CN102699569A

CN102699569A - 一种核工业用高温镍基膏状钎焊料及其制备方法

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Publication number: CN102699569A
Application number: CN2012102044984A
Authority: CN
Inventors: 江洪林; 陈松; 尹延西; 罗远辉; 黄永章; 王力军
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明涉及一种核工业用高温镍基膏状钎焊料及其制备方法，包括钎焊料和载体，钎焊料以镍基为基体，添加合金元素Cr、Si、Fe、Pd、P和Ge，载体由溶剂、树脂和添加剂组成。本发明的高温镍基膏状钎焊料通过分别制出钎焊料粉末和载体，然后再将两者混合制得。本发明采用的载体具有良好的化学稳定性，不与钎焊料合金粉末发生化学反应，不采用水溶性粘合剂，不挥发出有毒有害气体，不含有卤族元素成分，化学成分稳定，其粘度可调并具有良好的流动性和合适的挥发性，钎焊后没有残留物；同时钎焊料合金粉末在载体中分布均匀，在放置期间具有良好的化学稳定性、均匀性，合金粉末与载体不发生化学反应。

Description

一种核工业用高温镍基膏状钎焊料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种核工业用高温镍基膏状钎焊料及其制备方法，具体涉及一种镍基膏状钎焊料的组成物-镍基钎焊料、膏状载体的组分及其制备技术。

背景技术

核工业用镍基膏状钎焊料主要用于核电站燃料组件定位格架的焊接，定位格架条带采用GH4169高温镍基合金材料，目前国外主要采用膏状化BNi-7和BNi-5系列钎焊料，BNi-7系列钎焊料熔点较低，但其强度低，塑性差，由于含磷量高，钎焊料的熔蚀较大，有损基体材料的强度。BNi-5系列钎焊料的强度高，溶蚀小，但其缺点是熔点太高，使得钎焊温度大大增加，导致合金性能发生改变。

国内主要采用自主研发的一种低熔点、强度高、溶蚀小以及抗腐蚀性能优异的粉末状镍基钎焊料。这种粉末状钎焊料在实际涂料过程中，需现场使用冷杉树脂将钎焊料调成糊状，冷杉树脂的挥发物对操作人员健康有不利影响；杉树脂将钎焊料调成的糊状不均匀，钎焊料易沉淀；手工操作涂料效率低，劳动强度大且难以保证每条焊缝涂料均匀，影响格架的钎焊质量。

由于粉末状镍基钎焊料存在上述问题，所以研制一种新型的膏状化镍基钎焊料已显得十分必要和迫切。采用真空钎焊工艺，使定位格架刚性好、强度高、外型尺寸精确，涂料过程能够脱离手工操作，提高钎焊效率，并实现批量生产。

发明内容

本发明的目的是研制一种新型的膏状化镍基钎焊料，使定位格架焊接过程能够脱离手工操作，提高钎焊效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种核工业用高温镍基膏状钎焊料，用于核工业定位格架自动钎焊，包括钎焊料和载体，其特征在于所述钎焊料以镍基为基体，添加合金元素Cr、Si、Fe、Pd、P和Ge，所述载体由溶剂、树脂和添加剂组成。

优选地，所述钎焊料可由下列组分组成，按重量百分数（wt.%）计为：Cr：16.5%~17.5%，Si：9.5%~10.5%，Fe：8.5%~9.5%，Pd：4.5%~5.0%，P：1.5%~1.8%，Ge：2.0%~3.0%，余量为Ni。

所述载体中，所述溶剂包括主溶剂和助溶剂，所述主溶剂为醚类，沸点为150℃～180℃，所述助溶剂为酯类，沸点为130℃～150℃；进一步地，所述主溶剂可以为乙二醇二甲醚，所述助溶剂可以为乙酸乙酯。所述树脂为聚乙烯醇缩丁醛或乙基纤维素，所述添加剂为非离子表面活性剂（OP）。

所述载体的组成，按重量百分数（wt.%）计为：主溶剂：45~55%，助溶剂：20~30%，树脂：15~25%，添加剂：1~3%。优选地，所述载体可由下列组分组成，按重量百分数（wt.%）计为：乙二醇二甲醚：45~55%，乙酸乙酯：20~30%，聚乙烯醇缩丁醛：15~25%，非离子表面活性剂（OP）：1~3%。

优选地，所述钎焊料与所述载体的重量比范围为65∶35～85∶15。

上述核工业用高温镍基膏状钎焊料的制备方法，首先分别制出钎焊料粉末和载体，然后再将两者混合，其各自的制备步骤如下：

a.按照下面的步骤制备钎焊料粉末：

（1）按钎焊料成分配料；

（2）真空条件下熔炼；

（3）真空气雾化制粉；

（4）粉末粒度分级；

（5）真空处理；

b.载体

称取所需重量的溶剂（主溶剂、助溶剂）于不锈钢罐内，在搅拌状态下，慢慢加入已称好的树脂和添加剂于不锈钢罐内，制备有机载体；

c.将制得的有机载体与钎焊料粉末进行混合。

优选地，所制备的钎焊料粉末的粒度为-300目；所述有机载体与钎焊料粉末以球磨方式进行混合。

本发明所用的有机物均采用分析纯有机物，其组成元素为C、H、O三种，而不含任何其他元素；具有良好的化学稳定性，不与钎焊料合金粉末发生化学反应，不挥发出有毒有害气体，不含有卤族元素成分，其粘度可调并具有良好的流动性和合适的挥发性，钎焊后不得有残留物。另外，有机载体的研制一定要满足用户使用自动涂装机器进行涂料的要求，适应其工艺性能，涂装后具有良好的流平性。

钎焊料：

目前采用的钎焊料粉末粒度约140目，颗粒相对较粗，无法膏状化，在用冷杉树脂现场调配时，糊状不均匀，钎焊料极易沉淀，且粉末的氧含量已接近或超过0.05%。本发明选用-300目钎焊料，粉末颗粒表面光滑、氧含量低，成份均匀、组织细化，完全满足钎焊料粉末的技术要求。

有机载体：

本发明选择合适的溶剂、树脂和添加剂，研制出适用的载体。溶剂的选择需考虑其粘度、挥发性、环保性等，其中主溶剂选择醚类，因为其具有较好的溶解性和环保性，沸点以150℃～180℃为宜；助溶剂选择溶解性较强的酯类，沸点以130℃～150℃为宜，以增强溶剂的溶解性；树脂的选择应考虑分子量、粘度、组成、与溶剂的匹配性，可选择聚乙烯醇缩丁醛类，其可溶性好、流动性好、无残留、不含卤族元素，乙基纤维素类也是一种很合适的选择；添加剂可选择OP，用来增强焊膏的流动性和延长存放时间。所有的有机物均采用分析纯有机物，其组成元素为C、H、O三种，而不含任何其他元素。

膏状钎焊料：

将研制出的有机载体与钎焊料粉末进行混合。一般来说，钎焊料粉末与有机载体的重量比范围约为65∶35～85∶15。配制方法以球磨混合最为合适，这种方法均匀性较好，并可隔绝与空气的接触，防止粉末在制膏过程中被氧化。

本发明的镍基膏状钎焊料具有如下优点：

（1）载体具有良好的化学稳定性，不与钎焊料合金粉末发生化学反应，不采用水溶性粘合剂，不挥发出有毒有害气体，不含有卤族元素成分，化学成分稳定，其粘度可调并具有良好的流动性和合适的挥发性，钎焊后没有残留物。

（2）钎焊料合金粉末在载体中分布均匀，在放置期间具有良好的化学稳定性、均匀性，合金粉末与载体不发生化学反应。

下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

具体实施方式

在本发明的实施例中，按照下列步骤制备核工业用高温镍基膏状钎焊料：

a.按照下面的步骤制备钎焊料粉末：（1）按钎焊料成分配料：钎焊料由下列组分组成，按重量百分数计为：Cr：16.5%~17.5%，Si：9.5%~10.5%，Fe：8.5%~9.5%，Pd：4.5%~5.0%，P：1.5%~1.8%，Ge：2.0%~3.0%，余量为Ni；（2）真空条件下熔炼；（3）真空气雾化制粉；（4）粉末粒度分级；（5）真空处理；

b.载体：称取主溶剂：乙二醇二甲醚或乙烯乙二醇醚，45~55wt.%，助溶剂：乙酸乙酯，20~30wt.%，于不锈钢罐内，在搅拌状态下，慢慢加入已称好的树脂聚乙烯醇缩丁醛或乙基纤维素，15~25wt.%和添加剂非离子表面活性剂（OP），1~3wt.%于不锈钢罐内，制备得到有机载体；

c.将制得的有机载体与钎焊料粉末进行混合，例如球磨混合，钎焊料与载体的重量比范围为65∶35～85∶15。

实施例中所用的有机物均采用分析纯有机物，其组成元素为C、H、O三种，而不含任何其他元素。钎焊料粉末粒度选用-300目钎焊料，粉末颗粒表面光滑、氧含量低，成份均匀、组织细化，完全满足钎焊料粉末的技术要求。

实施例1

钎焊料中成分（按重量百分数计）为Cr：16.5%；Si：9.5%；Fe：8.5%；Pd：4.5%；P：1.5%；Ge：2.0%，其余为镍。有机载体（按重量百分数计）中主溶剂乙二醇二甲醚55%，助溶剂乙酸乙酯23%，树脂聚乙烯醇缩丁醛20%，添加剂OP 2%。钎焊料粉末与有机载体的重量比约为65∶35。配置的膏状钎焊料放置1-3年内具有良好的化学稳定性，不分层，具有良好的流动性，焊接破断力平均值达到3600N。

实施例2

钎焊料中成分（按重量百分数计）为Cr：17.5%；Si：10.5%；Fe：9.5%；Pd：5.0%；P：1.8%；Ge：3.0%，其余为镍。有机载体（按重量百分数计）中主溶剂乙二醇二甲醚45%，助溶剂乙酸乙酯30%，树脂聚乙烯醇缩丁醛23%，添加剂OP 2%。钎焊料粉末与有机载体的重量比约为85∶15。配置的膏状钎焊料放置1-3年内具有良好的化学稳定性，不分层，具有良好的流动性，焊接破断力平均值达到3600N。

实施例3

钎焊料中成分（按重量百分数计）为Cr：17.0%；Si：10.0%；Fe：9.0%；Pd：4.8%；P：1.75%；Ge：2.5%，其余为镍。有机载体（按重量百分数计）中主溶剂乙烯乙二醇醚55%，助溶剂乙酸乙酯23%，树脂乙基纤维素20%，添加剂OP 2%。钎焊料粉末与有机载体的重量比约为80∶20。配置的膏状钎焊料放置1-3年内具有良好的化学稳定性，不分层，具有良好的流动性，焊接破断力平均值达到3600N。

实施例4

钎焊料中成分（按重量百分数计）为Cr：17.0%；Si：10.0%；Fe：9.0%；Pd：4.8%；P：1.75%；Ge：2.5%，其余为镍。有机载体（按重量百分数计）中主溶剂乙烯乙二醇醚45%，助溶剂乙酸乙酯30%，树脂乙基纤维素23%，添加剂OP 2%。钎焊料粉末与有机载体的重量比约为80∶20。配置的膏状钎焊料放置1-3年内具有良好的化学稳定性，不分层，具有良好的流动性，焊接破断力平均值达到3600N。

实施例5

钎焊料中成分（按重量百分数计）为Cr：16.8%；Si：10.2%；Fe：9.2%；Pd：4.8%；P：1.7%；Ge：2.1%，其余为镍。有机载体（按重量百分数计）中主溶剂乙烯乙二醇醚54%，助溶剂乙酸乙酯20%，树脂聚乙烯醇缩丁醛25%，添加剂OP 1%。钎焊料粉末与有机载体的重量比约为70∶30。配置的膏状钎焊料放置1-3年内具有良好的化学稳定性，不分层，具有良好的流动性，焊接破断力平均值达到3600N。

实施例6

钎焊料中成分（按重量百分数计）为Cr：16.2%；Si：9.8%；Fe：8.7%；Pd：4.6%；P：1.6%；Ge：2.7%，其余为镍。有机载体（按重量百分数计）中主溶剂乙烯乙二醇醚54%，助溶剂乙酸乙酯28%，树脂聚乙烯醇缩丁醛15%，添加剂OP 3%。钎焊料粉末与有机载体的重量比约为75∶25。配置的膏状钎焊料放置1-3年内具有良好的化学稳定性，不分层，具有良好的流动性，焊接破断力平均值达到3600N。

Claims

1.一种核工业用高温镍基膏状钎焊料，包括钎焊料和载体，其特征在于所述钎焊料以镍为基体，添加合金元素Cr、Si、Fe、Pd、P和Ge，所述载体由溶剂、树脂和添加剂组成。

2.根据权利要求1所述的核工业用高温镍基膏状钎焊料，其特征在于：所述钎焊料由下列组分组成，按重量百分数计为：Cr：16.5%~17.5%，Si：9.5%~10.5%，Fe：8.5%~9.5%，Pd：4.5%~5.0%，P：1.5%~1.8%，Ge：2.0%~3.0%，余量为Ni。

3.根据权利要求1所述的核工业用高温镍基膏状钎焊料，其特征在于：所述载体中，所述溶剂包括主溶剂和助溶剂，所述主溶剂为醚类，沸点为150℃～180℃，所述助溶剂为酯类，沸点为130℃～150℃。

4.根据权利要求3所述的核工业用高温镍基膏状钎焊料，其特征在于：所述树脂为聚乙烯醇缩丁醛或乙基纤维素，所述添加剂为非离子表面活性剂。

5.根据权利要求4所述的核工业用高温镍基膏状钎焊料，其特征在于：所述主溶剂为乙二醇二甲醚，所述助溶剂为乙酸乙酯，所述树脂为聚乙烯醇缩丁醛。

6.根据权利要求5所述的核工业用高温镍基膏状钎焊料，其特征在于：所述载体的组成，按重量百分数计为：主溶剂：45~55%，助溶剂：20~30%，树脂：15~25%，添加剂：1~3%。

7.根据权利要求1所述的核工业用高温镍基膏状钎焊料，其特征在于：所述钎焊料与所述载体的重量比为65∶35～85∶15。

8.权利要求1-7中任一项所述的核工业用高温镍基膏状钎焊料的制备方法，包括如下步骤：

a.按照下面的步骤制备钎焊料粉末：（1）按钎焊料成分配料；（2）真空条件下熔炼；（3）真空气雾化制粉；（4）粉末粒度分级；（5）真空处理；

b.载体：称取所需重量的溶剂于不锈钢罐内，在搅拌状态下，慢慢加入已称好的树脂和添加剂于不锈钢罐内，制备得到有机载体；

c.将制得的有机载体与钎焊料粉末进行混合。

9.根据权利要求8所述的核工业用高温镍基膏状钎焊料的制备方法，其特征在于：所述的钎焊料粉末的粒度为-300目。

10.根据权利要求8所述的核工业用高温镍基膏状钎焊料的制备方法，其特征在于：所述有机载体与钎焊料粉末以球磨方式进行混合。