一种不同形貌铝合金钎剂纳米粉的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种不同形貌铝合金钎剂纳米粉的制备方法，属于焊接材料领域。该钎剂由一定比例的氯化铝(AlCl3)和氟化钾(KF)为原料，加入一定量的表面活性剂，通过硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、柠檬酸(C6H8O7)和醋酸(CH3COOH)中的一种酸调节pH，利用化学沉淀法分别制备K3AlF6和KAlF4两种纳米粉体，然后将K3AlF6和KAlF4两种纳米粉体按照6.445:1的质量比混合均匀制得。本发明绿色环保、工艺简单、重复性好，制备出的钎剂助焊性能好，适用于铝及铝合金钎焊领域。
【专利说明】—种不同形貌铝合金钎剂纳米粉的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接材料领域中的一种焊接材料，特别涉及铝及铝合金钎焊所采用的纳米无腐蚀钎剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]用于铝及铝合金的无腐蚀钎剂有Nocolok钎剂和氟化铯-氟化铝系钎剂。氟化铯-氟化铝系钎剂，操作温度在500°C左右，可以钎焊绝大多数铝合金。但是该钎剂的主要不足在于CsF的价格很贵，CsF的分子量又很大，换算成质量分数后在钎剂中占71.4%，致使氟化铯-氟化铝系钎剂无法广泛应用于大规模的实际生产。上世纪70年代后期迅速发展起来的Nocolok钎剂是由KF-AlF3系的共晶点KAlF4与K3AlF6组成的混盐。该钎剂的性能与氯化物钎剂相比具有不吸潮、无腐蚀、不溶性的优点，因而受到广泛的重视而应用于军事工业、航天工业、机械制造及化学工业等领域。近年来，有报道采用化学沉淀法和微乳液法制备纳米级的Nocolok钎剂(揭晓华，梁兴华，卢国辉.一种纳米粉体铝合金钎剂的制备方法:CN，101007355A[P]，2007-8-1;张慧，尹淑梅，张则牲，李宁.化学工业与工程，2004, 21 (3): 1-2)。虽然上述方法可制得粒径极小，成分均匀准确，熔点低，钎焊性能好的钎剂粉体，但是在制备过程中无一例外地引入了对作业人员身体健康伤害大且对环境不利影响大的氢氟酸(HF)。本发明申请者曾于2012年申请了以无水氯化铝和二水合氟化钾为原料，HNO3调节pH，利用化学沉淀法制备纳米级的氟铝酸钾钎剂粉体。但是在实际化学反应中，反应不可能趋于完全，且在实际操作中，只有十分准确地控制各原料成分组成，才能得到558°C的最低熔化温度，如果KF的含量偏高，熔化温度就会迅速升高而不能使用。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有化学沉淀法制备氟铝酸钾钎剂存在的问题，这些问题主要集中在化学反应过程中对各原料的精准操作控制难度大，原料氢氟酸对作业人员身体健康伤害大，对环境不利影响大，为此本发明提供一种熔点较低，环保性能和钎焊性能良好，在化学合成过程中原料组成稍有不准不至于太影响钎剂应用的有关纳米氟铝酸钾粉体的制备方法。
[0004]为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
[0005]本发明提供了一种不同形貌铝合金钎剂纳米氟铝酸钾粉体的制备方法，该方法包括以下步骤:
[0006](I)将二水合氟化钾溶于去离子水中，制成氟化钾溶液，将水溶性表面活性剂溶于上述溶液中，并用酸调整溶液pH=2?4，混合均匀；将六水合氯化铝溶于去离子水中，分别制取氯化铝A溶液和氯化铝B溶液，将这两种氯化铝溶液分别滴加到上述氟化钾溶液中，同时用磁力搅拌器搅拌，滴加完后继续搅拌0.5?lh，分离提取反应后物料中的沉淀物，提取的沉淀物经洗涤后干燥，分别得到晶相为K3AlF6和KAlF4的两种纳米粉体；所述酸为硝酸、盐酸、柠檬酸或醋酸；所述氟化钾溶液的浓度为0.4mol/L?1.5mol/L，所述氯化铝溶液的浓度为0.25mol/L?1.0mol/L，所述氟化钾溶液中的二水合氟化钾与所述氯化铝A、B溶液中的六水合氯化铝摩尔比分别为(6?6.5):1和(3.5?4):1 ;所述水溶性表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、烷基磷酸酯二乙醇铵盐、椰子油烷基乙二酰胺和司盘-20中的一种或数种，所述氟化钾溶液中的二水合氟化钾和水溶性表面活性剂的质量比为1: (0.05?0.12)；
[0007](2)将步骤(I)制备的K3AlF6和KAlF4两种纳米粉体按照6.445:1的质量比混合均匀，即可制成本发明产物:铝合金钎剂纳米粉。
[0008]进一步的，上述步骤(I)中氟化钾溶液中的二水合氟化钾与氯化铝A、B溶液中的六水合氯化铝摩尔比分别为6:1和4:1。
[0009]本发明的化学反应方程式如下:
[0010]4KF+A1C13 = KA1F4+3KC1
[0011]6KF+AICI3 = K3A1F6+3KC1
[0012]根据上述反应，本发明的技术方案是该钎剂以一定比例的氯化铝(AlCl3)和氟化钾(KF)为原料，加入一定量的分散剂，通过硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、柠檬酸(C6H8O7)和醋酸(CH3COOH)中的一种酸调节pH，利用化学沉淀法分别制备K3AlF6和KAlF4纳米粉体，然后将K3AlF6和KAlF4纳米粉体按照6.445:1的质量比将两者混合均匀。
[0013]与现有技术相比，本发明具有以下技术效果:
[0014]1、本发明克服了化学合成过程中原料组成稍有不准即影响钎剂熔点的技术缺陷，使得本发明的重复性、稳定性大大优于现有技术；
[0015]2、本发明所提供的制备方法不使用对人体有害的氢氟酸，绿色环保，且工艺简单、生产成本低；
[0016]3、本发明可制备不同形貌的钎剂粉体，其粒径小、形貌规则、成分均匀，助焊性能良好。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为实施例1制得的纳米铝钎剂的扫描电子显微镜照片。
[0018]图2为实施例3制得的纳米铝钎剂的扫描电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0019]为了进一步了解本发明的技术内容，以下结合附图和实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
[0020]实施例1
[0021]室温下将22.60g 二水合氟化钾配制成600mL浓度为0.4mol/L的钾盐溶液，将
1.81g聚乙烯比咯烷酮加入并溶解于上述钾盐溶液中(二水合氟化钾与聚乙烯比咯烷酮的质量比为1:0.08)，再在溶液中加入硝酸调节溶液pH=2 ;分别称取14.49g和9.66g六水合氯化铝，配制成150mL和IOOmL浓度为0.4mol/L的两种铝盐溶液；然后将上述两种铝盐溶液分别在常温常压下以25mL/min的速度滴加到上述钾盐溶液中，同时用搅拌器搅拌，滴加完后继续搅拌0.6h ;将生成的沉淀离心分离、蒸馏水洗涤2次，乙醇洗涤I次，最后在120°C真空干燥，所得两种粉体:分别为棒状、直径为60nm的KAlF4粉体和棒状、直径为65nmK3AlF6的粉体(如图1所示);最后将上述KAlF4纳米粉体和K3AlF6纳米粉体按照1:6.445的质量比混合均匀，即得本发明产物:铝及铝合金钎焊用纳米无腐蚀钎剂。
[0022]实施例2
[0023]室温下将28.24g 二水合氟化钾配制成500mL浓度为0.6mol/L的钾盐溶液，将
1.98g抗静电剂P加入并溶解于上述钾盐溶液中(二水合氟化钾与抗静电剂P的质量比为1:0.07)，再在溶液中加入柠檬酸调节溶液pH=3 ;分别称取18.1lg和11.14g六水合氯化铝，配制成300mL和185mL浓度为0.25mol/L的两种铝盐溶液；然后将上述两种铝盐溶液分别在常温常压下以15mL/min的速度滴加到上述钾盐溶液中，同时用搅拌器搅拌，滴加完后继续搅拌0.5h ;将生成的沉淀离心分离、蒸馏水洗涤2次，乙醇洗涤I次，最后在120°C真空干燥，所得两种粉体:分别为棒状、直径为40nm的KAlF4粉体和棒状、直径为60nm的K3AlF6粉体；最后将上述KAlF4纳米粉体和K3AlF6纳米粉体按照1:6.445的质量比混合均匀，即得本发明产物:铝及铝合金钎焊用纳米无腐蚀钎剂。
[0024]实施例3
[0025]室温下将37.65g 二水合氟化钾配制成500mL浓度为0.8mol/L的钾盐溶液，将
1.88g椰子油烷基乙二酰胺加入并溶解于上述钾盐溶液中(二水合氟化钾与椰子油烷基乙二酰胺的质量比为1:0.05)，再在溶液中加入醋酸调节溶液pH=4 ;分别称取27.52g和16.1Og六水合氯化铝，配制成IOOmL和115mL浓度为1.0moI/L的两种铝盐溶液；然后将上述两种铝盐溶液在常温常压下以0.25mL/min的速度滴加到钾盐溶液中，同时用搅拌器搅拌，滴加完后继续搅拌Ih ;将生成的沉淀离心分离、蒸馏水洗涤2次，乙醇洗涤I次，最后在250°C真空干燥，所得两种粉体:分别为颗粒状、直径为50nm的KAlF4粉体和颗粒状、直径为70nm K3AlF6粉体(如图2所示);最后将上述KAlF4纳米粉体和K3AlF6纳米粉体按照1:6.445的质量比混合均匀，即得本发明产物:铝及铝合金钎焊用纳米无腐蚀钎剂。
[0026]实施例4
[0027]室温下将28.24g 二水合氟化钾配制成200mL浓度为1.5mol/L的钾盐溶液，将
3.39g司盘-20加入并溶解于上述钾盐溶液中(二水合氟化钾与司盘-20的质量比为1:0.12)，再在溶液中加入盐酸调节溶液pH=3 ;分别称取20.69g和12.07g六水合氯化铝，配制成107mL和63mL浓度为0.8mol/L的两种铝盐溶液；然后将上述两种铝盐溶液在常温常压下以0.5mL/min的速度滴加到上述钾盐溶液中，同时用搅拌器搅拌，滴加完后继续搅拌Ih ;将生成的沉淀离心分离、蒸馏水洗涤2次，乙醇洗涤I次，最后在250°C真空干燥，所得两种粉体，分别为颗粒状、直径为60nm的KAlF4粉体和颗粒状、直径为80nm K3AlF6的粉体；最后将上述KAlF4纳米粉体和K3AlF6纳米粉体按照1:6.445的质量比混合均匀，即得本发明产物:铝及铝合金钎焊用纳米无腐蚀钎剂。
【权利要求】
1.一种不同形貌铝合金钎剂纳米粉的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)将二水合氟化钾溶于去离子水中，制成氟化钾溶液，将水溶性表面活性剂溶于上述溶液中，并用酸调整溶液pH=2?4，混合均匀；将六水合氯化铝溶于去离子水中，分别制取氯化铝A溶液和氯化铝B溶液，将这两种氯化铝溶液分别滴加到上述氟化钾溶液中，同时用搅拌器搅拌，滴加完后继续搅拌0.5?lh，分离提取反应后物料中的沉淀物，提取的沉淀物经洗涤后干燥，分别得到晶相为K3AlF6和KAlF4的两种纳米粉体； 所述酸为硝酸、盐酸、柠檬酸或醋酸；所述氟化钾溶液的浓度为0.4mol/L?1.5mol/L,所述氯化铝溶液的浓度为0.25mol/L?1.0mol/L，所述氟化钾溶液中的二水合氟化钾与所述氯化铝A、B溶液中的六水合氯化铝摩尔比分别为(6?6.5):1和(3.5?4):1 ; 所述水溶性表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、烷基磷酸酯二乙醇铵盐、椰子油烷基乙二酰胺和司盘-20中的一种或数种，所述氟化钾溶液中的二水合氟化钾和水溶性表面活性剂的质量比为1: (0.05?0.12); (2)将步骤(I)制备的K3AlF6和KAlF4两种纳米粉体按照6.445:1的质量比混合均匀，即可制成本发明产物:铝合金钎剂纳米粉。
2.如权利要求1所述的一种不同形貌铝合金钎剂纳米粉的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中氟化钾溶液中的二水合氟化钾与氯化铝A、B溶液中的六水合氯化铝摩尔比分别为6:1和4:1。
【文档编号】C01F7/54GK103639617SQ201310731891
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】冒爱琴, 金霞, 刘鸷群, 冯冰, 徐超华 申请人:安徽工业大学