铝或铝合金固态焊接表面处理方法及其处理剂技术

属于铝及铝合金固态焊接领域的一种焊接表面处理方法，将光滑的表面脱脂、脱水，去除表面氧化膜后用专用处理剂对其表面进行处理，使该处理剂均覆在其表面，所用的处理剂为含有１～５％苯乙烯的有机溶液。经本发明专利技术提供的方法及处理剂表面处理后，在固态焊接过程中可确保焊接表面为清洁的，从而无论钎焊、扩散焊接还是压焊，均可获得与基体组织和性能一致的优质接头。具有简便易行、稳定可靠、易于实际生产中应用的特点。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铝或铝合金的固态焊接
，尤其涉及固态焊接前铝或铝合金的表面处理方法及专用的处理溶剂。尽管铝或铝合金因具有许多优良的物理性能和机械性能而广泛应用于众多工业领域中，但是其焊接却十分困难。究其原因，暴露在大气中的铝或铝合金，其表面总是迅速地生成一层坚韧、致密的氧化膜。这层氧化膜既使温度升高到铝的熔点以上时仍然很稳定，不发生破坏、分解或向基体溶解现象。总是覆在铝或铝合金熔体表面上，使得各种熔化焊接方法难以有效地进行。实际上，铝及铝合金的任何焊接方法都要求有效地去除覆在其表面的氧化膜。在铝或铝合金的固态焊接情况下，如压焊、钎焊及扩散焊接，其表面氧化膜的去除也是最关键的工艺问题。对于钎焊，一般采用焊料来去除表面氧化膜以获得均匀优质的接头。但是采用焊料的缺点是焊后必须采用特殊工艺来去除焊料以防止接头的腐蚀，而且往往难以干净彻底地去除残留在接头中的焊料。对于压焊和扩散焊接工艺中，一般是焊接前用化学腐蚀或机械处理来去除表面氧化膜。最常用的手段是先用强碱腐蚀，然后用矿物酸中将腐蚀产物刷洗。但这样的方法既不能保证能彻底地去除氧化膜层，也不能防止铝或铝合金表面在焊接之前被氧化而生成新的氧化膜，因而获得的接头质量是不均匀的。铝或铝合金在压焊和扩散焊接中另一个表面处理方法是在界面上加入一层中间层金属，加入的方法有真空溅射、喷镀、轧制复合等。采用这种方法的缺点是在焊接过程中或在焊后热处理中，接头往往形成一种或多种硬脆的金属中间相，使得接头性能大大降低。迄今为止，尚未见到有效地去除氧化膜的方法，使铝或铝合金固态焊接达到了基体强度的研究报道。鉴于已有的铝或铝合金固态焊接中所存在的不足，本专利技术提供一种铝或铝合金的固态焊接表面处理方法及专用的处理剂，以确保有效地去除表面氧化膜，并防止焊接前形成新的氧化膜。为了达到上述目的本专利技术提供的铝或铝合金固态焊接表面处理方法及其专用处理剂是通过下述方式实现的该焊接表面处理方法为将光滑的焊接表面进行脱脂、脱水，去除焊接表面所形成的氧化膜，其特点是采用专用的处理剂进行处理，使该处理剂覆在清洁的焊接表面;所述的表面专用处理剂为由含有苯乙烯及其溶解剂的有机溶液组成。下面对本专利技术予以详细描述对于铝或铝合金的固态焊接，其焊接表面须光滑，为了得到光滑的焊接表面将需焊接的表面可以采用抛光机、磨光机或砂纸进行抛光，一般抛光至△6左右，然后用清水冲洗;将光滑的焊接表面采用丙酮和酒精进行脱脂、脱水。去除焊接表面所形成的氧化膜，并立即用专用处理剂用喷涂或浸渍等手段处理其表面，使该处理剂均覆在清洁的焊接表面上起到防氧化的作用。该处理剂防氧化的作用一直持续到固态焊接前，而且在固态焊接的初始阶段又被迅速脱离其焊接表面，从而保证固态焊接过程中焊接表面为无氧化膜的清洁表面。为了使焊接表面去除氧化膜后立即用专用处理剂对其表面进行处理以防止新的氧化膜生成，将脱脂、脱水的焊接表面用电化学的方法去除其表面所形成的氧化膜。具体为将焊接件作为阳极、不锈钢作为阴极，在含有高氯酸和酒精的溶液中进行电解，电解电流为1.0～1.2安培，电解电压为25～30伏。电解后在电解液中用钢刷或类似的手段去除残留在焊接表面的电解产物，电解液中取出焊接件立即放入专用处理剂中对焊接表面进行浸渍处理，浸渍时间为3～5分钟即可。浸渍处理后焊接表面均覆盖专用处理剂溶液，该溶液因隔绝空气起到抗氧化的作用。本专利技术为了满足上述的固态焊接表面处理方法而提供的焊接表面专用处理剂是由含有苯乙烯及其溶解剂的无水有机溶液组成，该有机溶液中苯乙烯的含量在以重量百分比计占1～5%，而苯乙烯的溶解剂采用苯基类的有机溶剂，所采用的苯基类溶解剂为甲苯、二甲苯或乙苯之一或其中两种的混合物。溶解剂的选择依据表面专用处理剂的配制及该处理剂在焊接表面涂覆性能所决定，并且表面处理后该处理剂起到隔绝空气作用的同时满足固态焊接初始阶段又被迅速脱离其焊接表面的要求。有鉴于此，该表面处理剂还可添加稀释剂，该稀释剂选用丙酮，此时该表面处理剂的成份及重量百分比含量为苯乙烯1～5%，溶解剂40～60%，其余为丙酮。本专利技术提供的专用表面处理剂是非极性有机溶液，与铝及铝合金表面发生物理吸附反应，并消除或阻止其表面的极性物质。从该处理剂中所含的物质结构特点来看，烯烃基和芳烃基均属于不饱和烃。C＝C双键是由在两个C原子轴线上的σ键和垂直于该轴线的π键组成。在形成乙烯分子时，碳原子各自以一个SP2杂化轨道沿键轴方向重送，形成一个C-Cσ键，并用其余的SP2杂化轨道分别与四个氢原子时的1S轨道重迭，形成四个C-Hσ键，这五个σ键在一个平面上，而垂直于该平面的未杂化Pz轨道平行重迭形成π键。π键是不饱和键，当乙烯分子附在铝及铝合金表面上时，乙烯分子中的Pz分子轨道将与铝表面上的3P空轨道共用乙烯π电子发生物理吸附反应。这种反应倾向于簇反应，即乙烯中两个碳原子的未杂化轨道分别与一个铝表面悬空轨道共用电子，其结构为 芳烃π轨道是另一类不饱和烃π轨道，这种芳烃也是倾向于通过π结合吸附在金属表面上。考察苯的结构，每个碳原子参与三个四键，一个是与氢原子，两个是与邻近的两个碳原子。每个碳原子的第四个轨道沿垂直于σ键的方向伸展，这些轨道间发生重迭，形成围绕环的π结合。这个π电子成键轨道与乙烯中的π轨道相似，当苯分子或一个等价的芳烃卧置在金属上时，π轨道将与表面金属原子的悬空键重迭而发生物理吸附反应。吸附在铝及铝合金表面上的乙烯分子及芳烃分子形成了表面的非极性表面，从而起到了防止氧化的保护作用。由于该处理剂中苯乙烯的沸点最高，其沸点为144℃，因而该有机溶液在室温下需要较长一段时间才能完全挥发，而且固态焊接工艺条件下则可迅速挥发，分解或挤出，使焊接在清洁表面间进行。本专利技术按上述描述所提供的固态焊接表面处理方法及其处理剂，用专用表面处理剂将去除表面氧化膜的焊接表面进行浸渍处理3～5分钟，可在1～2小时内施行焊接。对于钎焊和扩散焊接，将焊接件在真空度不小于1×10-2Pa的真空焊接室中加热，使焊接表面上的专用处理剂有机溶液得到分解、挥发，然后施行焊接;在压焊的情况下，可借助于高的焊接压力和大的塑性变形将挤出焊接表面上的有机溶液，使焊接表面以清洁表面相接触。本专利技术可应用于各种铝及铝合金的固态焊接工艺，如高纯铝、工业纯铝、铝-铜合金系、铝-镁合金系、铝-硅合金系、铝-锂合金系、铝-锌-镁合金系、铝-铜-镁合金系、铝-镁-锰合金系、铝-锌-镁-铜合金系等等。本专利技术所提供的固态焊接表面处理方法及其处理剂有效、彻底地解决了铝及铝合金固态焊接前表面氧化膜的去除和获得的清洁表面的保护这一固态焊接工艺关键问题，而且表面处理方法简便易行、稳定可靠、易于实际生产中应用，经表面处理后的铝及铝合金的钎焊、压焊和扩散焊接均可获得与基体组织和性能一致的均匀、稳定的优质接头，并且该接头不存在氧化、腐蚀及成份不均匀等现象。实施例之一对棒状热轧Al-Zn-Mg-Cu合金(7075)表面处理后进行扩散焊接。将该焊接件的焊接表面机械抛光△6左右，用清水冲洗;用丙酮和酒精对表面脱脂、脱水;将焊接件作为阳极、采用不锈钢作为阴极，在10%高氯酸、90%酒精溶液中进行电解，电解电流为1.0～1.2安培，电解电压为25～30伏;电解液中去除残留在焊接表面上的电解产物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝或铝合金固态焊接表面处理方法为将光滑的焊接表面进行脱脂、脱水，去除焊接表面所形成的氧化膜，其特征在于采用专用的处理剂进行处理，使该处理剂覆在清洁的焊接表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄岩，崔建忠，马龙翔，
申请(专利权)人：东北工学院，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]