CN104191111B - 一种含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝，包括铝外皮和包覆在铝外皮内的药芯，药芯中各组分的质量百分比如下：Si粉35-60%，Cu粉15-20%，Ge粉0.08-2%，Hf粉0.05-1%，钎剂粉22-40%，Al粉为0或余量。其制备方法为：取铝带和铝管，计算出铝的总质量和应加药粉的质量；按比例称取Si粉、Cu粉、Ge粉、Hf粉、钎剂粉和Al粉混合均匀、烘干；置于药芯焊丝成型设备中，用铝带包裹后辊轧减径成芯棒后热压进铝管中，辊轧、拉拔至成品焊丝即可。本发明制得的焊丝既有无缝焊丝不吸潮的优点，又有有缝焊丝药粉均匀、成品率高的优点，同时克服了传统制备技术中硅含量高、加工性差的难题。

Description

一种含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝的制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金钎焊材料，尤其是涉及一种含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝的制备方法。

背景技术

铝及铝合金具有密度小、电导率好、抗腐蚀性能好等优点，在近代工业中尤其是在航空、汽车、国防军事领域中具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。

铝硅无缝药芯焊丝是铝及铝合金钎焊连接的最新技术成果。随着铝及铝合金钎焊的自动化发展、无腐蚀免清洗钎焊技术的提倡以及以铝代铜技术的逐步深入，市场对铝硅无缝药芯焊丝的需求越来越大。

由于目前的铝硅无缝药芯焊丝在制备技术和性能方面均存在不足，严重限制了铝硅无缝药芯焊丝的应用：

在制备技术方面，不管采用粉末冶金法还是铸造法来制备铝硅无缝药芯焊丝，都要用到热挤压。热挤压过程中，Si含量高时焊丝较脆，所需热挤压力很大，挤压困难且挤压丝易产生裂纹；另外，高温高压下芯部药粉易与外部金属产生化学腐蚀反应，使焊丝脆化。为此，有人采取管状焊条法，该方法虽然省去了热挤压过程，能够解决传统制备技术中Si含量高、加工性差的问题，但存在加粉困难，易造成芯部药粉不均、成品率低的问题。

在性能方面，现有铝硅无缝药芯焊丝的熔点较高（固相线温度577℃，液相线温度600℃以上），与3系、6系高强铝合金的熔点非常接近。采用熔点较高的焊丝焊接低熔点铝合金时，易引起铝母材烧损、钎缝强度低（如3003铝合金对接焊接时，抗拉强度仅为56兆帕）等问题。

针对上述现有技术中存在的问题，改进铝硅无缝药芯焊丝制备技术，研制出熔点低、塑性好、钎缝强度高的铝硅焊丝，就成为铝合金构件连接制造中急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔点低、塑性好、钎缝强度高的含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝的制备方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝的制备方法，包括由铝外皮和包覆在所述铝外皮内的药芯组成的含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝，所述药芯中各组分的质量百分比如下：Si粉35-60%，Cu粉15-20%，Ge粉0.08-2%，Hf粉0.05-1%，钎剂粉22-40%，Al粉为0或余量；所述钎剂粉由AlF₃、CsF、KF三种氟化物按质量比AlF₃:CsF:KF=5:15:3配制而成；所述药芯的填充率为35%；

其具体制备方法包括下述步骤：

第一步，取一定长度的铝带和铝管，计算出铝的总质量和应加药芯粉的质量；

第二步，按比例分别称取Si粉、Cu粉、Ge粉、Hf粉、钎剂粉和Al粉，并混合均匀；

第三步，将第二步的混合粉料烘干；

第四步，将第三步烘干后的混合粉料按照第一步中计算出的质量称取，并置于药芯焊丝成型设备中，采用铝带包裹后形成药芯，经辊轧减径成芯棒后热压进铝管中，辊轧、拉拔至成品焊丝即可。

本发明的优点体现在以下几点：

（1）采用上述方法制得的铝硅无缝药芯焊丝，既有无缝焊丝不吸潮的优点，又有有缝焊丝药粉均匀、成品率高的优点，同时克服了传统制备技术中硅含量高、加工性差的难题。

（2）本发明制备的成品焊丝与同类焊丝相比，具有熔点低、塑性好、焊缝强度高等优点，对接焊接3003铝合金时，抗拉强度可达85兆帕左右。

（3）本发明制备的焊丝用于火焰钎焊铝合金时，具有操作方便、适用性强的特点，通过该焊丝还可用于铝合金的自动焊，大大提高了生产效率。

本发明焊丝中，各组分的作用如下：

Si（硅）：能与Al形成Al-Si共晶，使钎料具有良好流动性及铺展性能。

Cu（铜）：易与Al形成金属间化合物，降低熔融材料与母材间的表面张力。

Ge（锗）：微量的Ge易与Al形成低熔点共晶，降低钎料合金的熔点；Ge的添加又使钎料合金体系中共价键减少，金属键增加，有利于改善合金本征的脆性。但是超过一定值后会使合金中脆性相增加。

Hf（铪）：铪的熔点较高，有较好的抗氧化性能和耐高温特性。在Al中能微量固溶，形成低熔共晶，且会加速固溶体分解、细化钎料晶粒。微量的铪既降低了钎料熔化温度，又提高了钎料的强度和塑性。

钎剂粉：具有强烈溶解氧化铝的能力，其熔化温度非常适用于铝合金钎焊用。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步的详述。

本发明焊丝采用“FCWM50被动拉拔式药芯焊丝机”进行制备。所用铝带（宽16mm、厚0.5mm）和铝管（壁厚1mm、内径5mm）的化学成分见下表1。

表1铝带、铝管的化学成分（wt%）

成品焊丝药芯中药粉填充率为35%，药粉的压实密度在2.2~2.3g/cm³之间。

本发明的含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝，包括铝外皮和包覆在铝外皮内的药芯，药芯中各组分的质量百分比如下：Si粉35-60%，Cu粉15-20%，Ge粉0.08-2%，Hf粉0.05-1%，钎剂粉22-40%，Al粉为0或余量；钎剂粉由AlF₃、CsF、KF三种氟化物按质量比AlF₃:CsF:KF=5:15:3配制而成。

本发明焊丝的制备方法如下：

1、截取2米长的铝带（宽16mm、厚0.5mm）和铝管（壁厚1mm、内径5mm），计算出铝的总质量约为161.9g，应填入药粉的质量约为87.2g；

2、按Si粉35-60%，Cu粉15-20%，Ge粉0.08-2%，Hf粉0.05-1%，钎剂粉（由AlF₃、CsF、KF三种氟化物按质量比AlF₃:CsF:KF=5:15:3配制）22-40%，Al粉为0或余量的比例分别称取Si粉、Cu粉、Ge粉、Hf粉、钎剂粉和Al粉，入混粉机中混合均匀；

3、将上述混合粉料在120℃条件下烘干1.5小时；

4、将烘干后的药粉称取87.2g置于FCWM50被动拉拔式药芯焊丝机中，先将铝带轧制成U形槽，将药粉放入U形槽内后，把U形槽合口，药粉包裹进去，经辊轧减径为Φ5mm的芯棒；

5、将Φ5mm的芯棒热压进铝管中，辊轧、拉拔至直径1.0-3.2mm的焊丝即可。根据需要，选择不同的拉丝模具，即可得到不同直径的无缝药芯焊丝。

下面选择8组不同组分配比的药芯制备成焊丝：

例1：药芯粉末中各组分的质量百分比为：60%Si粉，15%Cu粉，0.1%Ge粉，0.05%Hf粉，22%钎剂粉，2.85%Al粉。

例2：药芯粉末中各组分的质量百分比为：55%Si粉，18%Cu粉，0.2%Ge粉，0.1%Hf粉，26.7%钎剂粉。

例3：药芯粉末中各组分的质量百分比为：50%Si粉，18%Cu粉，0.5%Ge粉，0.5%Hf粉，31%钎剂粉。

例4：药芯粉末中各组分的质量百分比为：46%Si粉，19%Cu粉，1%Ge粉，0.8%Hf粉，33.2%钎剂粉。

例5：药芯粉末中各组分的质量百分比为：45%Si粉，20%Cu粉，1.5%Ge粉，0.8%Hf粉，32.7%钎剂粉。

例6：药芯粉末中各组分的质量百分比为：40%Si粉，20%Cu粉，1.2%Ge粉，0.8%Hf粉，38%钎剂粉。

例7：药芯粉末中各组分的质量百分比为：37%Si粉，20%Cu粉，2%Ge粉，1%Hf粉，40%钎剂粉。

例8：药芯粉末中各组分的质量百分比为：35%Si粉，20%Cu粉，2%Ge粉，1%Hf粉，40%钎剂粉，2%Al粉。

采用火焰钎焊方式，用以上8种组分药芯制作的铝硅无缝药芯焊丝进行钎焊。母材为3003铝合金，钎焊接头为对接接头，钎焊后对接头进行抗拉强度测试。在母材上堆敷药芯焊丝，测熔敷金属的化学成分。抗拉强度结果与熔敷金属化学成分如表2所示。

表2药芯组分不同时钎焊接头的抗拉强度

实验证明，本发明制备的含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝在铝合金构件焊接中，其钎焊接头的抗拉强度要远远高于目前铝硅无缝药芯焊丝钎焊接头的抗拉强度，满足了市场对铝硅无缝药芯焊丝的需求。

Claims (1)

1.一种含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝的制备方法，包括由铝外皮和包覆在所述铝外皮内的药芯组成的含锗、铪的铝硅无缝药芯焊丝，所述药芯中各组分的质量百分比如下：Si粉35-60%，Cu粉15-20%，Ge粉0.08-2%，Hf粉0.05-1%，钎剂粉22-40%，Al粉为0或余量；所述钎剂粉由AlF₃、CsF、KF三种氟化物按质量比AlF₃:CsF:KF=5:15:3配制而成；所述药芯的填充率为35%；其特征在于：具体制备方法包括下述步骤：

第一步，取一定长度的铝带和铝管，计算出铝的总质量和应加药芯粉的质量；

第二步，按比例分别称取Si粉、Cu粉、Ge粉、Hf粉、钎剂粉和Al粉，并混合均匀；

第三步，将第二步的混合粉料烘干；

第四步，将第三步烘干后的混合粉料按照第一步中计算出的质量称取，并置于药芯焊丝成型设备中，采用铝带包裹后形成药芯，经辊轧减径成芯棒后热压进铝管中，辊轧、拉拔至成品焊丝即可。