專利名稱:鋁和鋁合金的硬釬焊法的制作方法
本發(fā)明屬于鋁和鋁合金的硬釬焊，按國際專利分類表屬B23K1/04類和B23K35/362類。
長期以來，鋁和鋁合金的硬釬焊法通常都是使用含硅在5～12%范圍內(nèi)的鋁硅系釬料，以氯化物(如氯化鋅、氯化鉀、氯化鋰等)為主的腐蝕性很強(qiáng)的釬劑。
但是，由于這種釬劑對(duì)鋁及鋁合金具有很強(qiáng)的腐蝕性，因此，使用該方法釬焊后的工件必須進(jìn)行殘余釬劑的去除和檢查，工序繁多，致使成本升高。
為了克服上述方法的缺點(diǎn)，近年來開發(fā)了鋁和鋁合金的真空無釬劑硬釬焊和高純度不活性氣體保護(hù)的無釬劑硬釬焊。這些方法除了需要高真空或高純度氣體的條件外，往往需要在鋁硅系釬料中加進(jìn)少量的鎂、鉍、稀土等元素。上述方法在保證釬焊接頭質(zhì)量的前提下雖然較好地解決了接頭腐蝕問題，但由于增加了設(shè)備投資費(fèi)用，因此限制了應(yīng)用和推廣的范圍。
真空釬焊時(shí)，釬料的填隙能力較差，盡管有人在釬焊面通過機(jī)械打磨使其粗造而提高釬料對(duì)母材的潤濕、填隙能力，但效果有限，其填隙高度(按大阪大學(xué)法)也只能達(dá)到1.75毫米。因此真空釬焊法在釬焊搭接或套接面積大的產(chǎn)品時(shí)，往往因接頭的漏焊面被限制其使用。
1980年4月在洛杉磯舉行的第十一屆國際釬焊年會(huì)上W.E.COOKE提出在氮?dú)庵惺褂梅X酸鉀釬劑的鋁合金硬釬焊法。雖然在工業(yè)上獲得了一定的應(yīng)用，但目前還存在以下幾個(gè)問題尚待克服(1)需要的氮?dú)饧兌容^高，露點(diǎn)選在-40℃以下;(2)使用的釬劑用量較大，一般為釬劑重量∶釬料重量＝1∶1～5生成數(shù)量較多的殘余釬劑，給工件的表面涂復(fù)帶來困難;(3)因?yàn)榈獨(dú)獾臒醾鲗?dǎo)率低于氫氣，為了保證工件的快速均勻加熱，往往選擇高于鋁合金熔點(diǎn)的初始爐溫和對(duì)通入氮?dú)膺M(jìn)行了較高溫度的予先加熱。W.E.COOKE選擇的初始爐溫為704℃，氮?dú)庥锜釡囟葹?40℃。
據(jù)日本專利昭53-5053，介紹了服卷孝等人提出的在露點(diǎn)為-40℃以下氫氣氣氛中對(duì)鋁和鋁合金進(jìn)行無釬劑的硬釬焊法。這種方式打破了氫氣中不進(jìn)行釬焊鋁和鋁合金的常規(guī)。不過該發(fā)明需要予先對(duì)工件表面的氧化膜進(jìn)行嚴(yán)格的清洗和檢查，要求氫氣的露點(diǎn)在-40℃以下，還要使用包復(fù)鋁硅釬料的復(fù)合釬焊板，否則會(huì)造成釬焊接頭的缺陷。
美國專利3，951，328號(hào)介紹了氟鋁酸鉀釬劑對(duì)鋁的氧化膜具有較強(qiáng)的破除作用，而對(duì)鋁基體不發(fā)生任何作用。同時(shí)，氟鋁酸鉀釬劑不溶于水，殘余釬劑對(duì)鋁基材不產(chǎn)生腐蝕。但是該專利介紹的水溶法制取氟鋁酸鉀卻有一定的局限，因?yàn)榉浐头X作用不充分，使得釬劑中存在殘余的氟化鉀，因?yàn)殁F劑的熔點(diǎn)有時(shí)升高到700℃，使釬劑失效。
本發(fā)明的目的旨在克服上述已有技術(shù)的不足，讓鋁和鋁合金硬釬焊在氫氣氣氛中進(jìn)行，配合使用微量無腐蝕性的氟鋁酸鉀釬劑及含有微量鍶和鑭的鋁硅共晶型釬料，從而降低了對(duì)氫氣露點(diǎn)的要求，放寬了釬焊前工件表面予處理的要求以及選用不同形狀的釬料實(shí)現(xiàn)對(duì)不同釬焊接頭的填隙。本發(fā)明對(duì)氟鋁酸鉀釬劑的制備用研磨法代替水溶法，以克服美國專利3，951，328的不足。這樣使得本發(fā)明既利用了氫氣作為保護(hù)氣氛的一系列優(yōu)點(diǎn)，又利用了氟鋁酸鉀的活性和無腐蝕性，同時(shí)還利用了鋁硅鍶鑭釬料的良好流動(dòng)性和細(xì)化釬縫組織的特征。因此，采用本發(fā)明既可實(shí)現(xiàn)對(duì)散熱器類工件的釬焊，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)精度較高的、形狀復(fù)雜的微波元器件的釬焊。
本發(fā)明采用露點(diǎn)為-20℃以下的氫氣作為保護(hù)氣氛，采用用研磨法制備的無腐蝕性的糊狀氟鋁酸鉀作為釬劑，采用加有微量鍶和鑭的鋁硅共晶型釬料，對(duì)鋁和鋁合金進(jìn)行硬釬焊。
采用露點(diǎn)為-20℃以下的氫氣作為保護(hù)氣氛，一是為了充分利用氫氣氣氛中工件加熱均勻快速，有利于釬焊過程的順利進(jìn)行;二是利用氫對(duì)鋁氧化膜的破壞作用，另外，也利用了氫的原子半徑小，可以有效地置換工件表面和爐壁及爐內(nèi)釬焊夾具的表面所吸附的有害氣體，比如水分子和氧分子等，這樣有利于快速凈化釬焊環(huán)境，提高釬焊質(zhì)量。
采用露點(diǎn)為-20℃以下的氫氣是在釬劑的較少用量和釬料優(yōu)異填隙能力的前提下，降低氣體的使用費(fèi)用，方便了氣體的來源和簡(jiǎn)化了氫氣的凈化程序。
采用微量鍶和鑭的鋁硅系共晶釬料其成份是硅12%;鍶0.04～0.06%;鑭0.04～0.06%;其余為鋁。它不僅具有優(yōu)良的流動(dòng)性和填隙能力，而且還可以使釬縫組織細(xì)化，提高接頭的塑性和抗腐能力。同時(shí)該釬料具有良好的延展性，可加工成絲狀、箔狀、塊狀使用，適用各種型式的釬焊接頭的填隙需要，比如對(duì)接、搭接、套接等。
糊狀氟鋁酸鉀釬劑的制備;
采用工業(yè)純的氟化鉀和氟化鋁作為原料，把重量比為KF·2H2O∶ALF3·3 1/2 H2O＝40～45∶60～55的含結(jié)晶水的氟化鉀和氟化鋁混合研磨成氟鋁酸鉀后，用適量的乙二醇將氟鋁酸鉀調(diào)成糊狀，乙二醇和釬劑的配比(重量比)為乙二醇∶釬劑＝1∶2～5這樣制得的糊狀釬劑不僅具有很強(qiáng)的活性，而且還具有可靠的粘接性，因此，在方便操作的同時(shí)，可以減少釬劑的用量，本發(fā)明的釬劑用量為釬劑重量∶釬料重量＝1∶7～10。
釬焊時(shí)只要將這種糊狀釬劑按規(guī)定用量涂抹在釬焊處即可。
本發(fā)明使用的釬劑和釬料均為共晶型，因此把釬焊溫度定為595±10℃，熱壁爐的初始溫度定為630±10℃，由于爐子初始溫度低于鋁合金的熔化溫度，因此可以防止釬焊時(shí)工件的局部熔化和過熱。釬焊溫度下的保溫時(shí)間視工件的具體結(jié)構(gòu)和大小而定，一般原則是待全部釬料熔化后，再保溫10～30秒鐘即可。
所使用的熱壁式氫爐的爐壁材料采用氣煉法制取的透明石英，有二個(gè)優(yōu)點(diǎn)(1)高溫下透明石英不發(fā)生氧化反應(yīng)，保持爐壁的潔凈;(2)透明石英光滑，表面吸附的少量雜質(zhì)氣體易被趕走，有利于釬焊環(huán)境的凈化。
本發(fā)明對(duì)工件表面的予處理要求遠(yuǎn)較服卷孝等人的發(fā)明為低。將工件表面去油去污后，只要進(jìn)行一般的堿洗和酸洗即可。如果處理過的工件不再沾污和接觸油，放置時(shí)間的長短不影響釬焊過程的進(jìn)行。
本發(fā)明和已有技術(shù)相比，突出的效果是1.糊狀氟鋁酸鉀釬劑不僅活性強(qiáng)而且具有可靠的粘附釬料的性能，易于制備;
2.釬劑的用量減少到已有技術(shù)用量的1/2～1/5，殘余釬劑微少，不需清洗;
3.氫氣的露點(diǎn)升到-20℃以下，用普通氫氣代替了已有技術(shù)中使用的露點(diǎn)為-40℃以下的高純度氫氣和氮?dú)?
4.放寬和簡(jiǎn)化了釬焊工件表面予處理的要求;
5.微量的鍶和鑭對(duì)釬縫組織進(jìn)行細(xì)化，提高了接頭的塑性和耐腐蝕能力;
6.降低了熱壁式爐子的初始溫度，使其低于鋁和鋁合金的熔化溫度;
7.采用氣煉法制取的透明石英作為爐壁材料，大大縮短了凈化釬焊時(shí)保護(hù)氣氛所需的時(shí)間。
采用本發(fā)明釬焊防銹的鋁錳合金(LF21)，其釬焊接頭的抗拉強(qiáng)度不低于11公斤/毫米2，釬料的填隙高度按大阪大學(xué)法可達(dá)到3毫米，釬焊接頭經(jīng)高靈敏度的氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏。漏孔的漏率Q≤5.0×10-11托·升/秒，釬焊接頭浸泡在加有0.1%過氧化氫的3%氯化鈉溶液中，經(jīng)30晝夜不發(fā)生腐蝕。
采用本發(fā)明在半連續(xù)熱壁式氫爐中釬焊精密的三公分三腔濾波器組件，每件所消耗的氣體、釬劑、釬料和電能的總費(fèi)用僅為0.12元。
圖1是釬焊試件的簡(jiǎn)圖圖2是熱壁式氫爐的示意圖圖3是釬焊后的試件試板[1]和[2]為LF21鋁合金，尺寸是70×20×3，表面經(jīng)機(jī)械加工光潔度達(dá)四級(jí)以上，試片經(jīng)一般的去油去污處理后，再經(jīng)堿洗和酸洗即可。
如圖1所示，清洗后的試板[2]自然放置在試板[1]上，并用氬弧點(diǎn)焊工藝將兩端各焊一個(gè)氬弧點(diǎn)固點(diǎn)[5]，形成倒置的T形試件。
在待焊縫的一側(cè)放上經(jīng)清洗過的釬料絲[4]，在釬料絲[4]與釬縫之間放上適量的糊狀釬劑[3]。
如圖2所示，氫氣爐由均流板[6]、石英管[7]、加熱體[8]、進(jìn)氣管[9]、載物板[10]組成。爐子預(yù)先加熱到初始溫度630±10℃并充分保溫。然后按照使用氫氣安全規(guī)程導(dǎo)入氫氣，并在出口處點(diǎn)火待用。
將裝配好的T形試件[11]放在載物板[10]上，從爐口緩慢地推入爐內(nèi)的恒溫區(qū)，T形試件[11]到達(dá)釬焊溫度595±10℃后開始保溫。完成釬焊后，可把T形試件[11]推到爐外冷卻，完成一個(gè)釬焊循環(huán)。
釬縫園角均勻一致，飽滿、殘余焊劑極少。
權(quán)利要求
1.一種在保護(hù)氣氛中使用適量的釬劑和釬料對(duì)鋁和鋁合金進(jìn)行硬釬焊的方法。其特征是在普通純度的氫氣氣氛中使用微量的糊狀氟鋁酸鉀釬劑及加有微量鍶和鑭的鋁硅系共晶釬料釬焊鋁和鋁合金的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是氫氣露點(diǎn)在-20℃以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是釬料為鋁硅系共晶型釬料并含有微量的鍶和鑭。
4.根據(jù)權(quán)利1、3所述的方法，其特征是硅含量12%，鍶含量0.04～0.06%，鑭含量0.04～0.06%，其余為鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是氟鋁酸鉀釬劑是用研磨法制備。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1、5所述的方法，其特征是氟鋁酸鉀釬劑的原料為工業(yè)純的氟化鋁及氟化鉀，其配比為KF·2H2O∶ALF3·3 1/2 H2O＝40～45∶60～55(重量比)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1、6所述的方法，其特征是氟鋁酸鉀釬劑用適量的乙二醇調(diào)成糊狀使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1、7所述的方法，其特征是乙二醇和釬劑的配比(重量比)是乙二醇∶釬劑＝1∶2～5。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是釬焊溫度為595±10℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是熱壁式氫爐的爐壁材料是氣煉法制取的透明石英。
專利摘要
一種用于鋁和鋁合金的硬釬焊法。在普通純度的氫氣氣氛中使用微量的糊狀氟鋁酸鉀釬劑及鋁硅鍶鑭共晶釬料釬焊鋁和鋁合金。氫氣的露點(diǎn)在-20℃以下，釬料中含有微量的鍶和鑭，釬劑用研磨法制備并用乙二醇調(diào)成糊狀使用。釬料的填隙能力強(qiáng)，釬焊接頭抗拉強(qiáng)度高，耐腐蝕、殘余焊劑少、焊劑無腐蝕性，不需清洗，經(jīng)濟(jì)效益顯著。可進(jìn)行對(duì)接、搭接和套接，特別適用于精度較高、形狀復(fù)雜的組件的釬焊。
文檔編號(hào)B23K1/19GK86101487SQ86101487
公開日1987年9月23日 申請(qǐng)日期1986年3月12日
發(fā)明者張成邦 申請(qǐng)人:電子工業(yè)部第二十七研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan