一种柔性变形钎料及其自动化制备装置和制备方法与流程

1.本发明涉及钎料及其制备方法技术领域，具体涉及一种柔性变形钎料及其自动化制备装置和制备方法。


背景技术：

2.钎焊已经广泛应用于两种材料的连接，随着科技的发展越来越多行业向着自动化方向发展，现如今已经有许多自动化加工装置，也有许多半自动化或者全自动化的钎焊机器人，钎料自身的塑性差，可加工性差，增加自动化钎焊和高效钎焊的难度。
3.为解决钎料自身塑性差，可加工性能差也提出了许多方案，如粉状、浆状和膏状钎料，但使用起来遇到很多问题，如焊后粉状、浆状和膏状钎料容易堵塞零件的孔结构，钎焊时钎料用量不易控制等；也有提出粘带钎料，但是粘带中合金粉末分布不均匀，导致接头力学性能达不到预期标准，合金粉末也容易混入杂质等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为解决现存的钎料塑性差、可加工性差的问题，提供一种柔性变形钎料及其自动化制备装置和制备方法。
5.本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种柔性变形钎料，其成分含量为：bi的含量为39～45wt％，in的含量为2～4wt％，ag的含量为0.1～0.3wt％，sn为余量；所述的bi的纯度≥99.9％，in的纯度≥99.99％，ag的纯度≥99.99％，sn的纯度≥99.999％。
6.一种柔性变形钎料的自动化制备装置，包括中频炉、盖体、真空调节系统和控制系统；所述中频炉底部具有锥度，中频炉的底端设有流嘴，流嘴上设有与控制系统相连接的电磁阀，中频炉的炉壁顶部设有进气管和排气管，炉壁底部设有细管；所述盖体设置在中频炉顶端，盖体上分别设置有定压阀、双轴机械搅拌装置和热电偶，双轴机械搅拌装置包括电动机、减速器和两个搅拌棒，电动机和热电偶均与控制系统相连接，且热电偶与中频炉的中频线圈相连以监控中频炉内温度；所述真空调节系统包括高压气体装置、压力传感器和真空泵，高压气体装置通过进气管与中频炉相连通，真空泵通过排气管与中频炉相连通，压力传感器设置在中频炉内侧，真空泵将中频炉抽真空后压力传感器反馈至控制系统，控制系统控制高压气体装置通入高压气体至指定压力，压力传感器再次反馈至控制系统使高压气体装置停止通入高压气体；所述控制系统还可以控制定压阀释放多余的压力。
7.作为本发明一种柔性变形钎料的自动化制备装置的进一步优化，所述的中频炉尾部锥度为5：1～10：1。
8.作为本发明一种柔性变形钎料的自动化制备装置的进一步优化，所述的搅拌棒的搅拌叶片线速度不超过2m/s，且两个搅拌棒的搅拌叶片旋转方向相反。
9.作为本发明一种柔性变形钎料的自动化制备装置的进一步优化，所述的搅拌叶片为石英叶片。
10.作为本发明一种柔性变形钎料的自动化制备装置的进一步优化，所述的高压气体为保护气体或还原性气体，保护气体为氮气、氩气或氦气其中的一种，还原性气体为氢气或一氧化碳其中的一种。
11.作为本发明一种柔性变形钎料的自动化制备装置的进一步优化，所述高压气体为氮气。
12.作为本发明一种柔性变形钎料的自动化制备装置的进一步优化，所述的控制系统为计算机或工控机。
13.一种柔性变形钎料的制备方法，包括以下步骤：
14.步骤一、按照bi的含量为39～45wt％，in的含量为2～4wt％，ag的含量为0.1～0.3wt％，sn为余量，称量原料，并先将混合均匀的bi颗粒和sn颗粒放入中频炉；
15.步骤二、先用真空泵将中频炉抽真空，压力传感器反馈至控制系统，控制系统打开高压气体装置通入高压气体使炉内气压大于0.1mpa，压力传感器再次反馈控制系统，控制系统关闭高压气体装置；
16.步骤三、将中频炉温度设置为350
‑
400℃，保温5min，得到snbi熔体a，随着温度升高，中频炉内压力增大，控制系统控制打开定压阀进行排压至预定压力；
17.步骤四、将原料in和ag混合，得到混合粉，用氮气将混合粉通过中频炉底部的细管吹入snbi熔体a中，同时开启双轴机械搅拌装置匀速搅拌，且混合粉吹入完成后的30min内始终开启双轴机械搅拌装置，吹入过程和搅拌过程由控制系统控制；
18.步骤五、制作完成后，待炉内温度下降至250℃，由控制系统打开电磁阀，将炉内液态钎料由流嘴浇注到模具中，得到柔性变形钎料。
19.作为本发明一种柔性变形钎料的制备方法的进一步优化，步骤四所述氮气的气体压力为0.2～0.4mpa，in粉和ag粉的混合粉吹入速度为2～3g/s。
20.本发明具有以下有益效果：
21.一、本发明的柔性变形钎料熔化温度低、润湿性好、塑性强，延伸性好，可加工性强，解决了传统钎料自身脆性大，不利于加工成为各种所需形状的难题，为今后自动化钎焊或者特殊情况下钎焊提供一种新的解决思路。本发明sn
‑
bi钎料具有较好的润湿性和抗拉强度，其中sn
‑
42bi合金的延展性最佳，sn
‑
bi合金中加入少量ag形成细小的ε
‑
ag3sn组织，有效提高了合金的延展性，显著改善了sn
‑
bi钎料的塑性。sn
‑
bi
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in合金基体中固溶的in原子降低了sn基体内bi原子含量，有效改善sn基体的塑性。
22.二、本发明装置可自动调节熔炼温度、炉内气压、填料、出料和搅拌工序，热电偶和压力传感器实时为计算机反馈，实现更加精准的控制，可实现柔性变形钎料的高度自动化生产。
23.三、本发明的制备方法简单，易操作，且生产效率高，产品质量可靠。
附图说明
图1为本发明自动化制备装置的结构示意图的剖视图；图2为本发明自动化制备装置的结构示意图的主视图；图3为本发明自动化制备装置的控制模式示意图。附图标记：1、电动机，2、减速器，3、压力传感器，4、进气管，5、热电偶，6、细管，7、定
压阀，8、中频炉，9、中频线圈，10、搅拌棒，11、流嘴，12、电磁阀，13、真空泵，14、排气管，15、高压气体装置。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1
25.一种柔性变形钎料，其成分含量为：bi的含量为42wt％，in的含量为2.5wt％，ag的含量为0.2wt％，sn的含量为55.3wt％；所述的bi的纯度≥99.9％，in的纯度≥99.99％，ag的纯度≥99.99％，sn的纯度≥99.999％。
26.一种柔性变形钎料的自动化制备装置，包括中频炉8、盖体、真空调节系统和控制系统；所述中频炉8底部具有锥度，中频炉8尾部锥度为8：1，中频炉8的底端设有流嘴11，流嘴11上设有与控制系统相连接的电磁阀12，中频炉8的炉壁顶部设有进气管4和排气管14，炉壁底部设有细管6；所述盖体设置在中频炉8顶端，盖体上分别设置有定压阀7、双轴机械搅拌装置和热电偶5，双轴机械搅拌装置包括电动机1、减速器2和两个搅拌棒10，搅拌棒10的搅拌叶片线速度不超过2m/s，且两个搅拌棒10的搅拌叶片旋转方向相反，所述的搅拌叶片为石英叶片；电动机1和热电偶5均与控制系统相连接，且热电偶5与中频炉8的中频线圈9相连以监控中频炉内温度；所述真空调节系统包括高压气体装置15、压力传感器3和真空泵13，高压气体装置15通过进气管4与中频炉8相连通，真空泵13通过排气管14与中频炉8相连通，压力传感器3设置在中频炉8内侧，真空泵13将中频炉8抽真空后压力传感器3反馈至控制系统，所述的控制系统为计算机，控制系统控制高压气体装置15通入高压气体至指定压力，压力传感器3再次反馈至控制系统使高压气体装置15停止通入高压气体；所述控制系统还可以控制定压阀7释放多余的压力。
27.为了使本发明具有更好的实施效果，所述的高压气体为保护气体或还原性气体，保护气体为氮气、氩气或氦气其中的一种，还原性气体为氢气或一氧化碳其中的一种。最优的，所述高压气体为氮气。
28.一种柔性变形钎料的制备方法，包括以下步骤：
29.步骤一、按照bi的含量为42wt％，in的含量为2.5wt％，ag的含量为0.2wt％，sn的含量为55.3wt％，称量原料，并先将混合均匀的bi颗粒和sn颗粒放入中频炉；
30.步骤二、先用真空泵将中频炉抽真空，压力传感器反馈至控制系统，控制系统打开高压气体装置通入高压气体氮气使炉内气压大于0.1mpa，压力传感器再次反馈控制系统，控制系统关闭高压气体装置；
31.步骤三、将中频炉温度设置为350℃，保温5min，得到snbi熔体a，随着温度升高，中频炉内压力增大，控制系统控制打开定压阀进行排压至预定压力；
32.步骤四、将原料in和ag混合，得到混合粉，用氮气将混合粉通过中频炉底部的细管吹入snbi熔体a中，同时开启双轴机械搅拌装置匀速搅拌，其中氮气的气体压力为0.2mpa，in粉和ag粉的混合粉吹入速度为2g/s，混合粉吹入完成后的30min内始终开启双轴机械搅拌装置，吹入过程和搅拌过程由控制系统控制；
33.步骤五、制作完成后，待炉内温度下降至250℃，由控制系统打开电磁阀，将炉内液
态钎料由流嘴浇注到模具中，得到柔性变形钎料。实施例2
34.一种柔性变形钎料，其成分含量为：bi的含量为39wt％，in的含量为4wt％，ag的含量为0.1wt％，sn的含量为56.9wt％，余量为不可避免的杂质因素；所述的bi的纯度≥99.9％，in的纯度≥99.99％，ag的纯度≥99.99％，sn的纯度≥99.999％。
35.一种柔性变形钎料的自动化制备装置，包括中频炉8、盖体、真空调节系统和控制系统；所述中频炉8底部具有锥度，中频炉8尾部锥度为5：1，中频炉8的底端设有流嘴11，流嘴11上设有与控制系统相连接的电磁阀12，中频炉8的炉壁顶部设有进气管4和排气管14，炉壁底部设有细管6；所述盖体设置在中频炉8顶端，盖体上分别设置有定压阀7、双轴机械搅拌装置和热电偶5，双轴机械搅拌装置包括电动机1、减速器2和两个搅拌棒10，搅拌棒10的搅拌叶片线速度不超过2m/s，且两个搅拌棒10的搅拌叶片旋转方向相反，所述的搅拌叶片为石英叶片；电动机1和热电偶5均与控制系统相连接，且热电偶5与中频炉8的中频线圈9相连以监控中频炉内温度；所述真空调节系统包括高压气体装置15、压力传感器3和真空泵13，高压气体装置15通过进气管4与中频炉8相连通，真空泵13通过排气管14与中频炉8相连通，压力传感器3设置在中频炉8内侧，真空泵13将中频炉8抽真空后压力传感器3反馈至控制系统，所述的控制系统为计算机，控制系统控制高压气体装置15通入高压气体至指定压力，压力传感器3再次反馈至控制系统使高压气体装置15停止通入高压气体；所述控制系统还可以控制定压阀7释放多余的压力。
36.一种柔性变形钎料的制备方法，包括以下步骤：
37.步骤一、按照bi的含量为39wt％，in的含量为4wt％，ag的含量为0.1wt％，sn的含量为56.9wt％，称量原料，并先将混合均匀的bi颗粒和sn颗粒放入中频炉；
38.步骤二、先用真空泵将中频炉抽真空，压力传感器反馈至控制系统，控制系统打开高压气体装置通入高压气体氮气使炉内气压大于0.1mpa，压力传感器再次反馈控制系统，控制系统关闭高压气体装置；
39.步骤三、将中频炉温度设置为375℃，保温5min，得到snbi熔体a，随着温度升高，中频炉内压力增大，控制系统控制打开定压阀进行排压至预定压力；
40.步骤四、将原料in和ag混合，得到混合粉，用氮气将混合粉通过中频炉底部的细管吹入snbi熔体a中，同时开启双轴机械搅拌装置匀速搅拌，其中氮气的气体压力为0.3mpa，in粉和ag粉的混合粉吹入速度为2.5g/s，混合粉吹入完成后的30min内始终开启双轴机械搅拌装置，吹入过程和搅拌过程由控制系统控制；
41.步骤五、制作完成后，待炉内温度下降至250℃，由控制系统打开电磁阀，将炉内液态钎料由流嘴浇注到模具中，得到柔性变形钎料。实施例3
42.一种柔性变形钎料，其成分含量为：bi的含量为45wt％，in的含量为3wt％，ag的含量为0.3wt％，sn的含量为51.7wt％；所述的bi的纯度≥99.9％，in的纯度≥99.99％，ag的纯度≥99.99％，sn的纯度≥99.999％。
43.一种柔性变形钎料的自动化制备装置，包括中频炉8、盖体、真空调节系统和控制系统；所述中频炉8底部具有锥度，中频炉8尾部锥度为10：1，中频炉8的底端设有流嘴11，流嘴11上设有与控制系统相连接的电磁阀12，中频炉8的炉壁顶部设有进气管4和排气管14，
炉壁底部设有细管6；所述盖体设置在中频炉8顶端，盖体上分别设置有定压阀7、双轴机械搅拌装置和热电偶5，双轴机械搅拌装置包括电动机1、减速器2和两个搅拌棒10，搅拌棒10的搅拌叶片线速度不超过2m/s，且两个搅拌棒10的搅拌叶片旋转方向相反，所述的搅拌叶片为石英叶片；电动机1和热电偶5均与控制系统相连接，且热电偶5与中频炉8的中频线圈9相连以监控中频炉内温度；所述真空调节系统包括高压气体装置15、压力传感器3和真空泵13，高压气体装置15通过进气管4与中频炉8相连通，真空泵13通过排气管14与中频炉8相连通，压力传感器3设置在中频炉8内侧，真空泵13将中频炉8抽真空后压力传感器3反馈至控制系统，所述的控制系统为计算机，控制系统控制高压气体装置15通入高压气体至指定压力，压力传感器3再次反馈至控制系统使高压气体装置15停止通入高压气体；所述控制系统还可以控制定压阀7释放多余的压力。
44.一种柔性变形钎料的制备方法，包括以下步骤：
45.步骤一、按照bi的含量为42wt％，in的含量为2.5wt％，ag的含量为0.2wt％，sn的含量为55.2wt％，称量原料，并先将混合均匀的bi颗粒和sn颗粒放入中频炉；
46.步骤二、先用真空泵将中频炉抽真空，压力传感器反馈至控制系统，控制系统打开高压气体装置通入高压气体氮气使炉内气压大于0.1mpa，压力传感器再次反馈控制系统，控制系统关闭高压气体装置；
47.步骤三、将中频炉温度设置为400℃，保温5min，得到snbi熔体a，随着温度升高，中频炉内压力增大，控制系统控制打开定压阀进行排压至预定压力；
48.步骤四、将原料in和ag混合，得到混合粉，用氮气将混合粉通过中频炉底部的细管吹入snbi熔体a中，同时开启双轴机械搅拌装置匀速搅拌，其中氮气的气体压力为0.4mpa，in粉和ag粉的混合粉吹入速度为3g/s，混合粉吹入完成后的30min内始终开启双轴机械搅拌装置，吹入过程和搅拌过程由控制系统控制；
49.步骤五、制作完成后，待炉内温度下降至250℃，由控制系统打开电磁阀，将炉内液态钎料由流嘴浇注到模具中，得到柔性变形钎料。
50.性能测试
51.对实施例1
‑
3得到的柔性变形钎料合金进行性能测试，分别得到其熔点、铺展率和延展率如下表所示：延展率如下表所示：
52.由上表可知，本发明制备的柔性变形钎料熔化温度低、塑性强，延伸性好，可加工性强，解决了传统钎料自身脆性大，不利于加工成为各种所需形状的难题，为今后自动化钎焊或者特殊情况下钎焊提供一种新的解决思路。
53.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述
特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。