[发明专利]一种熔点低于500℃的高强度铝合金钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金焊接技术领域，尤其涉及一种熔点低于500℃的高强度铝合金钎料及其制备方法。

背景技术

铝合金由于具有密度小、比强度高等优点，广泛应用于航空、航天、石化、汽车、机械等领域，很多传统的铜合金波导、高频器件、冷凝器、热交换器等已被铝合金所取代。钎焊作为铝合金连接的重要方法之一，具有钎焊件变形小、尺寸精度高等优点，在实际生产中得到越来越广泛的应用，特别适合于制造复杂的铝合金构件。Al-Si系钎料以A1-Si共晶成分为基础，该共晶合金具有良好的润湿性、流动性、钎焊接头的抗腐蚀性和可加工性，且钎焊接头强度高，是铝合金钎焊中应用最广的一种铝钎料。但Al-Si系钎料熔点较高(Al-Si共晶合金的共晶温度为577℃)，钎焊时钎焊温度多在600℃以上，接近于铝合金的固相线温度，易使母材发生过烧、溶蚀等现象。在一些特殊的应用场合，如薄壁的铝制板翅式换热器的钎焊，Al-Si系钎料的应用受到很大的制约。

因此，研制熔点较低、强度较高，且具有一定抗腐蚀性能的铝合金钎料是铝合金钎焊发展的必然。钎料熔点的降低，可以降低钎焊温度，有效提高钎焊的可控性，避免钎焊时铝合金母材的溶蚀和晶粒长大，获得高质量的钎焊接头，同时也可以降低能源消耗，提高钎焊生产效率和降低生产成本。低熔点高强度铝合金钎料应用前景非常广阔。

钎料的性能取决于其成分和组织。Al-Si共晶合金（Al-12.6Si）的共晶温度为577℃，添加Cu，可显著降低其熔点，Al-Cu-Si共晶合金（Al-28Cu-5.5Si）的共晶温度为524℃，Al-Cu-Si系钎料钎焊时钎焊温度较Al-Si系钎料降低了很多，如BAl86SiCu钎料的熔化温度为520-585℃，钎焊温度为585-650℃；BAl66SiCu钎料的熔化温度为525-535℃，钎焊温度为550-600℃。但Cu加入量多会使材料变脆及钎焊时出现对母材的溶蚀，很难得到性能优良的钎焊接头；Ge的加入也会大大降低钎料的熔点，这主要和Al-Ge共晶合金（Al-51.6Ge）的共晶温度424℃有关，但是Ge价格昂贵（目前纯度99.9%的Ge约8000元/公斤）并使接头强度降低。少量添加Zn、Sn等在一定程度上可以降低钎料熔点及脆性，但同时也降低其耐蚀性；Ni替代部分Cu，La等稀土元素作为变质剂细化晶粒，有利于提高钎焊接头强度，降低脆性，等等。除成分外，钎料的制备技术对其性能也有很重要的影响作用。如快速凝固技术制备的钎料与传统方法制备的普通钎料相比，钎料组织细小，成分均匀，熔化区窄，能够达到瞬时熔化的效果，钎料铺展迅速，因而具有良好的润湿性，所得钎焊接头的力学性能等明显优于普通钎料。另外，快速凝固技术制备的钎料由于其晶粒细化，表面能增加，熔点也低于普通钎料。

为获得熔点低于500℃的铝合金钎料，兼顾其流动性、对铝合金母材的润湿性，以及钎焊后钎焊接头的性能和钎料的成本，必须选择合适的合金体系，并进行添加元素改性，结合制备技术控制，才能获得满足要求的铝合金钎料。

发明内容

本发明的目的是提供一种熔点低于500℃的高强度铝合金钎料及其制备方法。

熔点低于500℃的高强度铝合金钎料以质量百分数比计组分为：Si：7.9~8.5、Cu：14.0~16.0、Ge：7.0~8.0、Ni：2.0~4.0、Sn：2.0~3.0、Mg：0.5~1.5、Sr：0.55~0.65、Bi：0.1~0.3、La：0.5~1.0、其余为Al。

所述的Cu、Ge、Ni、Sn、Mg、Sr、Bi和La的纯度大于99.6%，Al和Si采用Al-12Si中间合金。

熔点低于500℃的高强度铝合金钎料的制备方法的步骤如下：

1）采用Al-12Si中间合金和纯度大于99.6%的Cu、Ge、Ni、Sn、Mg、Sr、Bi、La作为原材料，以质量百分数比计组分为：Si：7.9~8.5、Cu：14.0~16.0、Ge：7.0~8.0、Ni：2.0~4.0、Sn：2.0~3.0、Mg：0.5~1.5、Sr：0.55~0.65、Bi：0.1~0.3、La：0.5~1.0、其余为Al，放入真空感应熔炼炉中，抽取真空至4.0×10^-3Pa后，充入0.05MPa的纯氩气进行感应熔炼，充分合金化后浇注到炉内的水冷铜模中，得到成分均匀的母合金铸锭；