CN102886617A

CN102886617A - 钎焊材料

Info

Publication number: CN102886617A
Application number: CN2010106252671A
Authority: CN
Inventors: 艾伦·贝洛拉夫; 克里德·达林; 迪安·W·基克
Original assignee: Lucas Milhaupt Inc
Current assignee: Lucas Milhaupt Inc
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2013-01-23

Abstract

揭示了一种包括基底金属和第二金属，例如铝合金和锌合金，的钎焊材料。锌合金用作温度抑制以降低得到的混合物的液相点大致低于540℃，使得得到的合金可被用于被接合的基底金属需要有较低液相点的填充金属的应用中。此钎焊材料还可包括钎剂，例如，作为芯或涂层。钎剂应当具有的活性温度大致低于钎焊材料的液相点。钎焊材料可以各种不同的形式供应，例如条带、环、垫圈、棒、丝、和其它这类预成型件。

Description

钎焊材料

技术领域

本发明大体涉及钎焊领域。具体地，本发明的优选实施例涉及了一种独特的用于结合(coupling)金属的钎焊(brazing)材料及其制造工艺。

背景技术

如本领域技术人员所知，钎焊是一种接合(joining)工艺，由此将非铁填充(non-ferrous filler)金属或合金加热到熔化温度，并分布在两个或更多个紧密配合的(close-fitting)部件之间。熔化的填充金属和钎剂(flux)与一薄层的基底金属相互作用，然后冷却以形成坚固的、密封的接头(joint)。多种的填充金属和合金都可以被使用。用于接合基底金属的填充金属或合金具有一个液相点(即，金属熔化变为液态所处的温度)，其大致在更被接合的基底金属的固相线(solidus)的下方，以便确保在钎焊期间基底金属不被熔化。

出于多种理由，钎焊是当今最通用的接合金属的方法之一。原因之一，钎焊接头相对坚固。在非铁金属和钢上，经过适当加工的接头的抗拉(tensile)强度往往超过被接合金属本身的抗拉强度。在不锈钢上建立一个抗拉强度为130,000磅每平方英寸的接头是可能的。另外，钎焊接头是较有韧性的(ductile)，因此能够承受相当大的冲击和振动。而且，钎焊接头较易制造，并且此外制造得相当快。理想地，钎焊用于接合不相似的(dissimilar)金属，例如含铁的和非铁的金属以及具有较大变化的熔点的金属。此外，钎焊执行在较低温度下，因此减小了翘曲(warping)、过热、或熔化基底金属的风险。最后，与其它接合工艺相比，钎焊是经济的。

钎焊涉及利用毛细管作用(capillary action)以将熔化的填充金属分布在要被接合的基底金属的表面之间。钎焊工艺通常包括几个截然不同的(distinct)步骤。第一，操作员必须确保两种将被接合的基底金属之间的良好的配合和合适的空隙。第二，只有金属被恰当清洁，毛细管作用才会正常的起作用，由此，基底金属在接合在一起以前必须被恰当的清洁。接下来，部件通常必须被熔化。钎剂(flux)是钎焊前施加到接头表面的一种化合物(chemical compound)。钎剂涂层用于将基底金属表面与空气屏蔽开，由此防止在其上形成氧化物。然后，将金属保持在适当的位置准备钎焊。接着，将准备好的组件钎焊，这包括将组件加热到适当的钎焊温度，并且使填充金属流动经过接头。一旦接头被创建，通常必须对其进行适当的清洁以移除任何钎剂残渣，如果是腐蚀性的，还应移除在钎焊过程中形成的任何氧化皮(oxide scale)。

预先意识到的问题是，填充金属或钎焊材料的液相线温度时常太高，以致于钎焊材料连同基底金属的使用在钎焊期间将引起基底金属的熔化，因而不能与某些基底材料一起使用。更不用说，期望提供一种包括温度抑制剂(depressant)的钎焊材料，由此，温度抑制剂在钎焊材料的液态与基底金属的固态(固相线)之间形成一个显著的温度区。

当前，例如，铝制热交换器线圈的生产涉及使用高温钎焊材料，其可能转而增加温度和处理时间。增加加工温度的使用的结果，出现了各种不利，包括但不限于基底金属的熔化、基底金属的腐蚀以及钎剂活性的损失。然而，一些较低温合金已用于此并带来了有限的成功，例如，合金98Zn/2Al。虽然这种特殊的合金比热交换器组件中的铝基底金属具备更低的温度，结果却不是原本的良好的(otherwisepositive)。例如，如果合金具有的熔化温度低于所使用的标准钎剂的活性温度，则合金将熔化但直到钎剂变得活化才会浸润(wet)基底材料。因此，这常常导致相当不一致的(inconsistent)接合质量。

在另一种应用中，低熔点锌(Zn)合金在过去已用于锡焊(soldering)或钎焊铝元件。然而，这种合金只能用于自动进给(feeding)或手工进给，因为过去所用的钎剂在高于Zn合金本身熔化的温度的温度下熔化。因此，当这些合金成形为环或其它预成型件(preform)时，合金常常在钎剂之前熔化。遗憾的是，由于合金首先流动，因此位于基底金属表面上的钎剂无氧化保护，因而合金滚成了球。此外，当钎剂最终活化时，合金也有了一种不一致地流进接头表面的趋势。此问题示于图1a-1d。结果，所生产的锡/钎焊接头通常是不可接受的，呈现出有限的接合强度并且有失完整性(leak integrity)。

此外，钎焊填充金属中锌的高含量可能潜在地导致加热期间钎焊合金腐蚀一些铝基底金属元件。发生的这种腐蚀会影响组件的结构完整性以及钎焊接头的密封性(leak tightness)。发生的腐蚀的程度会受多种因素的影响，但钎焊合金中Zn的总含量起关键作用。因此，理想的是保持合金中Zn的含量为一个公知的水平，即，优选是较低的水平。

还应注意，由于需要进行加工的接头的数量和所使用的自动钎焊设备，因此在工业中铝蒸发器线圈的当前钎焊/锡焊几乎仅与环形的合金进行操作。

因此所需要的是，可用于现有的工艺和设备的环形的预成型锌合金，从而消除不一致的合金流的问题，并通过提供一种使钎剂跟随着钎焊合金的适当熔化和流进接头表面而呈现均匀熔化的产品，从而改善所得钎焊接头的一致性(consistency)。还需要一种钎焊产品，其当以环形提供时，在钎焊合金熔化前将熔化的并且活性的钎剂释放到接头区域。还需要一种包括钎剂的操作，其使熔化的钎剂能够烧化在铝基底金属表面，以适当地限制氧化物的形成并移除铝上存在的氧化物。此外需要一种包括铝(Al)、锌(Zn)和硅(Si)的合金，当此合金开始熔化时会均匀的流进钎焊接头从而形成可靠的连接(bond)。

还需要一种钎焊材料，用于在基底金属的固相点与钎焊材料的液相线温度之间要求有温度区的应用中。另外，需要一种钎焊材料，其可以采用不同的形式包括条带(strip)、丝(wire)、钎剂涂覆的或钎剂为芯的产品、环或其它这类预成型件。此外，需要一种钎焊材料，其能够具有范围为600°F和1080°F(315℃和582℃)的液相点。直到目前，在不引起各种缺陷的情况下，这些要求没有完全满足。

发明内容

概括起来，本发明定向于一种钎焊材料，其优选由结合至锌或锌合金的铝合金组成以用于钎焊工艺。本发明的作用在于提供了一种钎焊材料，以用于在要接合的基底金属的固相点与在此涵盖的钎焊材料的液相线之间需要有温度区的应用中。

本发明的一个目标是，提供一种钎焊材料，其具有在600°F与1080°F(315℃和582℃)之间的液相线温度范围，但允许的熔化范围的温度仍然高于所用的钎剂。本发明的另一个目标是，提供一种钎焊材料，其可以采用不同的形式，例如条带、丝、环、垫圈、棒和在相关领域公知的其它形式的预成型件。这类预成型件可以是用抗氧化剂(agent)涂覆的或者是为芯的，例如，一种钎剂。还有一个目标是，创造一种经济的、且易于制造和使用的钎焊材料。

本发明的另一个目标是提供一种钎焊材料，其可以被配置以用于不同的应用中。例如，用于某些应用中，钎焊材料的铝合金可以被结合到正好位于其一侧的锌上。或者，可能期望提供一种钎焊材料，其中铝合金结合在两侧，从而将锌或锌合金夹于两层铝合金之间。此外，铝合金可以位于中间，而锌在两侧。

依据本发明的第一方面，这些目标通过提供一种包括基底金属、第二金属和钎剂的钎焊材料而实现，所述第二金属优选为铝合金并且锌或锌合金通过如涂覆(coating)、包裹(wrapping)或敷覆(cladding)结合到其上。钎焊材料可能具有钎剂芯，或者，可以包括钎剂涂层。钎焊材料的最终合成物应当优选地包括足够的锌，以便将钎焊材料的液相线温度减小到低于582℃。虽然优选地敷覆的锌和铝合金包括处于环境温度的独立部件，但在钎焊过程中两者开始相互组成合金。由此，当锌开始熔化时，它也将一些铝熔进自身。当温度继续上升时，锌和铝合金完全熔合在一起，形成钎焊填充材料而熔化温度高于置于敷覆层另一侧的钎剂的熔化温度并低于正在钎焊的基底材料的熔化温度。在替代实施例中，一种不同于锌的材料可以用作温度抑制剂。而在另一实施例中，一种不同于铝的材料也可被使用。

在另一个方面，钎焊材料以丝形式及类似形式提供，铝合金可以沿圆周结合至锌合金。

本发明的又一个方面是，提供一种钎焊材料，其与焊炬、感应、炉子或其它的在开放的空气中执行并要求使用钎剂和低熔点钎焊合金的加热方式一起使用，该低熔点钎焊合金在所用的钎剂的活性熔化点以上熔化但仍提供显著低于被结合的基底金属的熔点的合金熔点。

本发明的另一目的是，提供一种可用于创造在此所述的钎焊材料的方法。

本发明的另一方面是，控制整个钎焊合成物中的关键合金的量，例如锌，以获得最优的钎焊质量和强度。

本发明的这些和其它方面及目的，在连同以下描述和附图进行考虑时，将更容易领会和理解。然而，应当理解，以下描述，虽然表示本发明的优选实施例，但是以示意的形式给出并且不限于此。在不背离本发明精神的本发明范围内，可进行一些变化和变型，并且本发明包括所有这些变型。

附图说明

通过参考示例性的、并且因此是非限制性的、附图中所示意的从而构成本说明书的一部分的实施例，组成本发明的优点和特征以及本发明的典型实施例的构造和操作的清晰概念变得更加的明显，其中类似的参考数字在多个视图中指代相同的元件，并且其中：

图1a-1d是现有技术的钎焊材料方法；

图2a示意本发明的钎焊材料的一个实施例的侧视图；

图2b示意图2a的钎焊材料的一个横截面视图；

图2c示意依据本发明的钎焊材料的另一实施例的横截面视图；

图3示意依据本发明的钎焊材料的另一实施例的横截面视图；

图4a示意依据本发明的材料的另一个实施例；

图4b示意依据本发明的材料的另一个实施例；

图5示意依据以横截面示出的本发明的材料的另一个实施例；

图6示意依据以横截面示出的本发明的材料的另一个实施例；

图7示意依据以横截面示出的本发明的材料的另一个实施例；

图8示意依据本发明的材料的另一实施例的局部透视图；

图9a示意依据本发明的钎焊材料的另一实施例的环形的透视图；

图9b和图9c示出依据本发明的钎焊材料的另一实施例；

图10-12示意本发明的一种形式的应用；

图13是示意如本发明中两种金属融合(alloying)在一起的简图；

图14是示出本发明的钎焊材料的制造方法的流程图；

图15示意本发明的进一步的实施例；

图16示意图15所示的本发明的一种应用；

图17示意一种已知的钎焊材料的应用；

图18示意本发明的进一步的实施例；和

图19示意一种已知的钎焊材料；

在描述本发明在附图中示意的优选实施例中，为了清晰起见，将采用特定术语。然而，并不意味着本发明受限于如此选取的特定术语，并且应该理解为每个特定术语包括了所有技术上的等效物，其以相似的方式操作以实现相似的目的。例如，单词“连接的”、“附着的”、“结合的”，或类似的术语也常被使用。它们不限于直接的连接，而是包括了通过其它元件的连接，其中这些连接被本领域技术人员认为是等价的。

具体实施方式

1.本发明概要

本发明提供了一种制作钎焊合金产品的方法，例如，一种Al/Zn/Si产品，其中Zn的可变通范围(flexible range)由产品内Zn的含量和位置所控制和限定的。本发明中Zn元素的这种控制也对得到的钎焊接头的耐蚀性(corrosion resistance)起作用。过去，高Zn含量含金通常比Al基的合金表现出较弱的耐蚀性。而且，当合金中Zn的含量增加时，耐蚀程度会减弱。因为钎焊产品中Zn的含量可以控制，因此依据应用需求，各种合成物是很可能的。

如现有技术所公知，在钎剂熔化温度以上熔化的Zn合金只具备有限的可用性。因此，本发明结合Zn轴承合金和Al合金，以形成一种熔化温度在所用的钎剂固相点以上但又明显低于要接合的基底金属的固相线的最终合金。本发明还提出将两种合金结合在一起并将钎剂合并于产品中的适当方法。

本发明进一步提出不一致的涂层或材料间的接触问题，例如通过提供一个充足的钎剂对合金的比率。在另一实施例中，这通过将一种合金敷覆(clad)到另一种合金上以使金属，例如，Al和Zn合金，之间形成密切的接触，进而将钎剂制到所形成丝的芯部来完成。本发明还提供了一种钎焊产品，其不要求直接将材料涂覆或敷覆到基底金属基片上，例如见于现有技术领域的敷覆钎焊片。更确切地，本发明提供了一种钎焊产品，在钎焊之前其完全与基底金属基片分离，使两基底金属部件之间能够直接发生接合而无需使用中间的(intermediary)基片表面。

2.优选实施例详述

现在参见图1a-14，尤其是图1a-1d，图1a-1d示出了现有技术的钎焊材料和方法，该方法如上所讨论的对于一些操作是不合适的。

图2a和2b示出了本发明的钎焊材料的第一实施例。具体地，图2a示出了钎焊材料的侧视图，例如依据本发明的条带10包括基底金属例如锌合金12和结合到基底金属上的第二金属例如铝合金14。图2b示出了图2a的钎焊材料的横截面前视图。虽然本实施例揭示了锌合金的使用，应当理解，替代地，纯锌或其它的温度抑制材料可以用于在此揭示的本发明的各种实施例中。同样地，虽然铝-硅合金是优选的，其它的合金也可用于在此描述的各种实施例中。这些替代的温度抑制材料和填充材料的示例将在下面更进一步讨论。

铝合金14和锌合金12在本实施例中至少可以通过包裹、敷覆或涂覆的方式结合。然而，出于公开的目的，术语“结合”可以理解为涵盖在两种或更多材料之间的很多种关系，例如抵靠(abutting)、邻接(adjoining)、接近(touching)、联接(linking)、接触(contacting)、接合(bonding)、包裹(wrapping)、附着(attaching)、连接(connecting)、涂覆(coating)、敷覆(cladding)、电镀(plating)及类似的。事实上，本发明的铝合金和锌合金的结合采用根据钎焊材料的应用的许多不同的形式。例如，在一些实施例中，例如如这里所示的当钎焊材料以条带的形式提供时，结合可以通过只在锌合金的一侧敷覆来完成。

涵盖用于钎焊材料的最终合成物或混合物(“混合物”被定义为所得的呈液态或固态形式的合金钎焊材料)的各种范围，并且代表性的合成物列在下面。下列合成物按重量百分比显示：

Al：30％+/-20％

Si：5％+/-5％

Zn：70％+/-20％

其它元素：5％+/-5％

一个优选实施例是：

Al：约40％

Si：约5％

Zn：约55％

其它元素：＜0.5％；和

另一个优选实施例是：

Al：约18％

Si：约3％

Zn：约79％

其它元素：＜0.5％

上面所揭示的合成物并不意味着成为限制，因此，其它的合成物也可使用。虽然锌和铝合金是优选的，如前述的，其它的材料也可使用，只要最终合成物的液相点温度达到介于600°F和1080°F(315℃到582℃)之间。

在一优选实施例中，两个部件，锌合金12和铝合金14，在环境温度下保持两个独立的部件。然而，在钎焊过程中，锌合金12和铝合金14开始融合。当锌开始熔化时，一些铝合金混合进锌合金溶液中。随着温度升高，锌合金和铝合金将完全熔化或融合在一起以形成一种钎焊混合物，从而所得材料熔点温度低于铝合金但高于锌合金。优选地，最终合成物应包括足够的锌，以便使所得合成物的液相线温度低于540℃，例如，优选约488℃。具体地，优选是在Al 718的与涂锌的铝合金的液相线温度之间的温度区。

在一个优选实施例中，铝合金优选包括下列之一：AMS 4185D、AWS A5.8BalSi-4、美国铝业协会AA4047、或Lucas-Milhaupt的Al718(例如88％Al，12％Si)。一般而言，Al合金的合成物是：

Al：80％+/-20％

Si：20％+/-20％

锌合金的合成物优选包括下列之一：

Zn：80％+/-20％

Al：20％+/-20％

其它元素：20％+/-20％

或

Zn：98％+/-1％

Al：2％+/-1％

其它元素：≤0.02％(这里是指可购买到的Lucas-Milhaupt有限公司的Al802)。

如所述，上述的锌和铝合金并不意味着是成为限制，并且涵盖了其它的如锌和铝合金并可用以实施本发明。此外，如前所揭示的，涵盖了除了锌合金和铝硅合金之外的金属，并因此在本发明的范围内。例如，锡或镉可被使用。这些金属，像锌合金，对于钎焊材料起温度抑制剂的作用。

在一优选实施例中，银合金可以用作基底金属。这类金属是Br300，可以从Lucas-Milhaupt有限公司得到。镍合金然后优选地结合至这种银合金以提供一种钎焊材料。

或者，最终的钎焊混合物的另一种合成物可以是：

Ag/Cu/Zn/Ni合金：

如所述，本发明可采用多种形式。然而，在一优选实施例中，所述实施例的敷覆合金条带优选具有0.002英寸-0.050英寸(0.005-0.127厘米)的厚度，并且宽度至少0.025英寸-1.5英寸(0.0635-0.38厘米)。在最终产品包括丝或类似物的替代实施例中，该丝优选具有至少是0.010英寸-0.375英寸(0.025-0.953厘米)的直径。虽然前述措施代表用于钎焊材料的优选措施，但是应当理解，涵盖了替代的厚度和直径，并且在本发明的范围之内。

这里揭示的钎焊材料将降低液相线温度，并可以减少钎焊所需要的时间，例如，用铝制热交换线圈，由此降低了被接合基底材料熔化的可能性。此外，因为合金在钎剂已变得活化之后熔化，因此，与其它低温度的钎焊材料相比，这里揭示的材料流动更自由并产生更多更一致的接头。除了提供一个非常理想的钎焊温度范围以外，本发明的材料可与现有的组件和工艺一起使用。

现在参考图2c，示出了本发明的另一个实施例，其中钎焊材料是以钎剂为芯的丝(wire)16的形式。在丝16的中心是钎剂18，其被铝合金层14和由锌合金12组成的外部结合层紧接地包围。此处这些金属优选是恰当地相互包裹。因此，图2c中的以钎剂为芯的产品，钎剂18优选是封装在丝的内部，如美国专利No.6,830,632所述，其通过参考结合于此。然而，钎剂芯可以通过本领域公知的其它方法封闭在敷覆条带的内部。

钎剂18优选是基于铯的(cesium-based)，而活性温度(active temperature)在钎焊材料的液相点以下。用于与本发明的钎焊材料一起使用的钎剂18的代表性产品的化学组成揭示如下：

铝：10％+/-5％

铯：50％+/-30％

氟化物：20％+/-15％

钎剂18可以是粉末的形式，其优选被封装在丝中或用粘合剂粘在一起。在一实施例中，粘合剂是聚合物粘合剂，优选是碳酸丙烯粘合剂(propylene carbonatebinder)，甚至更优选的是这种聚合物是以水乳浊液(aqueous emulsion)的形式。一种优选的粘合剂是PAC聚合物中的QPAC-40TM。美国专利No.6,248,860详细地描述了该粘合剂，并通过参考结合于此。

涵盖了替代的钎剂合成物并在本发明的范围之内，例如来自Solvay Fluor的

钎剂，包括了K、Al、F、Fe、Ca以及LOH。事实上，只要钎剂具有的活性温度低于所获得的钎焊混合物或材料的液相线的温度，该钎剂就可用以实践本发明。关键还是在于，本发明的钎焊金属在钎剂已经变为活性之后而不是之前熔化。

在一些实施例中，敷覆锌、涂锌或类似的只位于铝的一侧。这里，钎剂优选置于与锌敷覆层相反的一侧。这就确保锌在钎剂相反的一侧，因此限制了潜在的在锌与钎剂之间的不利反应(adverse reaction)。它也可以暂时起热屏蔽的作用。

现在转向图3，示出了本发明的钎焊材料产品，其中为丝20的形式。丝20由锌合金芯12、中间铝合金层14、和外部的钎剂层18组成。在这类丝20的一个实施例中，金属12、14是共同挤压成形的(co-extruded)，然后以可喷的钎剂18涂覆。或者，钎剂也可以和金属共同挤压成形。

也涵盖了这里揭示的钎焊材料的替代的最终形式。例如，钎焊材料可以采用条带、垫圈、棒、丝、环、和本领域公知的各种的其它的预成型件。此外，各种的形式可以是涂覆的钎剂、以钎剂为芯的，或者原本与钎剂自身分离的。

如图4a所示，当期望时，锌合金12可以夹在两层铝合金14之间，而钎剂18位于这种布置的核心。这里的层14、12、14可以沿圆周结合在一起，例如，通过“双层敷覆(double cladding)”。或者，在这种布置中，其它金属可以一起夹入其中，例如，铝合金可以夹在两层锌合金之间(未示出)。

如图4b所示，锌合金12可以是丝的形式。与锌合金丝12结合的是铝合金14。然而，优选地，在铝合金14与锌合金丝12之间是钎剂层18a。另一个钎剂层18b然后优选加至A1层14的外侧。

图5示出了本发明的另外的形式。钎焊材料采用常规的U形22。形式22通常包括围绕第二金属14的第一金属12。沟槽(channel)21或缝隙将弯曲的金属端分开。然后，钎剂18优选以液体的形式注入沟槽21并硬化。当然，在此配置中，可添加金属和钎剂的附加层。例如，可通过将要加入的金属之一烧结(sintering)成粉末金属以形成这种布置。在这类实施例中，粉末化的钎剂18然后可装进金属的芯部。

图6示出了发明的钎焊材料26的多层配置。条带26具有第一材料层27、第二材料层29和第三材料层31。然后对这些层配置，例如，弯曲，以形成凹槽或沟槽33。然后将钎剂18加入该沟槽33。沟槽33也可以加工成条带26。例如，沟槽33可以首先在材料31上以模具例如1/8英寸的锌条带切削而成。然后就可以加入其它材料29和27。最后，设置钎剂18。材料优选是不同的金属，并优选是结合的，例如通过热喷涂工艺涂覆。钎剂优选是装入沟槽33的粉末化的钎剂18。虽然这里使用热喷涂涂覆，但也存在适合于材料的“冷”涂覆的本领域公知的其它的各种技术。应该注意，可使用组合的结合，例如，一层可以涂覆到另一层上，然后下一层可以被敷覆，最终第三层可以被包裹。

图7示出了丝24的另一种配置。这里钎剂18a被金属14和另一种金属12包裹。钎剂18b的附加层然后例如通过涂覆添加到外侧。

图8示出了所发明的钎焊材料28的另一种可能的配置。这里钎剂18被金属14包围。金属12然后通过包裹加入到钎剂18和金属14周围。当金属12，例如铝合金，在锌合金的外侧时，它封装锌合金，以阻止加热时锌合金(14)侵蚀(eroding)基底金属。

图9a示出了所发明的钎焊材料10的另一种配置。钎焊材料是一个预成型环30。该环具有第一金属32的一层和第二金属34的第二层。凹槽(groove)40位于环30的中心。钎剂18沉积在凹槽40内。在此实施例中，锌或锌合金优选为金属32的最外层。一旦对环30加热，锌就帮助使反应继续。当锌开始熔化时，它加速了第二金属34例如铝的熔化。

本发明的其它实施例包括涂覆的钎剂的形式。如图9b所示，本发明的钎焊材料可以冲压(stamp)成垫圈50。图9c示出了这样的冲压垫圈50。这里，提供了两种金属，12和14。此处，钎剂18优选为涂层。

图15示出了所发明的钎焊材料10的另一种配置。在这个实施例中，钎剂18被金属14包围。金属14成型为具有由三角形端部52、54所定义的三角形主体。端部52、54各自形成以限定各自的三角形腔56、58。沟槽60沿主体的内表面延伸，并对每个腔56、58开放。关于此，钎剂18被包括在腔56、58和沟槽60三者中的每一个之中。

现在参考图18，金属14示出制成环，而在金属14的端部52、54之间带有的间隙面向环的内径。此构造使钎剂18能够保持在金属14中而无需使用粘合剂。如本领域所知，粘合剂不能燃烧干净，并常常在钎焊接头之内和之上留下残渣，这可能阻碍(impede)适当的合金和钎剂流动，导致差的钎焊接合质量。

涵盖了关于图15所示和描述的钎焊材料的最终化合物的各种范围，并且代表性的成分列出如下。下列的成分按重量百分比显示：

A)Al：30％+/-20％

Zn：70％+/-20％

其它元素：5％+/-5％

一个优选的实施例是：

Al：约22％

Zn：约78％

其它元素：＜0.5％

即：Al 822

B)Al：85％+/-10％

Si：15％+/-10％

其它元素：5％+/-5％

一个优选的实施例是：

Al：约88％

Si：约12％

其它元素：＜0.5％

即：Al718(AWS BAlSi-4)

C)Al：40％+/-20％

Si：5％+/-5％

Zn：60％+/-20％

其它元素：5％+/-5％

一个优选的实施例是：

Al：约40％

Si：约5％

Zn：约55％

其它元素：＜0.5％

3.应用和操作

按照本发明的实施例生产的适当的熔化和流动阶段示于图10-12。不是提供具体的温度，而是T1、T2等如所示被使用。

在高Zn合金和钎剂(例如，示于图1a-1d的现有技术)与所发明的AlZnSi合金(55)和钎剂之间的温度差异的示例如下：

对高Zn合金的典型工艺温度：

步骤1：T1＝实施初始加热；

步骤2：T2＝Zn合金发生熔化；

步骤3：T3＝钎剂发生熔化；

步骤4：T4＝实施加热之后；

注意这里T_锌合金＜T_钎剂＜T_基底金属

图13为示意Al和Zn材料合金一起在加热期间发生的情况的简图。

对所发明的AlZnSi合金55的典型工艺温度：

步骤1：T1＝初始加热；

步骤2：T2＝环内的Zn合金熔化；

步骤3：T3＝钎剂熔化；

步骤4：T4＝AlZnSi合金熔化；

步骤5：T5＝实施加热之后；

T_锌合金T_钎剂＜T_基底金属

T_钎剂＜T_AlZnSi合金＜T_AlSi合金＜T_基底金属

因此，如这里所示，Zn合金做为一种温度抑制剂，使得新AlZnSi合金具有的活性熔化温度低于包括在钎焊材料例如环，之中的原来的AlSi合金的熔化温度。这里仍然，温度的控制和合金/钎剂合成物是关键。

图16示意图15所示的钎焊材料10的一个应用。在这个代表性的应用中，钎焊材料是与铝制热交换器产品一起使用的。对于铝制热交换线圈的生产，在发夹状物(hairpin)62与弯曲的铝管64之间创建共同的钎焊接头。发夹状物62与铝管64之间的接头66应当是密封的(hermetic)/密闭的(leaktight)，在两个被钎焊的不件之间几乎不存在空隙(void)。比起常规的钎焊材料，本发明更有效地帮助确保可靠的钎焊接合的生成。

适于在发夹状物62与管64之间进行钎焊接合的常规的钎焊材料通常具有矩形的、椭圆形的、或圆形的横截面几何的环形，然后附接(attach)至热交换器的弯管上。简要参考图17和19，示出具有矩形截面形状的环形的常规钎焊材料68。如图17所示，随着管64插入发夹状物62中，环68座落在接头70的边缘上。这给钎焊造成显著的不利，因为当组件被加热时，钎焊环68暴露于直接热源，合金和钎剂常常会熔化并从接头界面流走，从而使得合金填充不足和空隙。另外，由于管与发夹状物之间有限的接触，所以加热期间环68从管64和发夹状物62上完全脱落不是不常见的，从而使得没有存在的合金和钎剂用于生产。

如图16所示，图15所示的三角形钎焊环，被认为是可以消除这种缺点，因为丝环的几何形状和制造使得钎焊材料能够更有效的装填在管64和发夹状物62之间。本领域技术人员将领会，本发明在合金环10、发夹状物62与管64间提供了密切接触，由此提供了更好的热传递，并使得适当的钎焊能够在更一致的基础上发生。特别地，钎焊环10的形状起方向性的引导作用，并且表面张力提供作用来将合金拉入接头。此外，环10将熔化分开的可能性较小，并且因此避免了有合金落到接头的外面，从而得到更一致的、质量更佳的接头。这种紧密接触不但使得钎焊合金和钎剂能够一致地流入接头66，而且限制了对钎焊环的直接加热，从而限制了合金和钎剂的过早熔化(premature melting)。另外，发夹状物62为钎焊合金环10提供了机械阻力，由此使得环不能移到接合区域的外面。

另外，本发明的这个实施例的几何形状和制造，使得钎剂能够暴露向接合界面而无需使用粘合剂，如上述，粘合剂可能导致弱的接头。因此，在没有粘合剂的情况下，合金和钎剂可以干净并且自由地流入接合界面以创建可靠的钎焊。无粘合剂的钎剂另外提供清洁的、白色接头，而在接头中没有不希望的粘合残留物，例如可能看起来像漏洞的黑色污点。因此，以含有粘合剂的钎剂制成的接头的外观检察更加难于未使用粘合剂时的情形。

与标准的圆形的丝或矩形的预成型件相比，环与组件之间的总的表面接触可以增加至少20-30％。增加的接触区域增大了基底材料与预成型件之间的热传导，从而使得合金能够对基底材料更均匀的加热。这将引致更完整而坚固的接头。

另外，与标准圆形丝和矩形预成型件相比，环10的三角形形状更具刚性。增大的刚度削弱了环打开的倾向，其转而为回转弯部(return bend)提供更大的保持力(retention)。此外，用来制造环的该条带的外形改善了环的可制造性。此材料边缘发生裂纹的可能性比在标准圆形丝和矩形预成型件中较小，因此制造工艺更加一致，并容易达到预定的质量目标。与现有技术中的材料相比，此材料还具备更一致的重量和钎剂组分(makeup)。

许多不同的金属可用于本实施例的环10的构成中。例如，环10可以包括78Zn/22Al合金、Al718、和许多钎焊合金。

4.加工方法

图14示出一种制作钎焊材料的优选方法。此方法包括第一步骤：提供一种基底金属，例如，包括铝和硅的铝合金。其次，此方法包括结合第二金属例如锌合金至铝合金的步骤，其中，锌合金结合至铝合金的至少一侧。第二结合步骤发生，其中钎剂被结合至金属。此步骤可能包括封装步骤，其中钎剂被封装到钎焊材料的芯中。在另一个实施例中，提供了一种涂覆步骤以将钎剂施加至钎焊材料。

在另一实施例中，第一结合步骤包括下述之一：将锌合金涂覆到铝合金上；将锌合金包裹到铝合金上；和将锌合金敷覆到铝合金上。此外，可能提供一制作步骤，其中钎焊材料被制作成下述形式之一：条带、丝、垫圈、棒、环、和其它预成型件。

制作理想的形状需要另外的加工。例如，可使用冲压(stamping)、敲(scraping)、挤压(extruding)、烧结(sintering)，或制坯(billeting)。还可能需要机加工来为第二材料和/或钎剂制成凹槽。

对比传统的矩形横截面环，以三角形的形式呈现出许多制造优点。例如，三角形环较易制作，导致较少的边角料(scrap)。此外，构造的环更易环绕成型，并且因此得到更圆的环。

本发明事实上有无数的应用，其全部无需在此详述。另外，所有公开的实施例可以进行实践而无需过度的试验。此外，虽然以上公开了所涵盖的发明者实现本发明的最佳实施方式，但是本发明的实践不限于此。显然，可进行本发明的特征的各种附加、变型和重组，而不偏离本发明的本质理念的精神和范围，见于例如，在待批(pending)申请美国公开专利NO.2007/0272334和待批申请美国公开专利NO.2007/0251602中所讨论的构造和材料，都通过参考结合于此。

将条带或圆的丝平整(flattened)送过呈V形凹槽的轧辊，然后将粉末化的钎剂加入V形丝的中心。

此外，在此所讨论的本发明的单个元件无需以揭示的材料制作，而是可以由任何实质上合适的材料制作。一个例子是钎剂。任何氧化物防护物质(substance)可以用于代替钎剂。而且，单个元件无需成形为揭示的形状，或以揭示的配置组装，而是可以实质上任何形状设置、并且以实质上任何配置组装。此外，各揭示的实施例的所有揭示的特征可与所有其它的揭示的实施例的揭示的特征相结合，除了这些特征是相互排斥的以外。

意图是随附的权利要求包括所有的这类附加、变型和重组。本发明的权宜(expedient)实施例由随附的权利要求来区分(differentiate)。

本申请要求于2009年11月25日提交的名称为“Brazing Material”的美国专利申请序列号No.12/602,053的优先权，其全部内容在此明确地通过参考结合在本申请中。

Claims

1.一种钎焊材料，包括：

具有由三角形的端部所定义的三角形横截面的主体，所述端部限定出三角形的腔，并且，该主体包括：

基底金属；和

结合至基底金属的钎剂。

2.如权利要求1所述的钎焊材料，其中，该钎焊材料用于至少下述其一：开放的空气环境、焊炬钎焊、感应钎焊、非受控气氛、和无控制气氛的熔炉。

3.如权利要求1所述的钎焊材料，其中，基底金属是铝和铝合金中的一种。

4.如权利要求3所述的钎焊材料，其中，铝合金包括铝和硅。

5.如权利要求1所述的钎焊材料，还包括第二金属，该第二金属结合至基底金属、并构造成当钎焊材料被加热并导致产生具有液相线温度大致低于基底金属的液相线温度的混合物时与基底金属形成合金，其中，第二金属是纯锌和锌合金中的一种。

6.如权利要求1所述的钎焊材料，其中，钎剂被封装以形成钎焊材料的芯。

7.如权利要求1所述的钎焊材料，其中，钎剂被结合至钎焊材料的外侧表面。

8.如权利要求1所述的钎焊材料，其中，所述混合物的液相线温度低于540℃。

9.如权利要求8所述的钎焊材料，其中，所述混合物的液相线温度高于315℃。

10.如权利要求2所述的钎焊材料，其中，钎剂具有的活性温度低于混合物的液相线温度。

11.如权利要求1所述的钎焊材料，还包括结合至所述第二金属的另一层铝合金。

12.一种钎焊材料，包括：

主体，具有三角形的横截面并限定出三角形的腔，该主体包括：

温度抑制剂金属，其具有低于540℃的液相点；

包括铝和硅的铝合金，其结合到温度抑制金属的至少一侧；和

包括铯、并且活性温度低于钎焊材料的液相点的钎剂，其中，该钎剂是下述之一：钎焊材料的芯和钎焊材料的涂层。

13.如权利要求12所述的钎焊材料，其中，所述温度抑制剂金属是锌合金。

14.如权利要求12所述的钎焊材料，其中，钎焊材料的液相线温度约为488℃。

15.如权利要求12所述的钎焊材料，其中，钎焊材料可以形成为下述之一：条带，丝，预成型件，垫圈，和环。

16.一种制作钎焊材料的方法，包括下述步骤：

提供包括铝和硅的铝合金；

将锌合金与所述铝合金的至少一侧结合而使所述锌合金与所述铝合金相结合；和

使所述锌合金和铝合金形成为具有三角形横截面并限定出三角形腔的下述形式之一的形状：条带、丝、棒、垫圈、和环。

17.如权利要求16所述的方法，还包括将钎剂结合至铝合金的第二结合步骤，其中，。

18.如权利要求16所述的方法，还包括将钎剂封装到钎焊材料的芯部的封装步骤，其中，。

19.如权利要求16所述的方法，还包括施加钎剂以涂敷钎焊材料的涂敷步骤。

20.如权利要求16所述的方法，其中，结合步骤包括下述之一：将锌合金涂覆到铝合金上；将锌合金包裹到铝合金上；和将锌合金敷覆到铝合金上。

21.如权利要求16所述的方法，还包括将至少一种氧化物去除剂添加至钎焊材料的加工步骤。