CN111843280A

CN111843280A - 一种自钎焊铝合金层状复合材料、制备方法及应用

Info

Publication number: CN111843280A
Application number: CN202010451485.1A
Authority: CN
Inventors: 姜之韬
Original assignee: Shanghai Saxin Dongtai Heat Transmission Material Co ltd
Current assignee: Shanghai Saxin Dongtai Heat Transmission Material Co ltd
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2020-10-30

Abstract

本发明涉及一种自钎焊铝合金层状复合材料、制造方法及应用，其中复合材料包含至少一层自钎焊铝合金层，所述自钎焊铝合金层由Al‑Si钎焊合金粉末与钎剂粉末混合压制而成，其中钎剂粉末含量质量百分数为0.1～10％，Al‑Si钎焊合金粉末中Si的质量百分数为4～13％；其加工步骤通过混合压制、加热、热轧复合、冷轧、成品退火、精整包装等一系列的制造步骤制成自钎焊铝合金层状复合材料，本发明通过添加适量钎剂能均匀地分布在钎焊合金层中，使焊件的钎焊质量稳定可靠，一次钎焊合格率高，焊件表面光亮又光滑，易于后续的表面处理，省去传统钎焊工艺的钎剂喷涂，避免生产环境的污染。

Description

一种自钎焊铝合金层状复合材料、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及铝合金钎焊技术领域，尤其涉及一种自钎焊铝合金层状复合材料、制备方法及应用。

背景技术

钎焊技术是采用比母材熔点低的钎焊合金作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔化的温度，利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙，与母材相互扩散实现被焊工件连接的一种方法。铝及铝合金的钎焊工艺主要有真空钎焊、钎剂钎焊、浸渍钎焊、火焰钎焊等，其中真空钎焊和钎剂钎焊的产品质量和生产效率较高，因此被广泛应用于钎焊式铝热交换器的制造，随着汽车轻量化的发展，应用于汽车领域的热交换器的铝化率超过95％，这些热交换器包括散热器、油冷器、中冷器、冷凝器和蒸发器等等。

真空钎焊的特点是为了防止铝在高温钎焊时再次氧化要求在高真空度的环境中进行钎焊，该工艺是利用特殊Al-Si-Mg钎焊合金钎料中镁的高活性特性，在高温下扩散并从钎料合金中挥发穿破其表面的氧化膜，使钎料合金流动至接点而完成钎焊。它对设备、工装以及零件的组装精度等要求比较苛刻，而且是难于实现连续化生产的低效率生产工艺，是适合小批量和一些结构比较复杂焊件的钎焊。钎剂钎焊法是在惰性气氛的环境下进行钎焊，一般利用氮气作为保护性气体，该方法对焊件的表面必须涂敷一种钎剂(钎焊助熔剂)，钎剂的作用是去除熔融钎料和母材表面的氧化膜，在钎焊过程中保护钎料及母材表面不被继续氧化，改善钎料对母材的润湿性能，促进界面活化，使其能顺利地实现钎焊过程。

钎剂钎焊法目前通常使用商标名为Nocolok的无腐蚀性钎剂，焊接前不需要化学清洗，焊接后也不需要处理，工艺过程简单，焊接质量好，而且不对工件产生腐蚀，因此该钎剂被广泛应用。该钎剂是一种通用分子式为K1－3AlF4-6的氟铝酸钾盐的混合物，其组成为：28～31％K，16～18％Al，49～53％F，≤0.03％Fe，≤0.02％Ca，≤2.5％H₂O，呈白色粉末状，熔化温度为560～570℃，20℃时松密度为450～600kg/m3，密度为2.8g/cm3。目前热交换器行业根据钎剂颗粒分布范围可分两种施加方法：湿喷和干喷，钎剂用量一般为5～10g/m²。大多使用时将钎剂制成水悬浮液喷布于工件之上，烘干后入炉钎焊。该钎剂钎焊工艺是一种高效、连续的钎焊工艺，已经被广泛应用于各种铝热交换器的钎焊。

钎剂钎焊过程中，钎焊前在焊件表面施加钎剂是必不可少的关键工序，已经成为热交换器钎焊制造行业的传统流程，并持续了近半个世纪，但随着当今现代工业化生产对高效、低耗、高质量和友好环境的不断追求，传统的外加钎剂方法存在很多问题，主要包括：

1)钎焊前需要对焊件表面施加钎剂，然后进行加热烘干处理，工艺路线太长；

2)钎剂颗粒大小不均，造成焊件表面施加的钎剂分布不均，影响钎焊质量；

3)为确保钎剂覆盖尽可能过量施加，导致浪费钎剂，而且钎焊后零件表面有过多的钎剂结晶，影响产品外观质量，同时也会影响焊件后续的表面处理；

4)喷涂钎剂后焊件的金属表面有过多的钎剂残留，影响最终产品的使用性能；

5)表面施加钎剂的方式大都是喷射方法，生产环境中的粉末和污水会造成环境污染和影响操作人员的身心健康；

6)工艺流程长，导致设备投资大、生产效率减小，最终成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自钎焊铝合金层状复合材料、制造方法及应用，可克服传统钎焊工艺需要外加钎剂工序带来的一系列问题，通过短流程的钎焊工艺，既减少了用户设备投资，又大大减低了生产成本，同时提高了生产效率和钎焊质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种自钎焊铝合金层状复合材料，所述复合材料包含至少一层自钎焊铝合金层，所述自钎焊铝合金层由Al-Si钎焊合金粉末与钎剂粉末混合压制而成，其中钎剂粉末含量质量百分数为0.1～10％，所述Al-Si钎焊合金粉末中Si的质量百分数为4～13％。

进一步地，所述Al-Si钎焊合金粉末的颗粒平均直径为50～300微米，钎剂粉末颗粒平均直径5～20微米。

进一步地，所述Al-Si钎焊合金粉末的氧含量≤1200ppm，钎剂粉末的氧含量≤50ppm。

进一步地，所述复合材料为板材或卷材结构，厚度为0.05～4mm，复合材料单面或双面复合有自钎焊铝合金层。

一种自钎焊铝合金层状复合材料的制造方法，包括如下步骤：

压制自钎焊铝合金层：称取Al-Si钎焊合金粉末与钎剂粉末混合，其中钎剂粉末含量质量百分数为0.1～10％，Al-Si钎焊合金粉末中Si质量百分数为4～13％，两种原材料粉末混合均匀后通过压力加工成形工艺压制成一定尺寸的块状坯料；

芯材合金铸造：自钎焊铝合金层块状坯料与芯材合金铸锭组合捆扎或氩弧焊接固定后进入加热炉加热，加热温度为480～520℃，保温1～2小时后出炉热轧复合，最后制成厚度6～8mm热轧卷材。

进一步地，所述热轧卷材经多道次冷轧至目标厚度0.05～4mm的板材或卷材结构，复合材料单面钎焊有自钎焊铝合金层或双面钎焊有自钎焊铝合金层。

进一步地，所述芯材合金采用DC铸造法铸造而成，并对芯材铸锭进行均匀化退火和铣面处理，具体处理方式为，对芯材铸锭进行550～600℃高温加热并长时间保温8～12小时，通过铣面机铣削掉芯材铸锭表面的缺陷。

一种自钎焊铝合金层状复合材料，可在惰性气体或真空气氛中保证钎焊连接，应用于铝热交换器的钎焊制造。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本发明可省去传统钎焊工艺中需要施加钎剂和烘干的工序，改善生产环境且大大提高生产效率；

本发明的自钎焊合金及其复合材料可同时适用真空钎焊和保护性气体气氛钎焊，增加材料使用的灵活性和统一性；由于使用了自钎焊合金，均匀适量分布的钎剂能够充分被利用，使得焊件质量更可靠稳定，钎焊合格率高，并且焊件表面光亮光滑，易于后续的表面处理；

本发明可提供一种高效短流程的钎焊工艺，既减少了用户设备投资，又大大减低了生产成本。

附图说明

构成说明书一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理，参照附图，可以更加清楚地理解本发明：

图1是本发明实施例自钎焊铝合金层状复合材料的结构示意图；

图中，1、自钎焊铝合金层，2、芯材。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

图1示出本发明实施例一种自钎焊铝合金层状复合材料的结构示意图，复合材料由芯材2和复合在芯材2表面的自钎焊铝合金层1组成，复合材料包含至少一层自钎焊铝合金层1。自钎焊铝合金层1由Al-Si钎焊合金粉末与钎剂粉末混合压制而成，其中钎剂粉末含量质量百分数为0.1～10％，钎剂粉末由下述质量百分数的原料制成，K 28～31％，Al 16～18％，F 49～53％，Fe≤0.03％，Ca≤0.02％，H₂O≤2.5％，Al-Si钎焊合金粉末中Si的质量百分数为4～13％。

其中，Al-Si钎焊合金粉末的氧含量≤1200ppm，颗粒平均直径为50～300微米，钎剂粉末的氧含量≤50ppm，颗粒平均直径5～20微米。

复合材料为板材或卷材结构，厚度为0.05～4mm，复合材料单面或双面钎焊有自钎焊铝合金层。

一种自钎焊铝合金层状复合材料的制造方法，具体制造步骤包括：

步骤一，粉末混合压制：原材料选用含Si质量百分数为4～13％的Al-Si合金粉；钎剂粉末各成分的质量百分数为：28～31％K，16～18％Al，49～53％F，≤0.03％Fe，≤0.02％Ca，≤2.5％H₂O；其中，钎剂粉末含量质量百分数为0.1～10％的两种粉末充分混合均匀后通过压力加工成形工艺压制成一定的尺寸；

步骤二，芯材合金铸造：采用DC铸造法铸造芯材合金，通常用的是AA3003系列合金，根据产品要求，可对合金成分做相应调整；

步骤三，均匀化退火：根据产品性能要求选择芯材铸锭是否均匀化处理，如需均匀化需对铸锭进行550～600℃高温加热并长时间保温8～12小时，主要保证铸锭的化学成分均匀，减少偏析，消除内应力；

步骤四，铣面：把芯材铸锭表面氧化夹渣、冷隔、偏析瘤等缺陷通过铣面机铣削掉；

步骤五，加热：根据最终产品要求选择单面复合或双面复合钎焊层，将步骤一压制的自钎焊层合金坯料与步骤三制成的芯材合金铸锭组合后进炉加热至480～520℃，保温2小时；

步骤六，热轧复合：在热轧复合步骤中，铸锭保证开始温度480～520℃，热轧最终厚度6～8mm；

步骤七，冷轧：将步骤六制成的热轧卷材经多道次冷轧至目标厚度0.05～4mm；

步骤八，成品退火：在成品退火步骤中，根据最终产品性能要求，成品退火温度在250～400℃范围内调整，保温时间一般1～2小时后精整、包装。

实施例一

S1，粉末混合压制：原材料选用含Si质量百分数为4％的Al-Si合金粉；钎剂粉末组成为：28％K，17％Al，53％F，≤0.03％Fe，≤0.02％Ca，≤2.5％H₂O；将钎剂粉末含量质量百分数为6％的两种粉末充分机械混合均匀后通过压力机成形压制成8mm*600mm*800的长方体形状。

其中，Al-Si合金粉的化学成分质量百分数为：

Al	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ti	Zn
								95.789	4	0.15	0.003	0.05	0.001	0.002	0.015

S2，加热：芯材铸锭与S1制成的单一钎焊层合金板组合后进炉加热至490℃，并保温2小时；

S3，热轧复合：热轧坯料厚度8mm；

S4，冷轧：经过3个道次冷轧至2mm，总加工率75％；

S5，成品退火：成品退火温度为380℃，保温时间1.5小时。

该实施例的单复自钎焊复合材料分别经真空钎焊和氮气保护气氛钎焊，其钎焊结果达到预期效果，钎焊接点饱满，表面光滑又光亮。

实施例二

S1，粉末混合压制：原材料选用含Si质量百分数为10.5％的Al-Si合金粉；钎剂粉末组成为：31％K，16％Al，52.5％F，≤0.03％Fe，≤0.02％Ca，≤2.5％H₂O；将钎剂含量质量百分数为3％的两种粉末充分机械混合均匀后通过压力机成形压制成8mm*600mm*800的长方体形状。

其中，Al-Si合金粉的化学成分质量百分数为：

Al	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ti	Zn
								89.279	10.5	0.15	0.003	0.05	0.001	0.002	0.015

S3，热轧复合：热轧坯料厚度6mm；

S4，冷轧：经过5个道次冷轧至0.5mm，总加工率83.3％；

S5，成品退火：成品退火温度为380℃，保温时间1.5小时。

实施例三

S1，粉末混合压制：原材料选用含Si质量百分数为13％的Al-Si合金粉；钎剂粉末组成为：29.5％K，17.8％Al，52.2％F，≤0.03％Fe，≤0.02％Ca，≤2.5％H₂O；将钎剂含量质量百分数为0.1％的两种粉末充分机械混合均匀后通过压力机成形压制成8mm*600mm*800的长方体形状。

其中，Al-Si合金粉的化学成分质量百分数为：

Al	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ti	Zn
								86.842	13	0.11	0.003	0.03	0.001	0.002	0.012

S2，加热：芯材铸锭与S1制成的双面钎焊层合金板组合后进炉加热至500℃，并保温2小时；

S3，热轧复合：热轧坯料厚度8mm；

S4，冷轧：经过2个道次冷轧至4mm，总加工率50％；

S5，成品退火：成品退火温度为380℃，保温时间1.5小时。

该实施例的双复自钎焊复合材料分别经真空钎焊和氮气保护气氛钎焊，其钎焊结果达到预期效果，钎焊接点饱满，表面光滑又光亮。

实施例四

S1，粉末混合压制：原材料选用含Si质量百分数为7％的Al-Si合金粉；钎剂粉末组成为：31％K，18％Al，49％F，≤0.03％Fe，≤0.02％Ca，≤2.5％H₂O；将钎剂含量质量百分数为10％的两种粉末充分机械混合均匀后通过压力机成形压制成8mm*600mm*800的长方体形状。

其中，Al-Si合金粉的化学成分质量百分数为：

Al	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ti	Zn
								92.842	7	0.11	0.003	0.03	0.001	0.002	0.012

S3，热轧复合：热轧坯料厚度6mm；

S4，冷轧：经过8个道次冷轧至0.09mm，总加工率98.5％；

S5，中间退火：成品退火温度为380℃，保温时间1.5小时；

S6，冷轧：经过1个道次冷轧至0.05mm，总加工率44.4％；

一种自钎焊铝合金层状复合材料，应用于铝热交换器的钎焊制造。通常，铝热交换器包括散热器、油冷器、冷凝器、蒸发器和中冷器等。铝热交换器在无需额外添加帮助钎焊的钎剂情况下，可在惰性气体或真空气氛中保证钎焊连接。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自钎焊铝合金层状复合材料，其特征在于：所述复合材料包含至少一层自钎焊铝合金层，所述自钎焊铝合金层由Al-Si钎焊合金粉末与钎剂粉末混合压制而成，其中钎剂粉末含量质量百分数为0.1～10％，所述Al-Si钎焊合金粉末中Si的质量百分数为4～13％。

2.根据权利要求1所述的自钎焊铝合金层状复合材料，其特征在于：所述Al-Si钎焊合金粉末的颗粒平均直径为50～300微米，钎剂粉末颗粒平均直径5～20微米。

3.根据权利要求1所述的自钎焊铝合金层状复合材料，其特征在于：所述Al-Si钎焊合金粉末的氧含量≤1200ppm，钎剂粉末的氧含量≤50ppm。

4.根据权利要求1所述的自钎焊铝合金层状复合材料，其特征在于：所述复合材料为板材或卷材结构，厚度为0.05～4mm，复合材料单面或双面复合有自钎焊铝合金层。

5.一种自钎焊铝合金层状复合材料的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的自钎焊铝合金层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述热轧卷材经多道次冷轧至目标厚度0.05～4mm的板材或卷材结构，复合材料单面钎焊有自钎焊铝合金层或双面钎焊有自钎焊铝合金层。

7.根据权利要求5所述的自钎焊铝合金层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述芯材合金采用DC铸造法铸造而成，并对芯材铸锭进行均匀化退火和铣面处理，具体处理方式为，对芯材铸锭进行550～600℃高温加热并长时间保温8～12小时，通过铣面机铣削掉芯材铸锭表面的缺陷。

8.根据权利要求1至4任一所述的自钎焊铝合金层状复合材料，可在惰性气体或真空气氛中保证钎焊连接，应用于铝热交换器的钎焊制造。