[发明专利]一种铝合金钎焊粉末及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种铝合金钎焊粉末及其制备方法和应用，该制备方法是先使用雾化成型的方法，将填料合金液化并形成喷雾液滴，同时将固态钎剂粉末直接喷射，使其与填料合金的喷雾流相接触，获得复合粉末；再使用物理气相沉积技术在复合粉末的表面附上一层铝基金属层，获得铝合金钎焊粉末；制得的铝合金钎焊粉末为球状壳核包覆结构，核层为填料合金，在核层外部依次包覆有钎剂层和铝基金属层；以铝合金钎焊粉末为主要成分制得的钎焊合金板坯，该钎焊合金板坯的孔隙率≤2％，含氧量≤1000ppm，经模拟钎焊试验，焊剂填充饱满，焊缝填充率达80％以上。本发明采用铝硅合金作为钎焊合金粉末的包覆外层，既避免降低材料塑性，还提高复合材料整体的耐腐蚀性能。

技术领域

本发明属于钎焊技术领域，涉及一种铝钎焊技术领域，特别涉及一种自熔钎焊技术领域，具体是一种铝合金钎焊粉末及其制备方法和应用。

背景技术

钎焊过程是利用低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。而对于铝及其合金的钎焊特别困难，铝容易被氧化成氧化铝，因此金属铝暴露在空气中时，其表面极易形成氧化膜，而这层氧化膜的存在不利于熔融钎料与待焊材料或工件的润湿及铺展，致使钎料无法在毛细作用下与待焊材料或工件形成饱满焊脚。目前已知的，可以通过作为熔剂的无机盐，例如含氟化合物破坏氧化膜，以使得熔化的填充金属与待焊材料或工件密切接触。

目前最常用的钎焊铝的方案，制备包含芯层和皮层的铝合金复合材料，芯层是高熔点的1xxx系、3xxx系、6xxx系等铝合金，皮层为具有低熔点的铝硅合金，在钎焊时铝硅合金皮层作为钎料或填充金属，当皮层熔化后可以形成良好的钎焊接头，利用皮层金属(钎料)与芯层金属(母材)之间的熔点差，在适宜的钎焊温度下，皮层金属熔化而芯层不被熔化，通过这种方式将此类钎焊件连接在一起。在钎焊前在焊件表面施加钎剂是必不可少的步骤，其作用是破坏待钎焊铝合金表面氧化膜，否则熔化的皮层合金将难以润湿焊件的表面，导致焊接不良。这种在焊接表面直接施加钎剂的操作已经成为热交换器钎焊制造行业中延续了半个世纪的传统流程，然而传统的外加钎剂方法存在很多问题，例如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，生产效率低下；2.需要使用过量的钎剂才能保证所有区域都能成功钎焊，而钎剂量太多不仅导致成本的增加，而且还会导致诸如在钎焊接头处残留熔剂的问题，这有损接头的外观并且可能干扰任意随后的表面加工；表面施加钎剂的方式大都是喷涂的方式导致环境问题等；目前，传统的表面施加钎剂的方式已不适用于现代工业化生产对高效、成本、质量和环境友好的需求。

1992年昭和电工提供了一种技术将铝粉、硅粉及其他合金成分的粉末和助熔剂粉末彼此混合来制备含助熔剂铝合金钎焊剂，然后通过热压等将混合物压实以形成刚性整体件；其中硅的含量为除助熔剂以外的所有元素的3-15％(重量)，并且除助熔剂以外的所有元素的重量与熔剂的比为99.9:0.1至70:30，并且其中密度是理论密度的90％或更多。这种方法避免或改善了钎剂单独涂覆于钎焊表面的技术方案所存在的工艺、成本、环保、钎剂残留等问题，然而由于各类粉体的理化特性不同，在加工时难以获得混合均匀的坯料；进一步的，为了提高含有钎剂的铝合金钎料中各元素的均匀性，有现有技术直接使用铝硅合金粉末与钎剂粉末混合热压获得钎料，虽然改善了Si等合金元素在Al基体中的分散性，然而钎剂粉末在钎料中的分散性并没有解决，钎剂在基体中产生团聚，致使钎焊性能存在各种问题；并且相关技术并没有针对粉末压制过程中存在大量的内部孔隙提供有效的改善方案，采用常规的填料合金粉末与钎剂混合压制往往获得较多的内部孔隙，甚至是形成内外联通的孔隙，将导致坯料在加工受力变碎而难以成型。

Sandvik Osprey公司提供了一种新的技术，利用氟化物表面包覆铝硅合金颗粒技术替代原有钎剂涂覆的铝硅层的需要。其公开的技术为：将一种形成钎剂的材料引入熔融的和/或正在固化的金属或金属合金的喷雾流或喷射物中，该引入的形成钎剂的材料是熔融或颗粒形式且与喷雾的金属和金属合金在组成上不同，而且基本上与其不溶混，将引入的钎剂与液流或液滴喷雾相接触，从而在雾化液滴全部或部分的表面上形成钎剂涂层。