一种铝合金钎焊粉末及其制备方法和应用技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金钎焊粉末及其制备方法和应用
本专利技术属于钎焊
，涉及一种铝钎焊
，特别涉及一种自熔钎焊
，具体是一种铝合金钎焊粉末及其制备方法和应用。
技术介绍
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。SandvikOsprey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。有已知技术公开了一种改进的技术，进一步的研究了铝合金与钎剂的最佳用量配比，制得硅铝合金复合钎焊粉末，该粉末包括95wt％以上的呈球形芯部的硅铝合金和硅铝合金球形外表面完整包裹的含氟化合物覆层。与传统技术相比这种新型的合金粉末可以减少钎剂的过度浪费，使钎剂能够均匀的分布在待钎焊合金的表面，降低了钎剂残留造成的问题。然而这种铝合金钎焊粉剂因为表面包覆有无机钎料，使得采用常规的热压方法难以制备成板坯，即使制备成板坯内部含有较多的孔洞，后续再加工变得十分困难；需要将铝合金钎焊粉末与溶剂、粘合剂混合，制成可用于钎焊的浆料。该技术最大的缺点在于需要在钎剂和填充金属开始熔化之前去除粘合剂，否则会导致拙劣的钎焊接头。CN101674915A提供了一种利用喷射成型直接获得一种含有钎剂的铝合金复合材料用于制备自熔钎焊件，其是利用喷射成型的方法获得无机材料(可以是氟铝酸钾熔剂)分布在金属或金属合金基质(可以是铝硅钎焊合金)中，该无机材料在钎焊过程中形成熔剂以促进热诱导金属键的形成，然而这种工艺获得的坯件受设备尺寸的限制，需要进行二次加工例如焊接、挤压等才能获得所需形状的坯件。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现用技术在制备自熔焊铝硅钎焊件时，采用含氟化合物包覆铝合金的钎焊粉末无法加工成板坯，只能使用溶剂、粘结剂制成涂覆液的方式与焊件相结合的问题。为了避免喷射成型方法制得板坯需要二次成形的问题，本项技术仍然基于雾化成型的技术上通过进一步的技术改进，解决铝合金钎焊粉末制备钎焊件过程中的加工问题。具体地：本专利技术的目的之一是提供一种铝合金钎焊粉末，包括芯层为填料合金，外层包覆一种或多种钎剂，所述钎剂在钎焊过程可以破除焊件表面的氧化层，所述外层的钎剂的全部或部分的表面上形成一层铝基金属层。本专利技术的目的之二是提供一种铝合金钎焊粉末的制备方法，通过惰性气体雾化法获得。本专利技术的目的之三是提供一种制备钎焊板中用作钎料的钎焊合金板坯的制备方法，在真空条件下，所述钎焊合金板坯由铝合金钎焊粉末经高温压制而成；本专利技术的目的之四是提供一种钎焊合金板坯，其主要成分是所述铝合金钎焊粉末，且所述钎焊合金板坯的孔隙率≤2％；所述钎焊合金板坯的钎剂含量1-10wt％；含氧量≤1000ppm；本专利技术的目的之五是提供一种钎焊板，包括芯层和钎料层，所述钎料层中包含钎焊合金板坯形成的钎焊合金层；进一步的所述钎料层还可以包括填料合金层组成的复合层，所述芯层为拟焊接的焊件，所述钎料层的作用为一方面通过钎剂起到破坏焊件氧化膜层的作用，另一方面在钎焊温度下转变为液态金属填充固态焊件；所述填料合金层的作用为在钎焊温度下转变为液态金属填充固态焊件，且在不影响机械性能、钎焊性能等的情况降低钎焊板的成本。焊合金层是钎焊合金板坯与构成芯层的板或还与其他合金板共同复合时构成的一层；钎料层可以是只有一层钎焊合金层，也可以是钎焊合金层和填料合金复合共同组成。本专利技术的目的之六在于提供所述钎焊板的制备方法，通过将所述钎焊合金板坯直接或先压力变形获得所需的规格后再与芯材复合轧制获得。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种铝合金钎焊粉末，所述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。作为优选的技术方案：如上所述的一种铝合金钎焊粉末，所述填料合金为铝硅合金；所述核层的平均直径为80-100微米。如上所述的一种铝合金钎焊粉末，所述钎剂层的包覆量为1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金钎焊粉末，其特征是：所述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。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝合金钎焊粉末，其特征是：所述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。


2.根据权利要求1所述的一种铝合金钎焊粉末，其特征在于，所述填料合金为铝硅合金；所述核层的平均直径为80-100微米。


3.根据权利要求1所述的一种铝合金钎焊粉末，其特征在于，所述钎剂层的包覆量为1-10wt％；所述钎剂层为无机材料。


4.根据权利要求1所述的一种铝合金钎焊粉末，其特征在于，所述铝基金属层的包覆量为0.01-10wt％；所述铝基金属层的材质为铝或铝合金。


5.根据权利要求1所述的一种铝合金钎焊粉末，其特征在于，所述铝基金属层的包覆量为0.01-10wt％；所述铝基金属层为液相线温度550-640℃的铝合金。


6.根据权利要求5所述的一种铝合金钎焊粉末，其特征在于，所述铝基金属层的包覆量为0.01-10wt％；所述铝基金属层至少包含Cu或Zn或Ni中的一种元素的铝硅合金。


7.根据权利要求6所述的一种铝合金钎焊粉末，其特征在于，以重量百分比计，所述铝硅合金含有以下组分：
2.0-20％Si；
0.01-3.0％Cu；
0.01-4.0％Zn；
0.01-2.0％Ni；
其余为铝和≤0.15％的杂质。


8.根据权利要求3所述的一种铝合金钎焊粉末，其特征在于，所述无机材料为含氟化合物。


9.根据权利要求1所述的一种铝合金钎焊粉末，其特征在于，所述铝合金钎焊粉末的平均粒径为90-110微米，粒径30微米以下粉末占总粉末＜5wt％。


10.一种如权利要求1～9中任一项所述的一种铝合金钎焊粉末的制备方法，其特征是包括两个步骤：
S1：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；
S2：使用物理气相沉积技术在所述复合粉末的表面附上一层铝基金属层，获得所述铝合金钎焊粉末；
所述固态钎剂粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍波，聂存珠，唐劲松，高勇进，陈国桢，
申请(专利权)人：上海华峰铝业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31