铝合金钎焊用钎料的发展动态_陆洋

F62
余量
3. 5
20
Hl403
余量
10
4
Zn: 0. 20 Fe< 0. 8 Cr. Mn< 0. 15
Zn: 20 Zn: 10
525~ 585 521~ 583 525~ 535 480~ 520 516~ 560
原牌号 Hl402, 钎料结晶的范围较广
适用于各种钎焊方法, 钎料 结晶温 度间隔 大, 易控制流动 适合火 焰 钎焊, 熔化 温度 低, 钎焊 接 头较 脆, 抗腐蚀性低于 Al Si 钎料的接头 适合钎焊固相线温度 低的 铝合金, 接头抗 腐蚀性一般 适用于火焰钎焊, 熔 化温度 低, 易 操作, 接 头抗腐蚀性低于 Al Si 钎料
( 1) 铝的化学性质 较为活泼, 对氧的亲和 力极 强, 表面极易形成一层致密的氧化膜, 阻碍了母材和 钎料之间的原子扩散, 使得润湿性大大降低;
( 2) 铝合金硬钎焊用钎料的熔点与铝合金熔点 相差不大, 钎焊时铝合金母材晶粒很容易长大, 或造 成母材的过量熔解形成熔蚀缺陷;
( 3) 由于母材和焊缝电极电位的差异, 易产生电
0 前言
随着运载工具的轻量化, 铝合金的应用范围渐 广, 其连接特别是焊接问题得到广泛的重视。钎焊 是常用的铝合金焊接方法之一, 与熔焊相比其特点 明显: 加热温度一般低于母材熔点, 对母材物理化学 性能无明显的不利影响; 钎焊温度低, 易对工件整体 均匀加热等。但铝合金的钎焊难度较大[ 1] , 主要原 因在于:
4004 9. 0~ 10. 5 0. 8 0. 25 0. 10 1. 0~ 2. 0 0. 20
-
4005 9. 0~ 11. 0 0. 8 0. 25 0. 10 0. 2~ 1. 0 0. 20
-
0. 15 0. 15
余量 余量
559~ 591 559~ 582
590~ 605 585~ 605
E5, 其成分为: Al 28Cu 5. 5Si, 熔点 525 。Cu 也可 系( Al Mg 系) 和 7000 系母材[ 3] 。常用的 Al Si Cu 系
使钎料 的流动 性显著 增加, 但 生成的 金属 化合 物 的钎料见表 2。
CuAl2, 脆性较大。此系列钎料只适合铸成条使用,
表 2 常用 Al Si Cu 系钎料的化学成分及特点[ 7 9]
钎料牌号
w ( A l)
化 w ( Si)
学 成 分 /% w ( Cu) w ( Mg)
其他
熔化温度 /
备
注
BA l86SiCu 余量 9. 3~ 10. 7 3. 3~ 4. 7 0. 15
HlAlSiCu10 余量 9. 3~ 10. 7 3. 3~ 4. 7
BA l67CuSi 余量 5. 5~ 6. 5 27~ 29
2
钎料里加入 10% ~ 30% 的 Zn, 甚至可以将固相线温 度降低到 500 以下。Zn 可以减少 Al Cu、Al Si、Al Cu Si 等共晶相生成, 甚至可以完全抑制共晶结构生 成, 此时, 接头的组成主要为 ( Al ) + ( CuAl2) + 片 状 Si[ 10] 。 1. 5 低熔点 Al Ge Si 系列钎料
1. 4 Al Si Zn 系列钎料 Al Si Zn 三元合金中存在一个三元共晶点 E, 其
组成为 5. 10% Al 0. 04% Si 94. 86% Zn。在 Al Si 共 晶钎料中加入 Zn 后, 钎料的流 动性和润湿性 均加 强, 接头抗腐蚀性也提高。4245 是在 4145 基础上添 加了 9. 3% ~ 10. 7% Zn, 使 液 相 线 温 度 下 降 到 560 , 主要用以焊接铸造铝合金[ 5] 。在 Al Si Cu 系
-
0. 20
-
0. 15 余量 577~ 615 600~ 620
4045
9. 0~ 11. 0 0. 8
0. 3 0. 05
0. 05
0. 10
Ti: 0. 20
0. 15 余量 577~ 590 590~ 605
4047 11. 0~ 13. 0 0. 8 0. 30 0. 15
0. 10
0. 20
Development of solders for aluminum brazing
Lu Yang1, Wang Ze hua1, 2
( 1.Hehai University, Jiangsu Province, Changzhou 213022; 2.Hehai University, Jiangsu Province, Nanjing 210098) Abstract: This paper introduces the characteristics of conventional Al Si series solders, Al Si Mg series sol ders, Al Si Cu series solders Al Si Zn series solders and low melting point Al Ge Si series solders and their ap plication areas, while predicting the prospect of developing low melting- point high strength solders and self fluxing aluminum solders based on Al Si series solders and the rapid solidification technolog ies for solders. Keywords: aluminum alloy; brazing; solder
高强度 5000 系、6000 系、7000 系及 2000 系结构
铝合金钎焊用钎料的发展动态
铝合金含 Mg, 固相线温度低, 难以进行炉中钎焊, 需 要低温钎料。Al Ge Si 系列钎料就是典型的低温钎 料。近年来, 日本研究的 Al 30Ge Si、Al 15Ge 7Si 钎 料, 可用于 6061 合金及复合材料在 550 以下钎焊。 但由于不易加工, 一般用急冷凝固制箔法直接生产 出成品。茅本隆司等通过在钎料中添加 Ge、Mg 等 元素, 制 造 了 Al Ge Si Mg 系 低 熔 点 钎 料, 用 Al 35Ge 12Si 0. 7Mg 0. 7Cu 钎焊 6061 铝合金, 接头强度 高于 290 MPa, 达母材的 90% 以上; 用 Al 35Ge 12Si 1Mg 钎焊 7003 铝合金, 接头强度高于 340 MPa, 为母 材的 85% 以上[ 11] 。低熔点钎料还有 Al Ge Si 系、Al Cu Ni Si 等, 在 Al Ge Si 三元系钎料中添加 Mg 可使 液相 线 温 度 降 低 至 477 , 再 加 上 Si 可 降 低 至 457 , 此成分的钎料钎焊 2017 铝合金, 最高抗拉强 度可达 290 MPa。典型的低熔点钎料化学成分及熔 点见表 3[ 5] 。
组织中曲卷片状的 Si 力学性能不佳, 但通过添加稀 溶剂真空钎焊 来说, 就必 须添加 Mg, 形成 Al Si Mg
土变质剂可获得较好的力学性能[ 2] 。典型 Al Si 二 三元系钎料。Mg 在钎焊初期能升华形成 Mg 蒸汽,
元系钎料的牌号有: 4343、4045、4047 等。其中 4343 钎料适用于钎焊 1060、1100、3003 铝合金母材, 4545
-
0. 15 余量 577~ 580 580~ 605
4N04 11. 0~ 13. 0 0. 8 0. 25 0. 10 1. 0~ 2. 0 0. 20
-
0. 15 余量 559~ 579 580~ 600
4104 9. 0~ 10. 5 0. 8 0. 25 0. 1 1. 0~ 2. 0 0. 20 Bi: 0. 02~ 0. 20 0. 15 余量 559~ 551 590~ 605
吸收水汽, 避免其不利影响; 其次, Mg 能活化除膜, 使得钎料能很好地润湿母材[ 4] 。常用的 Al Si Mg 系
和 4047 钎料适用于钎焊 3004、5005、6063、6951 铝合 钎料有 4N04、4104、4004 等。Al Si 和 Al Si Mg 系列
金母材[ 3] 。
典型钎料的化学成分见表 1。
1. 3 Al Si Cu 系列钎料
而难以加工成丝或者箔[ 6] 。典型的 Al Si Cu 系列钎
Cu 可以显 著的 降低 Al Si 系钎 料的 熔点。在 料如 4145, 在 Al Si 钎料中添加了 3. 3% ~ 4. 7% 的
Al Si Cu 三元相 图中 的 Al 角, 存 在 1 个 元 共晶 点 Cu, 使钎焊温度下降了近 20 , 主要用于焊接 5000
45 - 12 - 1 余量 436~ 481
35 4 3 - 1 余量 426~ 497
A l Cu Ge 系 40 4 2 - 1 余量 419~ 475
45 4 2 - 1 余量 418~ 455
1. 6 其他钎料 除了以上提到的常用铝合金钎料外, 还有很多
二元和四元铝合金钎料[ 12] : Zn Al 系合金熔 化温度 在 380 ~ 450 , 存在一共晶点含 w ( Zn) 95% , 温度 382 。Zn Al 钎料互熔度大, 钎料易向母材 晶间渗 透, 影响钎料流动, 导致流动性差。Cd Zn 共晶点含 w ( Zn) 为 17. 5% , 熔化温度 265 , 此系钎料工艺性 能和接头强度都比较好, 又易于控制, 不足在于 Cd 的毒性和较深的色泽。Sn Zn 钎料是以 Sn 为基, 含 w ( Zn) 为 8. 8% , 温度 198 , 最大的优点在于钎焊工 艺性好, 色泽 与母材 一致。Sn85Zn, Sn80Zn 是常 用 Sn Zn 钎料, 其液相点分别为 250 和 280 , 抗拉强 度可达 50 MPa, 伸长率达 75% 。Sn Pb 钎料 共晶点 含 w ( Sn) 为 61. 9% , 共晶温度 183 , 液相点范围在 183 ~ 270 , 主要用于电子工业中的钎焊 电子元 器件。
收稿日期: 2006- 11- 03; 修回日期: 2006- 12- 06 作者简介: 陆洋( 1983- ) , 男, 硕士研究生在读。
化学腐蚀, 给接头的抗腐蚀性能带来不利影响; ( 4) 钎剂一般是卤化盐, 具有强腐蚀性, 接头因
此极易在焊接后腐蚀。
1 铝合金钎料的现状
目前所使用的铝合金钎料品种较多, 主要以共 晶成分的铝合金为基础, 加工成棒材、线材、板材和 箔材, 也有用于散热器钎焊的包覆钎料板。钎料必 须满 足: 具 有合 适的 熔 点, 最 少比 母 材的 熔 点低 15 ; 具有良好的润湿性、流动性、热稳定性, 能够与 母材原子相互扩散, 形成较为牢固的焊接接头; 成分 均匀, 接头性能满足使用要求[ 1] 。铝是一种较为活 泼的元素, 还必须考虑钎料成分和母材成分的电化 学腐蚀问题、钎料的色泽问题以及镀覆性能等。
表 3 常用的 Al Ge 系列钎料
合金
化 学 成 分 /%
w( Ge) w( Cu) w( Si) w( Ni) w (Mg) w( Al)
15 - 12 - 1 余量
熔化温度 /
521~ 563
Al 1 余量
470~ 531 451~ 512
一般铝合金钎料的基本组成是 Al- Si 合金, 根 据不同母材的特点及钎焊接头性能要求, 在 Al - Si 合金的基础上, 添加一些元素, 形成了具有不同性能 的钎料。 1. 1 Al- Si 系列钎料
Al- Si 系列钎料是以 Al Si 共晶成分为基础, 其
1
综述述评
机车车辆工艺 第 1 期 2007 年 2 月
综述述评
文章编号: 1007 6034( 2007) 01 0001 04
铝合金钎焊用钎料的发展动态
陆 洋1, 王泽华1, 2
( 1. 河海大学机电工程学院, 江苏 常州 213022; 2. 河海大学材料科学与工程学院, 江苏 南京 210098)
摘 要: 介绍了常用的 Al Si 系钎料、Al Si Mg 系钎料、Al Si Cu 系钎料、Al Si Zn 系钎料和低 熔点 Al Ge Si 系钎料的特点和应用对象, 指出了研究开发以 Al Si 系钎料为基础的低熔点高强度钎料、自钎 剂铝钎料以及钎料快速凝固制造技术是当前铝合 金钎料的发展方向。 关键词: 铝合金; 钎焊; 钎料 中图分类号: TG421 文献标识码: A
1. 2 Al Si Mg 系列钎料
Al- Si 系列的钎料主要用于溶剂钎焊, 对于非
表 1 常用 Al Si Mg 钎料的化学成分和工艺性能[5]
化
学
成
分
/%
合金牌号
w ( Si)
w ( Fe) w ( Cu) w ( M n) w ( Mg)
w ( Zn)
熔化温度 钎焊温度
其他
Al
/
/
4343
6. 8~ 8. 2 0. 8 0. 25 0. 10