量配比的原料组分制成：

该微活性钎剂通过以下方式制备得到：

石蜡应切成2～3mm的薄片，松香应捣碎成粉末状，与丙三醇、氯化锌、氯化铵放入加热熔化至110℃～140℃的凡士林溶液的坩埚中，直至完全熔化。

实施例

实施例1

如图1和图2所示，铝质法兰盘具有内径ф80的窄深槽，铝合金法兰盘窄深槽镀铜后灌锡，与镀镍后挂锡的镍铬合金波纹管进行钎焊装接，作为钎缝所在位置的窄深槽，铜镀层易被氧化，灌锡及钎焊前需要有效去除氧化膜并保证镀层厚度，以避免影响灌锡效果和后续钎焊效果。

铝质法兰盘窄深槽氧化层去除方法及后续灌锡方法具体如下：

(1)钎剂原料准备如下：

a.托盘天平代号规格为hctp11b5，最大称量500g；

b.已用凡士林100g；100重量份c.松香66g；

d.丙三醇38g，gb/t687-1994；

e.石蜡(60#)18g；

f.氯化锌22g，hg3-947-76(或hg/t2760-96)，分析纯；

g.氯化铵16g，gb658-1988，分析纯；

h.钎焊操作间，通风设施：钎焊操作间封闭操作室选用透明有机玻璃材料做防护隔离罩，自动控温电炉，配备工作台、坩埚等配制工艺设备，抽风机选用5.5kw以上功率设备配置。

(2)微活性钎剂的配制：

石蜡切成2～3mm的薄片，松香应捣碎成粉末状，与丙三醇、氯化锌、氯化铵放入加热熔化至120℃的凡士林的坩埚中，不断搅拌至溶液充分熔化且混合均匀一致，然后放入不锈钢容器中，冷却至室温。取出20g进行化验分析，酸值不大于100koh.mg/g，备用。

(3)金属氧化膜的去除

将铝质法兰盘窄深槽用细砂纸打磨后再用酒精清洗吹干后，加热至钎焊温度后，蘸涂微活性钎剂，蘸涂时间为2min，完成化学除膜处理。

(4)灌锡

将铝质法兰盘加热至钎焊温度400℃，对蘸涂微活性钎剂的窄深槽迅速进行灌锡操作，窄深槽内填满液态锡，在熔化状态下，不断搅动或涂抹，防止产生气孔、夹渣、未熔合等焊接缺陷。

(5)清理

将灌锡后零件放入60～70℃流动的热水中清洗后，吹干；

放入酒精中浸泡、清洗并吹干。

采用上述氧化膜去除+灌锡后的铝合金法兰盘与挂锡后镍铬合金波纹管在窄深槽处实施钎焊装接：

将铝合金法兰盘置入钎焊炉内加热至钎料(锡)熔化并取出；

将挂锡的镍铬合金波纹管装入灌锡后的窄深槽，待钎料固化；

进行钎焊后组合件的清洗、钎缝清理，并交接检查：

钎焊后的组合件放入80℃流动的热水中清洗后，吹干；

放入酒精中浸泡30min后，清洗并吹干。

对钎焊后产品进行气密性试验、工业ct扫描成像检查、内窥检查、焊缝结构压力、及疲劳结合力试验，结果表明对50个波纹管-法兰盘钎焊结构件进行检测，钎缝合格率可达90％以上。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。