用于钎焊泡沫铝板的Al-Si-Mg系非晶钎料及制备方法和钎焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于钎焊泡沫铝板的Al-S1-Mg系非晶钎料及制备方法，属于泡沫铝焊接领域。
【背景技术】
[0002]泡沫铝是一种在纯铝或铝合金中加入添加剂，经过发泡或其他工艺制作而成，同时具有金属和气泡特征的新型铝基金属材料。它密度小、耐高温、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、吸收冲击能力强、防火性能强、耐候性强、有过滤能力、电磁屏蔽性高、成形精度高、易加工、易安装、可进行表面涂装。泡沫铝的这些优异的性能使其在当前的材料领域尤其是在航空航天等高科技领域具有广阔的应用前景，是非常具有开发前途的工程材料。但是以孔隙为特征的泡沫铝材料在焊接领域面临很多问题。用激光焊接泡沫铝后发现在高能热源作用下，泡沫铝孔隙结构大量坍塌导致熔池和焊缝成形困难和熔合不良；用扩散焊和超声波焊焊接泡沫铝后发现焊接接头力学性能较差，不具备实用化条件。迄今为止，有关泡沫铝的焊接技术仍不成熟，这极大地限制了泡沫铝在多领域的推广和应用，因此，研究泡沫铝的焊接性不仅具有积极的现实意义，而且有着良好的应用前景。
[0003]钎焊因其独特的优势常被用来连接新型材料，它也被看做是泡沫铝最具实用潜力的方法之一。近年来，关于泡沫铝的钎焊越来越受到大家重视，但普遍存在一些问题:一是泡沫铝由于孔隙的存在导致钎焊时钎料润湿和填充不良，进而导致钎焊接头力学性能较差；二是泡沫铝钎焊时钎料常添加大量的元素锌，锌由于易挥发且有毒性会给实验及环境带来不利影响，特别是在真空设备中钎焊；三是有的泡沫铝板钎焊时需要设计复杂的模具，不方便且不经济。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于钎焊泡沫铝板的Al-S1-Mg系非晶钎料及制备方法和钎焊方法，非晶钎料熔点低，具有良好的润湿性及填缝性，成分配置合理且环保。
[0005]技术方案:为解决上述技术问题，本发明的一种用于钎焊泡沫铝板的Al-S1-Mg系非晶钎料，所述非晶钎料包含S1、Mg、Cu、Ge、N1、Ti和Al，上述组分的质量百分比分别为 Sill.0%~ 15.0%, Mgl.0%~ 3.0%, Cu0.3%~ 1.0%, Ge0.5%~ 1.5%, N1.2%~0.8%, T1.1%?0.5%，余量为 Al。
[0006]作为优选，所述非晶钎料为箔片带状，厚度为80?120 μ m0
[0007]作为优选，所述非晶钎料各组分的质量百分比分别为Si 13.0 %，Mg2.5 %，Cu0.5%, Gel.0%, N1.5%, T1.2%，余量为 Al。
[0008]—种上述的用于钎焊泡沫铝板的Al-S1-Mg系非晶钎料的制备方法，包括以下步骤:
[0009]I)按质量百分比称取高纯度的Si颗粒、Mg颗粒、Cu颗粒、Ge颗粒、Ni颗粒、Ti颗粒和Al颗粒制得混合物，放入加有丙酮的容器中，在20°C左右的温度下进行超声清洗15?20min ；
[0010]2)将步骤I超声清洗后的混合物在30?50°C的温度下烘干，得到干燥的混合物；
[0011]3)将混合物S1、Mg、Cu、Ge、N1、Ti和Al采用真空感应熔炼的方法制备成分均匀的钎料母合金，将制备出的母合金碾碎后，装入高真空单辊甩带机的石英玻璃管内；
[0012]4)将石英玻璃管夹装在甩带机的电感应加热圈中，并将其喷嘴至铜辊表面间距调整为 150 ?200 μπι ；
[0013]5)关闭炉门，采用机械栗抽真空至1.5X103Pa，然后采用分子栗抽高真空，高真空度不低于5 X 10 5Pa,然后腔体充满高纯Ar气至200?220mbar ；
[0014]6)开启电机，使铜辊转速!^在29?34m/s的范围内，再开启高频电源，将石英玻璃管内的母合金高频感应加热至完全均匀熔融后，保温过热熔体50s?70s ;
[0015]7)将Ar气气压调制P = 30?60KPa，用高压氩气将石英玻璃内的过热熔体连续喷射到高速旋转的冷却铜棍表面，液态金属受到急冷而成箔带状，从而得到钎料箔片带，厚度为80?120 μπι。
[0016]作为优选，所述步骤￠)中铜辊直径为250_，铜辊宽度为50_。
[0017]一种上述用于钎焊泡沫铝板的Al-S1-Mg系非晶钎料的钎焊方法，包括以下步骤:
[0018]I)准备阶段:对待钎焊的泡沫铝切割成矩形块，中间层铝片切为矩形块，非晶钎料箔片剪为矩形片；将待钎焊的泡沫铝板端面利用W28?W3.5号金相砂纸进行研磨光滑，中间层铝片正反两面用W28?W3.5号金相砂纸进行研磨光滑，非晶钎料箔片两面用W3.5号金相砂纸进行研磨光滑；将研磨好的泡沫铝板先放入60?80°C质量分数为1.5?2%的Na2CO3溶液中浸渍20?30min，取出用清水冲洗后用30?40%的HNO 3溶液清洗，再用清水冲洗并烘干，烘干后将泡沫铝板、铝片和非晶钎料箔片一同放入丙酮溶液中，采用超声波清洗15?20min，并进行烘干处理；
[0019]2)装配阶段:将清洗后的泡沫铝板、铝片和非晶钎料箔片按照泡沫铝/Al-S1-Mg系钎料/纯铝中间层/Al-S1-Mg系钎料/泡沫铝的顺序装入专用夹具中，确保连接的精度，在夹具上放置额定质量的压头，产生0.03?0.05MPa的恒定垂直压力；
[0020]3)钎焊阶段:将装配好试样和夹具整体置于真空度不低于6 X 10 3Pa的钎焊炉中，钎焊工艺参数为:先以6?9°C /min的速率升温至350?420°C，保温30?45min，再以10?15°C /min的速率升温至570?600 °C，保温8?15min，最后以8?12°C /min的速率冷却至350?400°C后随炉冷却至室温，开炉取出被焊件。
[0021]本发明制备的Al-S1-Mg系非晶钎料通过合理添加多种合金元素使钎料具有良好的钎焊工艺性能，耐腐蚀性能和加工性能。其中加入的Si元素一是可以明显降低Al基钎料的熔点，二是在其他合金元素的共同作用下可以明显提高钎缝强度；加入的Mg元素是极强的活化剂，在钎焊过程中Mg蒸汽既可以与钎焊气氛中剩余的氧和水蒸气中的氧结合，保护零件不会重新氧化，又可渗入零件表面未清洗干净的氧化膜而将其去除，添加少量的Mg还能改善钎料的润湿性；加入少量的Cu元素可以起到降低钎料熔点和增强钎料流动性的作用；加入适量的Ni可以提高钎料的填缝性能；加入适量的Ge元素可以降低钎料熔点，改善奸料润湿性和流动性；加入微量的Ti兀素可以细化晶粒，提尚接头力学性能。
[0022]本发明提供的钎焊工艺通过采用在两块泡沫铝板之间加入中间层铝片的方式将原本两块泡沫铝板之间的一个钎焊过程变成泡沫铝板与中间层铝片的两个钎焊过程，很好地消除了泡沫铝板由于孔隙率较大给钎焊过程带来的不利影响，最终获得了力学性能较高的钎焊接头。
[0023]有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0024](I)本发明提供的Al-S1-Mg系非晶钎料成分配置合理，因为合理地添加了有关合金元素，钎料的钎焊温度在570?600°C，钎料熔化温度较低，钎料熔化均匀，钎料润湿性及填缝性好，且该钎料不含元素锌，消除了元素锌带来的不利影响，是一种环保型钎料。使用本发明的非晶钎料箔片有利于促进钎焊连接过程中合金元素的扩散和界面反应，有助于获得良好力学性能的钎焊接头；
[0025](2)本发明中泡沫铝板的钎焊工艺采用在两泡沫铝板间加入中间层铝片的办法。由于中间层铝片的加入，将原本两块泡沫铝板之间的一个钎焊过程变成泡沫铝板与中间层铝片的两个钎焊过程，很好地消除了泡沫铝板由于孔隙率较大给钎焊过程带来的不利影响，有助于获得良好力学性能的钎焊接头；
[0026](3)本发明中泡沫铝板的钎焊工艺设计合理，采用真空炉中钎焊，无须添加钎剂以及保护措施，因为始终使试样处于高真空状态，有助于破坏泡沫铝表面的氧化膜，配合提供的非晶钎料和合理的钎焊工艺参数，使得整个构件无变形，无微观裂纹、气孔和夹杂等缺陷，同样有助于获得良好力学性能的钎焊接头；
[0027](4)本发明获得的钎料制备方法和钎焊方法简单，不需复杂的装夹紧固模具，实施方便快捷，钎料的制备以及钎焊工艺可重复再现，可以焊接不同孔隙率或相同孔隙率不同孔径、孔结构的泡沫铝板，便于广泛的推广与应用。
【附图说明】
[0028]图1为钎焊试样的结构