適用于鋁鋼釬焊的釬劑的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于非金屬材料類的釬焊材料領域，具體涉及一種可釬焊鋁-鋼、鋁-銅及鋁-鋁的含有氟化鋅活性劑的銫銣釬劑。
【背景技術】
[0002]航空航天、汽車、軌道交通、家電等行業的快速發展，鋁-鋁結構大量采用。與此同時，銅與鋁合金、鋼與鋁合金的復合結構的應用需求越來越多，鋁-銅、鋁-鋼金屬復合材料的結構已經在軌道交通、汽車、家電等領域得到了廣泛的應用。但是，鋁-鋼、鋁-銅異種金屬材料的焊接“連接”問題，仍然存在許多尚未完全解決的難題。
[0003]本申請人進行了文獻檢索，在已公開的中國專利文獻中，如CN201310445105.3推薦的“一種不銹鋼與鋁釬焊用的新型釬劑”，其組成成分包括:四氟鋁酸鉀+六氟鋁酸鉀(KA1F4+K3A1F6)共晶體、氟化鋅(ZnF2)、氟化銅(CuF2)、氟化錫(SnF4)。這種釬劑雖然通過添加氟化鋅(氟化鋅(ZnF2)加入量為0.6~1.8%)、氟化銅和氟化錫對1^1?4+1(3八1?6進行改性，從而達到能夠釬焊不銹鋼與鋁，但是其說明書等技術文件中并未給出該釬劑所“匹配”的釬料以及釬焊接頭的力學性能(比如抗拉強度或抗剪強度)。此外，其說明書等技術文件中也未提及是否能夠釬焊鋁-銅異種材料，因此其存在許多有待改進之處，特別是氟化鋅(ZnF2)加入量為0.6?1.8%，其焊后殘渣具有一定的腐蝕性，破壞了KA1F4+K3A1F6這類無腐蝕性釬劑的原有特征;CN201410076059.9公開了一種“可釬焊鋁鋼及鋁銅的含銫銣的釬劑”，其特征是按摩爾數配比:0.01摩爾(即mol，下同)?0.56摩爾的氟化銣(RbF)，0.15摩爾?0.58摩爾的氟化銫(CsF)，0.001摩爾?0.25摩爾的氫氧化鋁(Al(OH)3),0.001摩爾?0.2摩爾的氟化鉀(KF)，0.002摩爾?0.05摩爾的氟化鎵(GaF3), 0.001摩爾?0.025摩爾的氟化鋰(LiF)，0.001摩爾?0.025摩爾的氟化硼(BF3),余量為氟化鋁(A1F3)。其中GaF3與LiF、BF3之間的摩爾比為GaF3: LiF: BF3 = 2:1:1。但是其配方過于復雜，生產時品質控制非常困難，仍有待改進。
[0004]CN201410752345.2公開了一種含氧化鎵的銫銣釬劑，其特征在于按摩爾數以一摩爾計配比是:0.12摩爾?0.5摩爾的氟化銣(RbF)，0.12摩爾?0.5摩爾的氟化銫(CsF)，0.001摩爾?0.2摩爾的氧化鋁(Al2O3),0.001摩爾?0.02摩爾的氟化鉀(KF)，0.0001摩爾?0.02摩爾的氧化鎵(Ga2O3), 0.159摩爾?0.479的氟化鋁(A1F3)。該發明雖然能夠能同時滿足“鋁-銅”、“招-鋼”以及“招-招”釬焊要求且具有高活性，但是，其氟化銣(RbF)含量高達0.12摩爾?0.5摩爾，價格昂貴，無法滿足激烈競爭的制造業對消耗材料“質優價廉”的需要。
[0005]已有研究表明，鋁合金表面的氧化物主要為Al203、Mg0、Mn0、Cu0、Si02等，鋼表面的氧化物主要為?60、？6203、祖0、0203等，銅合金表面的氧化物主要為(3110、(]1120、2110等等，只采用一種釬劑同時除去鋁合金、鋼、銅合金表面的氧化物是很困難的。文獻表明，近年來研發出的CsA1F4、KCsA1F4以及CsF-RbF-AlF3釬劑能夠很好地、同時去除鋁合金與銅合金表面的氧化物，從而解決了鋁-銅異種材料的釬焊問題，但是，同時去除鋁合金與鋼(或不銹鋼)表面氧化物的效果仍然不理想;CN201310445105.3推薦的“一種不銹鋼與鋁釬焊用的新型釬劑”能解決鋁-鋼異種材料的釬焊，但是卻不能釬焊鋁-銅異種材料;CN201410076059.9公開了一種“可釬焊鋁鋼及鋁銅的含銫銣的釬劑”，但是其配方過于復雜，生產時品質控制非常困難<吧01410752345.2公開了一種含氧化鎵的銫銣釬劑，其氟化銣(1^?)含量高達0.12摩爾?0.5摩爾，價格昂貴，大批量使用時成本太高。因此，研發一種配方相對簡單、價格低廉、可適用于“鋁-銅”、“鋁-鋼”以及“鋁-鋁”釬焊的釬劑顯得尤為迫切，本項發明“一種適用于鋁鋼釬焊的釬劑”，即是在這種技術背景下完成的。
【發明內容】
[0006]本項發明的目的是提供一種能同時滿足鋁-鋼、鋁-銅釬焊且能兼顧“鋁-鋁”結構的釬焊要求并具有“高活性”、“低成本”的新型釬劑。
[0007]一種適用于鋁鋼釬焊的釬劑，屬于非金屬材料類的釬焊材料領域。其特征在于按質量百分數(Wt.%)計，化學成份是:0.001?0.01%的氟化銣(RbF) ,11.0?45.0%的氟化銫(CsF)，0.01?2.0%的氧化鋁(Al2O3)，0.01?5.0%的氟化鉀(KF)，0.001?0.04%的氟化鋅(ZnF2),余量為氟化鋁(A1F3)。本發明能同時滿足鋁-鋼、鋁-銅釬焊以及鋁-鋁釬焊要求且具有高活性、較低的成本。
[0008]本發明能同時滿足鋁-鋼、鋁-銅釬焊以及鋁-鋁釬焊要求且具有高活性、相對較低的價格，在5052鋁合金、Q235鋼上的鋪展性能(鋪展面積)優于等于已有的適用于鋁-鋼、鋁_銅釬焊的發明專利所給出的釬劑的鋪展性能。
[0009 ] 本發明使用市售的氟化銣(RbF )、氟化銫(CsF )、氧化鋁(Al 203)、氟化鉀(KF )、氟化鋅(ZnF2)、氟化鋁(AlF3)，按照本發明所示配比，經過簡單的化學合成方法或機械混合方法，即可得到所需要的產品。
[0010]本發明的任務是這樣來完成的。
[0011]將上述各組分化合物按配比采用機械混合方式充分混合均勻即得到所需產品。或者采用簡單化學合成方式，即先用適量純凈自來水(或蒸餾水、去離子水)在不銹鋼容器中溶解上述化合物(必要時可適當加熱)至透明液體，然后繼續加熱，將水完全蒸發至結晶，粉碎后即得到所需產品。
[0012]釬劑的制備還可以采用其它任意合成方法進行。只要滿足本發明的成分配比，SP可達到本發明的技術效果。比如:按照本發明的配比要求，按照無機化學的“化學合成”基本原理，采用Cs2CO3、Rb2C03、K2C03與氫氟酸(S卩HF)反應，制備CsF、RbF、KF ；然后采用Al2O3與氫氟酸(即HF)反應制備A1F3(添加的Al2O3與氫氟酸完全反應并全部生成AlF3);在適當的容器內(比如，氫氟酸需要用聚四氟乙烯塑料容器)，混合、中和(需要的話)、加熱，將水完全蒸發至結晶，再加入Al203、ZnF2并混合均勻，粉碎后即制備得到本發明的釬劑。除了合成工藝不同、步驟不同外，制備出的釬劑性能與機械混合方式或者簡單化學合成方式制備得到的釬劑性能完全一樣。
[0013]此外，圖5所列“釬縫抗剪強度試驗數據”中，“Q235鋼板+5052鋁合金板”、“T2紫銅+6063鋁合金板”兩種不同材料組合釬焊時，實施例1至實施例6與對比例I至對比例3的試驗結果數值，均在130MPa?145MPa的“同一水平范圍”，說明合成方法對本發明釬劑的釬焊性能沒有實質性影響。
[0014]本發明提供的技術方案相對于已有的技術，最顯著的特點是在現有文獻報道的CsAlFM 也可表述為 CsF-AlF3)、KCsA1F4(也可表述為 KF-CsF-AlF3)釬劑以及 CsF-RbF-AlF3 基礎上，添加了氟化鋅(ZnF2)并大大降低了氟化銣(RbF)的使用量。氟化鋅的添加，在具備了CsAlF4、KCsAlF4、CsF-RbF-AlF3 以及 Ga2O3-CsF-RbF-AlF3 釬劑能夠釬焊鋁-鋼、鋁-銅、鋁-鋁的能力的基礎上，還具有了更為優異的去除鋁合金、鋼表面的Fe0、Fe203、Ni0、Cr203等氧化物的能力，并且具有價格更為低廉的特點。
[0015]本發明“一種適用于鋁鋼釬焊的釬劑”制備工藝簡單，質量可控，性能穩定，質優價廉。生產出的適用于鋁鋼釬焊的釬劑，配合Ζη_15Α1釬料，采用火焰釬焊、爐中釬焊以及感應釬焊等加熱方式釬焊鋁-鋁同種金屬材料、鋁-銅異種材料、鋁-鋼異種材料以及鋁-鋁合金材料時，釬料在母材上具有優良的潤濕、鋪展性能和滲透性能，釬縫強度可達130MPa?145MPa。可滿足空調、冰箱整機行業、制冷配件行業、以及軌道交通、能源工業等行業低成本、高可靠性綠色制造的需要。
[0016]由于采用本發明的釬劑，釬焊鋁及鋁合金非常容易，換句話說，能釬焊鋁-銅、鋁_鋼的釬劑一般都能釬焊鋁-鋁，所以，圖5所附試驗數據沒有再列出鋁-鋁釬焊接頭的釬縫抗剪強度試驗數據。
【附圖說明】
[0017]圖1、Ζη85-Α115釬料(與Zn-15A1的表述為同一成分釬料，S卩Zn的質量百分數為85%，A1的質量百分數為15%，本說明書均為此成分;釬劑成分除了氟化鋅外，其他成分與實施例I相同，即0.01%的氟化銣，11.0%的氟化銫，0.01%的氧化鋁，5.0%的氟化鉀，余量為氟化鋁(AlF3))在5052鋁合金母材上，隨著氟化鋅含量變化的鋪展面積曲線。
[0018]圖2、Zn85-A115釬料(與Zn-15A1的表述為同一成分釬料;釬劑成分與圖1相同)在Q235鋼母材上，隨著氟化鋅含量變化的鋪展面積曲線。
[0019]圖3本發明的實施例2配方ZnF2-CsF-RbF-AlF3釬劑(業內通用表述方式。由于ZnF2、CsF、RbF、AlF3為特征化合物，所以其他化合物一般不特別標示出。本說明書均為此含義)在5052鋁合金試板上在500°C反應3分鐘的反應殘渣的XRD分析結果。
[0020]圖4本發明的實施例2配方ZnF2-CsF-RbF-AlF3釬劑在Q235鋼試板上在500°C反應3分鐘的反應殘渣的XRD分析結果。
[0021 ]圖5、釬縫抗剪強度試驗數據。
【具體實施方式】
[0022]與以往研究相比，本發明的創造性在于:
(I)發現了氟化鋅(ZnF2)具有“反應潤濕”作用。這種反應潤濕作用可進一步提高CsF-RbF-AlF3釬劑的“去膜能力”，在5052鋁合金、Q235鋼上的潤濕鋪展性能更加優于已有的同類釬劑。
[0023]CN201410752345.2公開的一種含氧化鎵的銫銣釬劑，是利用Ga2O3的集膚效應，使得Ga2O3能夠“快速”流動，進而促進CsF-RbF-AlF3釬劑的流動，提高了釬料的鋪展能力和鋪展面積。但是，通過實驗發現，在本發明中，ZnF2的作用機制完全不同于Ga2O3的作用機制。ZnF2在釬焊加熱時，會發生如下反應:
ZnF2 = Zn|+2F^(I) + AI2O3 ~> AIF3+O卜(2)
+ Fe2C>3 —> FeF3+0卜(3)
反應生成的F——會分別與鋁合金、鋼表面的氧化物發生反應，從而“增強” CsF-RbF-AlF3的去膜效果;反應析出的Zn原子則會與鋁合金表面的鋁原子、鋼表面的Fe原子發生反應，并會發生在鋁合金、鋼表面的潤濕、鋪展作用(參見:張啟運，劉淑祺，藍鐵，傅玉川.鋁釬焊過程中釬劑的界面活性行為，金屬學報，1989，25(4):B277?281.)。但是，與上述文獻試驗結果有差別的是:本發明中添加的ZnF2過多時，對釬劑在鋁、銅、鋼表