一种基于自蔓延技术的带状钎料制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种基于自蔓延技术的带状钎料制备方法，属于焊接材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 带状钎料一般是由高温金属液快速冷却甩出而成，其化学成分保持着液态时的均 匀性，无晶粒，无共晶析出相，熔化均匀，合金中不存在粗大的化合物相，因此合金组织单一 细化，钎焊时可得到组织、成分均匀的钎缝，并且其杂质含量少、纯度高，能显著地提高焊接 接头的质量。由于带状钎料在加热过程中几乎是同时、均一的熔化和铺展，故有更好的润湿 性。此外，带状钎料可准确地置于钎焊接头的间隙中，减少钎料浪费，降低成本，且可保证较 小的钎缝间隙。带状钎料突出的优点促进了其制备技术的不断发展。
[0003] 目前制备带状钎料的方法主要为单辊法，其主要设备是一个熔融金属液熔池和一 个旋转的冷却体。一般采用感应炉将原料多次熔炼，然后浇铸成铸锭，再将铸锭用电炉或 高频炉熔化，并用惰性气体加压使熔料从坩埚的喷嘴中喷到旋转冷却体上，在接触表面凝 固成薄带，然后在高速旋转冷却体的离心力作用下飞出，从而得到所需的带状钎料，如专利 201310572100. 7所描述。可见，该方法获得金属液的过程需要感应炉、浇注模、电炉或高频 炉等多种昂贵设备，工艺流程较长，相当繁琐；而且感应炉或高频炉工作过程中能量损耗相 当大。其次，需要惰性气体加压才能使得熔融金属从坩埚的喷嘴处喷出，无疑又增加了带状 钎料的制备成本。
[0004] 而近年来，基于自蔓延技术的金属材料制备工艺成为研宄热点，这是由于该技 术是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料，当反应物一 旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材 料的一种新方法，其设备简单、工艺流程短。因此该技术也逐渐应用到钎焊领域。如专 利201010522164. 2公开了一种自蔓延钎焊热源药粉、自蔓延钎焊装置及其制备方法，按 Fe203、Al粉、CuO按比例称取研磨均匀得到热源药粉，填入底部设通孔的耐高温容器，耐高 温容器中放入底部开口的钎焊导热罐，使热源药粉挤压在两容器之间，钎料在钎焊导热罐 中，热源药粉中插入引线。焊接时放置于工件的待焊处，点燃引线，焊药发生铝热反应，放出 热量熔化钎料，滴于待焊处形成焊缝。该发明利用焊药发生铝热反应的热量来间接加热熔 化钎料，虽可以实现焊接，但热量在传递过程中会大量散失，不能确保钎料能够完全熔化， 并且由于熔化的钎料热量低，冷却速度较快，不能确保钎焊接头的可靠性，而且铝热反应生 成的Cu、Fe等金属产物无法回收二次利用。
[0005] 基于上述缺陷，本申请欲提供一种设备简单，工艺流程短，制备成本低的基于自蔓 延技术的带状钎料的制备方法。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种设备简单，工艺流程短，制备成本低的 基于自蔓延技术的带状钎料的制备方法。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种基于自蔓延技术的带状钎料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0009] 1)组装模具A、模具B和冷却辊：将模具A放入模具B中，模具A底部有一浇道，浇 道出口穿过模具B底部的小孔，置于冷却辊的上方，将挡片放入模具A中盖住浇道；
[0010] 2)准备物料A，物料A为铝热法制备钎料的原料，包括铝粉、金属氧化物，合金剂， 以及作为造渣剂的CaF 2，目数皆为200~300目，搅拌均匀，添加到模具A腔内，压平压实；
[0011] 3)准备物料B，物料B中各成分和重量百分比为硫酸钙53~63%，铝粉33~ 39%，氟化钙4~6%，目数皆为200~300目，搅拌均匀，添加到模具B，完全覆盖模具A，并 压平压实；
[0012] 4)打开电机，控制冷却辊表面线速度为30m/s-40m/s，并对冷却辊通冷却水进行 冷却；
[0013] 5)在物料B之上撒上引火剂，插上引线，点火，待模具A浇道颈部的挡片熔化后，物 料A反应生成的液态金属由浇道底部喷出到旋转的冷却辊表面上，迅速冷却，并在离心力 的作用下甩出即可得到所需的带状钎料。
[0014] 模具A的浇道位置不应在冷却辊最高点上方，而应该在冷却辊最高点线速度方向 的前侧，浇道出口与冷却辊轴芯连线应与铅垂线呈4° -6°夹角，且浇道出口与冷却辊表 面保持I-2mm的间距。
[0015] 物料A为铝热法制备钎料的原料，包括铝粉、金属氧化物，合金剂，以及作为造渣 剂的CaF 2，物料A各组分具体种类及含量需要根据制备的带状钎料的成分进行调配。
[0016] 所述模具A材质为石墨，高脚杯型，可由两个半杯拼合而成，壁厚15-25mm，浇道长 度150mm-200mm，饶道截面为椭圆形，长轴20_25mm，短轴10_15mm，组装时长轴平行于冷却 辊的宽度方向。
[0017] 所述模具B材质为石墨，圆柱型，可由两个半杯拼合而成，比模具A高30-40mm，壁 厚25-30_，底部有一圆形孔，可与浇道紧密配合。
[0018] 所述挡片是对应钎料成分的低熔点金属箔片。
[0019] 所述引火剂的成分是火药。
[0020] 所述冷却辊设有铲带装置。
[0021] 本发明方法涉及两类放热反应，分别为
[0022] 2yAl+3Mx0y= yAl 203+3xM+Q (I)
[0023] 8Al+3CaS04= 4A1 203+3CaS+Q (2)
[0024] 点火后，引线燃烧，再引燃引火剂，引火剂热量引起表层物料B发生反应（2)，反应 一层层向下蔓延，到物料A、B接触面时，物料A同时发生反应（1)，此后，反应（1)在模具A 腔内向下蔓延，反应（2)在模具B与模具A之间向下蔓延；当反应（1)蔓延到模具A颈部 时，挡片熔化，高温金属液流出，经喷嘴喷出到辊面，快速冷却后，甩出即可得到带状钎料。
[0025] 反应（1)在模具A内发生，有以下作用：①置换得到钎料所需的金属成分；②反应 多余热量作为熔化合金剂的热源。反应（2)在模具A之上和模具A、B之间发生，该反应热 量大但不剧烈，有以下作用：①反应放出大量热，作为额外热源，为反应（1)补给热量，使反 应（1)充分进行，且促进金渣分离；②反应（2)部分产物进入模具A，与反应（1)的渣相一 起压迫金属液连续由喷嘴喷出；③反应（2)减少浇道内的金属液热量散失，具有保温效果， 且使浇道内金属液更长时间处于近似"沸腾"状态，有利于液态金属的均匀混合。
[0026] 由于不同带状钎料所含成分的熔点、热容不同，为了保证反应过程的安全性，对于 不同的带状钎料，可通过反应（2)中铝粉含量的调整去控制反应热量。对于高熔点、大热容 的钎料成分，铝粉与硫酸钙的配比应尽可能接近化学方程式所要求配比，从而可为反应（1) 提供充足热量；对于低熔点、小热容的钎料成分，可适量多添加铝粉，以吸收反应（2)的多 余热量，从而保证反应过程的平稳性和安全性。
[0027] 本发明具有如下的有益效果：
[0028] (1)方法设备简单。本发明的方法为简单的铝热反应，主要步骤为称料、混料、装 料、点火，操作简单，避免了多次熔炼、浇铸成锭、铸锭再熔的繁琐工序；制备设备主要为发 生反应的石墨模具和冷却辊，不需要感应炉、浇注模、电炉或高频炉等多种大型设备。
[0029] (2)原料