专利名称：含稀土Er的Al－Si基中温钎料及其制备方法
技术领域：
一种含稀土Er的Al-Si基中温钎料及其制备方法属于铝及其合金的加工制造领域。
背景技术：
随着铝合金越来越广泛的应用，对铝合金的连接问题提出更高的要求，钎焊作为一种主要的连接方式，要求新型的铝合金钎料不仅要具有良好的工艺性能，更重要的是要有更高的力学性能，以满足铝合金应用不断增长的对可靠性的要求，确保其在服役过程中能可靠运行。
稀土具有很高的化学活性，是一种典型的、十分活泼的金属，具有孕育和变质、强化、提高耐热性能和改善工艺性能等作用，在冶金及材料工业获得了广泛的应用。国内外有关稀土铝合金的研究表明，Sc是迄今为止所发现对铝及其合金最有效的稀土元素。但Sc是战略性元素，价格昂贵。稀土元素Er在铝及其合金中的作用与Sc相似，但Er的成本远低于Sc，本专利通过在钎料合金中加入稀土元素Er来提高合金性能。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种合金组元较少，润湿性能良好，强度高，熔化温度较低，含稀土Er的Al-Si基中温钎料及其制备方法。
本发明所涉及的含稀土Er的Al-Si基中温钎料，其特征在于含有重量百分比为5～10％的Si，4～25％的Cu，及0.05～0.5％的稀土Er，其余的为Al。
本发明的含稀土Er的Al-Si基中温钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将熔化铝熔炼剂浇在Al-Si合金上，熔炼剂量可以覆盖Al-Si合金即可；(2)将温度升至750℃～850℃，待Al-Si合金熔化后，将所需纯铝、纯铜加入到熔融的Al-Si合金液中，搅拌，形成Al-Si-Cu合金；(3)待其熔化均匀后，把Al-Er合金压入上述合金液中，使其熔化并与原熔液充分反应，保温1～2小时，搅拌，静止，冷却凝固；
(4)凝固后去除表面的熔炼剂，温度降至650～700℃将钎料块重新加热熔化，然后浇铸待用。
本发明所用Al-Si、Al-Er合金为市售一定组成的合金，所加Al-Si、Cu、Al-Er合金量可通过Si、Cu、Er各自在钎料合金中的比例求出，总量减Al-Si、Cu、Al-Er量为所需纯铝量。
下面通过若干实施例，以试验数据及图表的方式，说明本发明含稀土Er的Al-Si基中温钎料的性能，并与在相同条件下获得的Al-Si-Cu钎料进行比较。
表1是6种含稀土Er的Al-Si基中温钎料及Al-Si-Cu钎料成分表，表中组成均为重量百分比，同时还给出了各钎料的液相线温度及固相线温度。从表1中可以看出，本发明实施例1～6加入稀土后对钎料合金的熔点影响不大。
表2是本发明实施例1～6与Al-Si-Cu钎料硬度及铺展面积的比较。从表中可以看出，本发明实施例1～6的硬度及铺展面积比Al-Si-Cu钎料有所提高。
下面通过图例说明该钎料性能的提高。
为了阐明本发明含稀土Er的Al-Si基中温钎料具有较好的工艺性能及力学性能，特附Al-7Si-20Cu钎料与本发明2的显微组织图，如说明书附图1、2进行比较，从微观角度揭示其性能提高的原因。
从图1可以看出Al-Si-Cu钎料组织中含有针状的共晶Si，这种针状的共晶Si的大量存在会降低材料的力学性能。本发明添加稀土Er后，针状的共晶Si的数量明显减少，并且合金中的组织更加均匀，可显著提高钎料合金的力学性能。
图1Al-7Si-20Cu钎料显微组织图；图2本发明实施例2含稀土Er的Al-Si基中温钎料的显微组织图。
具体实施例方式
对比例1将10克的氯化钾和10克氯化钠混合盐在700℃下熔化后浇在29.661克Al-11.8Si合金上。将炉温升至780℃，使Al-Si合金及混合盐熔化后将10.339克纯Al及10.0克纯Cu加入到Al-Si合金液当中，同时不断搅拌，形成合金；保温1小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混合盐。把炉温降至650℃将钎料块重新加热熔化，然后浇铸成条状待用。
对比例2将30克的氯化钾和30克氯化钠混合盐在700℃下熔化后浇在21.19克Al-11.8Si合金上。将炉温升至800℃，使Al-Si合金及混合盐熔化后将16.31克纯Al及12.5克纯Cu加入到Al-Si合金液当中，同时不断搅拌，形成合金；保温2小时，每10分钟搅拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混合盐。把炉温降至650℃将钎料块重新加热熔化，然后浇成条状待用。
对比例3将20克的氯化钾和20克氯化钠混合盐在700℃下熔化后浇在42.37克Al-11.8Si合金上。将炉温升至850℃，使Al-Si合金及混合盐熔化后将5.63克纯Al及2克纯Cu加入到Al-Si合金液当中，同时不断搅拌，形成合金；保温1小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混合盐。把炉温降至700℃将钎料块重新加热熔化，然后浇铸成条状待用。
例1将10克的氯化钾和10克氯化钠混合盐在700℃下熔化后浇在29.65克Al-11.8Si合金上。将炉温升至780℃，使Al-Si合金及混合盐熔化后将9.56克纯Al及9.995克纯Cu加入到Al-Si合金液当中，同时不断搅拌，形成合金；用壁上带孔的钟罩将0.403克的Al-6.2Er合金迅速压入上述的熔融合金当中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化为止。保温1小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混合盐。把炉温降至650℃将钎料块重新加热熔化，然后浇铸成条状待用。
例2将15克的氯化钾和15克氯化钠混合盐在680℃下熔化后浇在29.63克Al-11.8Si合金上。将炉温升至820℃，使Al-Si合金及混合盐熔化后将9.574克纯Al及9.99克纯Cu加入到Al-Si合金液当中，同时不断搅拌，形成合金；用壁上带孔的钟罩将0.806克的Al-6.2Er合金迅速压入上述的熔融合金当中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化为止。保温1小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混合盐。把炉温降至680℃将钎料块重新加热熔化，然后浇铸成条状待用。
例3将56克的氯化钾和22克氯化钠、22克冰晶石粉(Na3AlF6)混合盐在820℃下熔化后浇在295.8克Al-11.8Si合金上。将炉温调至800℃，使Al-Si合金及混合盐熔化后将84.29克纯Al及99.75克纯Cu加入到Al-Si合金液当中，同时不断搅拌，形成合金；用壁上带孔的钟罩将20.16克的Al-6.2Er合金迅速压入上述的熔融合金当中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化为止。保温2小时，每隔15分钟搅拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混合盐。把炉温降至680℃将钎料块重新加热熔化，然后浇铸成条状待用。
例4将20克的氯化钾和20克氯化钠混合盐在720℃下熔化后浇在14.39克Al-24.2Si合金上。将炉温升至800℃，使Al-Si合金及混合盐熔化后将21.63克纯Al及9.95克纯Cu加入到Al-Si合金液当中，同时不断搅拌，形成合金；用壁上带孔的钟罩将4.03克的Al-6.2Er合金迅速压入上述的熔融合金当中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化为止。保温2小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混合盐。把炉温降至700℃将钎料块重新加热熔化，然后浇铸成条状待用。
例5将30克的氯化钾和30克氯化钠混合盐在700℃下熔化后浇在21.17克Al-11.8Si合金上。将炉温升至800℃，使Al-Si合金及混合盐熔化后将15.54克纯Al及12.49克纯Cu加入到Al-Si合金液当中，同时不断搅拌，形成合金；用壁上带孔的钟罩将0.8064克的Al-6.2Er合金迅速压入上述的熔融合金当中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化为止。保温2小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混合盐。把炉温降至650℃将钎料块重新加热熔化，然后浇成条状待用。
例6将11.2克的氯化钾和4.4克氯化钠、4.4克冰晶石粉(Na3AlF6)混合盐在820℃下熔化后浇在42.33克Al-11.8Si合金上。将炉温升至850℃，使Al-Si合金及混合盐熔化后将4.865克纯Al及1.998克纯Cu加入到Al-Si合金液当中，同时不断搅拌，形成合金；用壁上带孔的钟罩将0.8064克的Al-6.2Er合金迅速压入上述的熔融合金当中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化为止。保温1小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混合盐。把炉温降至700℃将钎料块重新加热熔化，然后浇铸成条状待用。
表1 钎料成分及熔化温度实例 Al(％) Si(％) Cu(％) Er(％) 液相线温度(℃) 固相线温度(℃)对比例1 73 720 0 537525实施例1 72.950 720 0.05536524实施例2 72.9720 0.1 537526实施例3 72.75 720 0.25538525实施例4 72.5720 0.5 536526对比例2 70 525 0 527512实施例5 69.9525 0.1 526514对比例3 86 10 4 0 569556实施例6 85.910 4 0.1 571558表2 硬度及铺展面积试验结果硬度(HV)铺展面积(mm2)对比例1165.2167164.45实施例1205.7429225.02实施例2207.225 209.20实施例3198.3286173.79实施例4217.5111209.79对比例2167.8 181.3实施例5133.6625212.2对比例378.975 158.4实施例684.12 178.权利要求
1.含稀土Er的Al-Si基中温钎料，其特征在于含有重量百分比为5～10％的Si，4～25％的Cu，及0.05～0.5％的稀土Er，其余的为Al。
2.含稀土Er的Al-Si基中温钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将熔化铝熔炼剂浇在Al-Si合金上，熔炼剂量可以覆盖Al-Si合金即可；(2)将温度升至750℃～850℃，待Al-Si合金熔化后，将所需纯铝、纯铜加入到熔融的Al-Si合金液中，搅拌，形成Al-Si-Cu合金；(3)待其熔化均匀后，把Al-Er合金压入上述合金液中，使其熔化并与原熔液充分反应，保温1～2小时，搅拌，静止，冷却凝固；(4)凝固后去除表面的熔炼剂，温度降至650～700℃将钎料块重新加热熔化，然后浇铸待用。
全文摘要
含稀土Er的Al－Si基中温钎料及其制备方法，属于铝及其合金的加工制造领域。该材料含有重量百分比为5～10％的Si，4～25％的Cu，及0.05～1.0％的稀土Er，其余为Al。制备方法为将熔化铝熔炼剂浇在Al－Si合金上，熔炼剂量可以覆盖Al－Si合金即可；将温度升至750℃～850℃，待Al－Si合金熔化后，将所需纯铝、纯铜加入到熔融的Al－Si合金液中，搅拌，形成Al－Si－Cu合金；熔化均匀后，把Al－Er合金压入上述合金液中，使其熔化并与原熔液充分反应，保温1～2小时，搅拌，静止，冷却凝固；凝固后去除表面的熔炼剂，温度降至650～700℃将钎料块重新加热熔化，然后浇铸待用。本发明合金组元较少，润湿性能良好，强度高，熔化温度较低，Er在铝及其合金中的作用与Sc相似，但成本低于Sc。
文档编号C22C1/02GK1586794SQ20041007434
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月10日 优先权日2004年9月10日
发明者史耀武, 于洋, 夏志东, 雷永平, 李晓延, 郭福, 聂祚仁 申请人:北京工业大学