一种钢-铝灰渣压力钎焊复合方法技术

本发明专利技术公开了一种钢

【技术实现步骤摘要】
一种钢
‑
铝灰渣压力钎焊复合方法
[0001]所属领域
[0002]本专利技术属于钎焊领域，具体涉及一种钢
‑
铝灰渣压力钎焊复合方法。

技术介绍

[0003]铝灰是电解铝、铸造铝、再生铝冶炼熔融过程中漂浮在铝液上层的浮渣、撇渣，包括后续炒灰、球磨等处理过程后剩余的残渣，属于有害固体废物。铝灰(渣)的化学成分是以金属铝和氧化物为主，其中氧化铝通常占60％以上，其他氧化物为氧化硅、氧化镁、氧化纳、氧化铁、氧化钙、氮化铝等。作为铝工业主要的副产品，铝灰产生于所有铝发生熔融的工序，其中的铝含量约占铝生产使用过程中总损失量的1
‑
12％。人们把铝渣看作废渣而堆弃，此举不仅造成铝资源浪费还会带来环境问题。因此，寻找经济有效的方法加以利用和治理铝灰渣，不仅会提高铝加工行业的经济效益，在实现资源的有效循环利用的同时，还将对实现经济、社会的可持续发展产生重要的影响。目前，废铝灰主要用来生产硫酸铝、铝粉和碱式氯化铝等。产品附加值较低，需要一种更先进的处理技术。
[0004]钎焊属于固相连接，与熔焊方法不同，钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种连接方法。我国学者研究了Si3N4/40Cr钢钎焊接头缓冲层机制。利用压力钎焊促进缓冲层产生塑性变形，降低了接头的残余应力，提高了接头强度。专利CN103084690A公开了一种超高压力钎焊连接钨
‑
金刚石/铜
‑
低活化钢的方法。专利CN101693326A公开了一种无银铜基钎料应用于高频感应压力钎焊一次完成不锈铁/铜/不锈钢异种金属大面积复合钎焊方法，焊缝剪切强度τ
b
≥100Mpa。目前针对铝灰渣与钢的压力钎焊复合方面研究和应用没有相关报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服已有技术的不足，提供一种钢
‑
铝灰渣压力钎焊复合方法，使用该方法制造的复合材料机械性能好，成本低，产品附加值高，实现固废资源化，利于推广应用。
[0006]本专利技术技术方案是：如图1所示，钢质凹模4(也是制件外壳)内表面均涂一层钎焊料，预热后固定液压机工作台上的振动台上，开始上下振动，将坩埚1内熔融状态的铝灰渣2通过一倾斜放置，外部为钢内表面涂氧化铝涂层的长U形斜流槽3注入凹模中4中。凹模4内壁带有轴线都垂直于凹模平面阶梯孔，(所谓阶梯孔即内壁表面每间隔30mm先开多个直径30mm的大盲孔，然后在每个大盲孔底部中内心开一个直径2mm的小通孔)，利用熔融态铝灰渣2的高温使钎焊料熔化，实现钢
‑
铝灰渣钎焊复合，利用熔融态铝灰渣2易流动特性和振动力，使铝灰渣液在振动力作用下充满凹模4，并通过凹模阶梯孔中的小孔排气，浇注完成后，制件处于触变状态时，立即用液压机压头挤压冒口，压力传到钎焊界面促使界面缓冲层产生塑性变形，降低了接头的残余应力，提高了接头连接强度，而熔融态的铝灰渣在压力下结晶凝固和强制消除因凝固收缩形成的缩孔缩松，保压一定时间后，抬起压头，盖上保温材料，冷却到室温后，分离凹模套6，切掉冒口，盖上模具钢盖板5(也是制件钢盖板)，钢盖板5
与凹模4侧壁焊接密封，以获得外壳为钢，中间界面层为钎焊料，内部为无铸造缺陷的铝灰渣铸件的钢
‑
铝灰渣压力钎焊复合制件，最后对所述成形件进行T4热处理、T5热处理或T6热处理。
[0007]工艺流程如下：模具4内表面涂钎焊料、模具4预热、熔炼扒渣、模具4振动、用斜流槽3流变铸造、合模施压、保压、脱凸模、保温、切凹模套6和冒口、焊钢盖板5、热处理、产品。
[0008]技术参数
[0009]在钢
‑
铝灰渣压力钎焊复合成形过程中，涉及的工艺参数主要有：钎焊剂、模具预热温度、铝灰渣液浇注温度、加压开始时间、触变挤压比压、保压时间、制件冷却、热处理等。具体工艺参数如下：
[0010]钎焊剂：四氟铝酸钾与六氟铝酸钾共晶体焊剂。
[0011]模具预热温度：优选的，所述模具预热温度为300～350℃。
[0012]铝灰渣浇注温度：根据铝灰渣的液相线温度和凝固范围来确定理想的铝灰渣液浇注温度，控制在最低值，对于热容量较小的铝灰渣，优选的，取铝灰渣液相线以上80℃，反之取铝灰渣液相线以上50℃。
[0013]固体分数：优选的，通过调整斜流槽的长度和角度，使所述流入模具的铝灰渣浆料的固相含量控制在40～60％。
[0014]加压开始时间：优选的，所述铝灰渣液流满金属型型腔后立即加压。
[0015]触变挤压比压：优选的，所述比压值140～190Mpa。
[0016]保压时间：保压时间的长短，主要取决于制件断面的最大壁厚，按0.5
‑
1mm/Sec冷却速度计算选取。
[0017]冷却：触变挤压卸压后，立即脱凸模(凹模不脱)，因制件温度较高。为了防止其空冷时产生裂纹，凹模与制件一起立即用沙子或者用土埋上，待冷却到室温时再取出空冷。
[0018]本专利技术优点在于：
[0019]1.以熔融态的铝灰渣的高温为热源熔化钎焊料，节省了外加能源。
[0020]2.钎焊界面采用压力焊卯复合连接方式，增强了接头的结合强度，降低了残余应力。
[0021]本专利技术还具有如下有益效果：铝灰渣是一种工业固体废料，我国每年产量巨大。专利技术一种具有低成本高附加值的综合利用技术利国利民。流变铸造加触变挤压致密化是铸锻结合的一种新兴工艺，它既具有铸造工艺简单、原料成本低、可制件形状复杂的优点，又具有模锻产品晶粒细密、组织均匀、力学性能好、成型精度高的特点。主要有以下优点：(1)熔融状态的铝灰渣通过一倾斜长钢槽流入凹模过程中。在流动过程中浆料形成半固态组织。(2)在触变成形过程中，尚未凝固的铝灰渣液自始至终在等静压的作用下结晶凝固、流动成形；已凝固的铝灰渣层在压力下发生塑性变形，具有热变形组织，晶粒细小，组织均匀。(3)固液区在压力作用下，发生强制性的补缩，从而能消除制件内部缩孔疏松等缺陷，提高了制件力学性能。(4)流变铸造时铝灰渣液的流动性远大于固体铝灰渣，充填模具的性能较好，能够用一副模具一次成形形状比较复杂的制件。(5)密度、力学性能基本等同铝灰渣模锻件。(6)将炼铝时扒出的高温铝灰渣通过斜流槽浇注到模锻模具中加压成形，无需二次加热，省力、节能。(7)熔融态的铝灰渣流变铸造后在压力下成形和凝固，使制件和型腔壁贴合紧密。模具之间的气隙减小，使导热系数增加，凝固速度加快，有利于晶粒细化。且流变铸造
后出变加压的工件有较高的表面光洁度和尺寸精度，其级别能达到压铸件的水平。所以，铝灰渣流变铸造加出变成行是近净成形的一种重要方法。(8)流变铸造在液压机上进行。便于实现机械化、自动化、大大减轻人的劳动强度，改善车间的生产环境。(9)流变铸造件在凝固过程中加压，各部位处于压应力状态下，有利于制件的补缩和防止制件裂纹的产生。因而，该工艺的实用性较强，不受铝灰渣铸造性能好坏的限制。(10)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢
‑
铝灰渣压力钎焊复合方法，复合工艺流程为：钢质凹模4内表面均匀涂一层钎焊料，凹模4预热后固定液压机工作台上的振动台上，开始上下振动，将坩埚1内熔融状态的铝灰渣2通过一倾斜放置，外部为钢内表面涂氧化铝涂层的U形斜流槽3浇注入凹模4中，凹模4内壁布满轴线皆垂直于凹模平面的阶梯孔，利用熔融态铝灰渣的600℃以上的高温使钎焊料熔化，实现钢
‑
铝灰渣钎焊复合，利用熔融态铝灰渣易流动的特性和振动力，使铝灰渣液在振动力作用下充满凹模4，并通过凹模4阶梯孔中的小孔排气，浇注完成后，制件处于触变状态时，立即用液压机压头挤压冒口，压力传到钎焊界面促使界面缓冲层产生塑性变形，降低接头残余应力，提高接头强度，而熔融态的铝灰渣在压力下结晶凝固和强制消除因凝固收缩形成的缩孔缩松，保压一定时间后，抬起压头，盖上保温材料，钢盖板5与模具侧钢板4.1焊接密封，以获得外壳为钢，钢铝灰渣界面层为钎焊料，内部为无铸造缺陷的铝灰渣铸件的钢
‑
铝灰渣压力钎焊复...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋金山，王克伟，严翰新，郭莉军，
申请(专利权)人：北京坤飞装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：