新型中温铝钎焊丝

摘要

一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，属于金属材料类的焊接材料。其化学成分按质量百分数是：0.001％～1.5％的Sr，0.001％～6.5％的Ag，0.01％～7.0％的Si，0.001％～0.1％的Li，35.0％～95.0％的Zn，余量为Al。使用市售的锌锭、铝锭、银锭、金属Li、工业硅、铝锶合金，采用常规冶炼方式按设计成分配比，冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”或采用“惰性气体”保护冶炼、浇铸，可得到棒材。通过挤压、拉拔，即得到丝材，加入钎焊剂，可制成“药芯焊丝”。本发明产品可配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，用于铝-铝结构件以及铜-铝结构件的(钎)焊接。

权利要求

1.一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，属于金属材料类的焊接材料，其化学成分按质量百分数是：0.001％～1.5％的Sr，0.001％～6.5％的Ag，0.01％～7.0％的Si，

0.001％～0.1％的Li，35.0％～95.0％的Zn，余量为Al；

冶炼时加入的工业硅，必须满足GB/T2881-2008《工业硅》中的一级或特级品，以保证工业硅中带入的Fe、Ca杂质的量不影响所述钎焊丝的性能，且粒度为10目～60目。

说明书

新型中温铝钎焊丝

一、技术领域

[0001] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，用于铝-铝或铝-铜的(钎)焊接，属于金属材料类的焊接材料。二、背景技术

[0002] 目前，在五金行业、家电行业、制冷行业，由于铜的使用量巨大，电解铜价格的上扬，使得家电行业电冰箱、空调器行业零部件、整机制造厂商“以铝代铜”的需求随着、家电行业“产能过剩”的加剧和“产品价格战”的不断升级，越来越迫切；而在中小变压器行业，“以铝代铜”也已经付诸实施。此外，在汽车行业，采用含镁的高强铝合金，制造全铝结构零部件，以替代铜质结构，也是全世界制造业内的“热点”之一，但是，含镁的高强铝合金的焊接难题越来越多，“迫切”需要研发新的焊接材料去解决。

[0003] 由于铝的热交换效果与铜非常接近，铝材强度等加工性能也有了很大的改进，所以铝替代铜已经成为了可能，铝在空调管中的使用首先在空调内外机的连接管上实现，铜-铝-铜复合结构空调器连接管，在国内空调器行业中第一次实现制冷管路系统零部件的铝代铜。铜铝组合式空调器连机管铝管部分表面经过防腐处理后，既达到了铜制空调连机管的质量，又提高了抗弯性、减轻了产品重量、并大幅度的降低了产品价格。

[0004] 近年来，在国内外汽车空调、汽车散热器的发展过程中，许多成功的经验、失败的教训，对高强度铝合金焊接的困难和需求，已经引起了相关领域技术人员与企业家的重视。汽车空调系统运行条件远比家用空调恶劣，在汽车空调中，高效紧凑的换热器(平行流式，层叠式)的采用；汽车空调系统中从压缩机、换热器、阀体到管路基本上全部采用铝材，这就要求铝合金强度足够高，重量亦轻，耐腐蚀性能好，因此，为满足上述要求而研发、采用的新型铝合金的焊接问题，同时也成了制约新型铝合金材料、新型铝合金结构应用的“关键技术”之一，本项发明的目的，就是试图从采用新型焊接材料的角度，寻找解决上述焊接“关键技术”的途径。

[0005] 虽然近几年，韩国、美国、德国相继研发出了“铜-铝、铝-铝钎焊用药芯焊丝”并进入了中国市场，但是并未受到用户的普遍欢迎，其中的原因，一方面除了价格昂贵之外，主要是技术上仍有许多不足之处。其中，主要缺点是1)钎料熔点偏低(一般只有380℃～420℃)；2)润湿性、渗透性较差。

[0006] 针对上述不足，研究发现，在Zn-Al合金中，加入微量的Ag、Si、Li既可以显著提高Zn-Al合金的熔点、又可以显著改善Zn-Al合金的在高强度铝合金表面的润湿性、渗透性。此外还可以提高Zn-Al合金钎(焊)缝的力学性能，特别是在钎焊铜-铝合金时，在铜-铝合金上的润湿性、渗透性较以Zn-Al合金为主要成分的药芯焊丝有显著的改善。因此，本项发明的实现，既可以适用于铝-铝结构件的焊接，又可以用于铜-铝结构的焊接，从而满足我国家电行业、制冷行业以及其它相关行业新产品、新结构对焊接技术的需要。
三、发明内容

[0007] 本项发明的目的是提供一种钎焊合金的熔点在480℃-500℃左右、在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能良好，既可以适用于铝-铝结构件的焊接，又可以用于铜-铝结构的焊接的新型中温(500℃左右)铝钎焊料。

[0008] 为此，本项发明的一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，属于金属材料类的焊接材料。其化学成分按质量百分数是：0.001％～1.5％的Sr，0.001％～6.5％的Ag，0.01％～7.0％的Si，0.001％～0.1％的Li，35.0％～95.0％的Zn，余量为Al的新型中温铝钎焊丝，即满足了上述要求。

[0009] 本发明的“新型中温铝钎焊丝”，采用市售的锌锭、铝锭、银锭、金属Li、工业硅、铝锶合金，采用常规冶炼方式，按设计成分配比，冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”或采用“惰性气体”保护进行冶炼、浇铸，可得到棒材。通过挤压、拉拔，即得到丝材，也可加入钎焊剂，制成“药芯焊丝”。本发明产品的熔点在480℃-500℃左右，可配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，用于铝-铝结构件以及铜-铝结构件的(钎)焊接。

[0010] 为了达到改进现有Zn-Al合金钎料熔点偏低(一般只有380℃～420℃)、润湿性、渗透性较差的不足，经过大量“筛选试验”，最后确定了加入微量的Ag、Si、Li用以提高Zn-Al合金的熔点、同时又起到改善Zn-Al合金的在高强度铝合金表面的润湿性、渗透性的目的，同时还可以提高Zn-Al合金钎(焊)缝的力学性能，特别是达到在钎焊铜-铝合金时，在铜-铝合金上的润湿性、渗透性较以Zn-Al合金为主要成分的药芯焊丝有显著的改善的目的。经过“成分优化”和试验分析，确定了“新型中温铝钎焊丝”成分按本权利要求书的质量百分数配比。四、附图说明

[0011] 图1：Zn-Al合金的金相显微组织(含95.0％Zn、余量为Al的铝钎焊丝钎(焊)缝显微组织(400×))。

[0012] 图2：含0.03％Sr，3.0％Ag，1.5％Si，0.02％Li，75.0％Zn，余量为Al的铝钎焊丝钎(焊)缝显微组织(400×)。与含95.0％Zn、余量为Al的铝钎焊丝钎(焊)缝显微组织相比，“新型中温铝钎焊丝”钎(焊)缝显微组织晶粒明显细化。五、具体实施方案

[0013] 本项发明主要解决了以下关键性问题：

[0014] 1)添加微量合金元素Ag、Si、Li用以提高Zn-Al合金的熔点。由于国内外相继研发出的“铜-铝、铝-铝钎焊用药芯焊丝”其熔点一般均在380℃～420℃，个别的熔点可以达到450℃～460℃，但是，与市售的CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂相比，仍然偏低。文献资料表明，市售CsF-AlF3钎剂的熔化温度不低于480℃，KF-AlF3钎剂熔化温度不低于577℃。从钎焊的基本原理上考虑，分别选用CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂时，相应钎料的熔化温度应该分别在≥480℃、≥577℃最合适。本发明通过调节Zn、Al以及Ag、Si、Li的含量，可以使“新型中温铝钎焊丝”的熔点分别达到500℃、600℃，以使“新型中温铝钎焊丝”分别与CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂达到“最佳匹配”的效果。

[0015] 2)经过10组约150个合金配方试验研究发现，加入微量的Ag、Si、Li在提高Zn-Al合金的熔点的同时，还具有改善Zn-Al合金的在高强度铝合金表面以及铜-铝结构件上的润湿性、渗透性的作用，特别是在将本发明的“新型中温铝钎焊丝”配合CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，分别在500℃、600℃焊接铜-铝结构件时，Ag、Si、Li元素的加入对改善“新型中温铝钎焊丝”在铜-铝间的渗透性能非常显著。但是，Ag、Si、Li的加入量必须严格控制，Ag、Li的最低量可以低至0.001％，但是最高量分别为6.5％、0.1％。而Si的最低量却只能低至0.01％，但是最高量不能超过7.0％。

[0016] 3)试验发现，“新型中温铝钎焊丝”在优化的成分范围内，加工性能较差，特别是在“拉拔”过程中容易出现“断丝”现象。因此，经过试验发现，加入一定量的Sr元素，可以减少甚至避免“断丝”现象的发生。试验发现，Sr的加入量应该控制在0.001％～1.5％的范围最佳。

[0017] 与以往研究相比，本发明的创造性在于：

[0018] 一、研究发现并证明了Ag、Si、Li元素共同作用不仅可以提高Zn-Al合金的熔点，而且还可以改善“新型中温铝钎焊丝”在高强度铝合金表面以及铜-铝结构件上的润湿性、渗透性的作用。同时针对添加元素Ag、Si、Li所导致的Zn-Al合金显微组织的细化问题进行了深入、细致的研究，从而得到了一种新型的、具有优良性能的“新型中温铝钎焊丝”，为满足高强度铝合金、铜-铝结构件焊接的需要提供了一种新型的中温焊接材料。

[0019] 需要特别指出的是，研究发现：冶炼时加入的“工业硅”，必须满足GB/T2881-2008《工业硅》中的“一级或特级”品，以保证工业硅中带入的Fe、Ca杂质的量不影响本发明“新型中温铝钎焊丝”的性能。粒度应该在10目～60目范围，以保证加入时Si被氧化成SiO2的量尽可能少，从而保证本发明“新型中温铝钎焊丝”的性能。

[0020] 二、钎(焊)缝的抗拉强度由(三组数据平均计算)60MPa提高到95Mpa；钎(焊)缝弯曲试验，试件弯曲度达180°后无裂纹；钎(焊)缝在水压试验中最大承受压力可达到21MPa(在铝管部位开裂)。通过对显微组织观察，发现加入了Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al合金钎(焊)缝显微组织明显细化(参见图1和图2)。由《金属学》“细晶强化”的知识可知，Sr、Ag、Si、Li加入到Zn-Al合金中后，钎(焊)缝力学性能提高的原因是显微组织明显细化的缘故。

[0021] 根据本发明的“新型中温铝钎焊丝”的质量配方比，叙述本发明的具体实施方式。

[0022] 实施例一

[0023] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.001％的Sr，3.5％的Ag，2.0％的Si，0.1％的Li，75.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0024] 实施例二

[0025] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.01％的Sr，6.5％的Ag，3.0％的Si，0.001％的Li，65.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0026] 实施例三

[0027] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：1.5％的Sr，0.001％的Ag，7.0％的Si，0.1％的Li，55.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0028] 实施例四

[0029] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.5％的Sr，0.1％的Ag，0.01％的Si，0.1％的Li，95.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0030] 实施例五

[0031] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：1.2％的Sr，5.0％的Ag，5.5％的Si，0.1％的Li，35.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0032] 实施例六

[0033] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：1.0％的Sr，6.0％的Ag，5.5％的Si，0.1％的Li，45.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0034] 实施例七

[0035] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.3％的Sr，4.0％的Ag，2.5％的Si，0.01％的Li，85.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0036] 实施例八

[0037] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.8％的Sr，2.0％的Ag，2.2％的Si，0.03％的Li，70.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0038] 实施例九

[0039] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.05％的Sr，0.01％的Ag，2.2％的Si，0.03％的Li，74.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0040] 实施例十

[0041] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.05％的Sr，0.001％的Ag，0.02％的Si，0.01％的Li，64.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0042] 实施例十一

[0043] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：1.5％的Sr，0.1％的Ag，3.0％的Si，0.01％的Li，60.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0044] 实施例十二

[0045] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.2％的Sr，0.1％的Ag，3.0％的Si，0.01％的Li，88.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0046] 实施例十三

[0047] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.2％的Sr，0.1％的Ag，2.0％的Si，0.01％的Li，83.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0048] 实施例十四

[0049] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.1％的Sr，0.01％的Ag，0.01％的Si，0.001％的Li，84.0％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。

[0050] 实施例十五

[0051] 一种含Sr、Ag、Si、Li的Zn-Al钎焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.1％的Sr，0.01％的Ag，0.01％的Si，0.001％的Li，74.5％的Zn，余量为Al。上述成分配比得到的“新型中温铝钎焊丝”，配合市售CsF-AlF3钎剂或KF-AlF3钎剂，在高强度铝合金表面以及在铜-铝合金上润湿性、渗透性优良、钎(焊)缝的力学性能优良。