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钎焊金属预制件以及工艺介绍

发布人:管理员 发布时间:2022-11-28

在当今的工业中,为了降低成本和提高产品质量,对生产过程自动化的需求不断提高。特别是在汽车行业,自动化制造的程度迅速提高。在钎焊技术中,另一个值得注意的趋势是,越来越多的钎焊接头受到高温、热气体、热气体腐蚀或高腐蚀性介质的影响。受这些趋势影响的物体示例是不同类型的工业,船舶或汽车部件。一个典型的应用领域是内燃机,其中废气排放法规EU6对汽车应用的热交换器和用于其生产的钎焊材料的性能有影响。

对于这些应用领域,传统的铜基钎焊材料,其通过冲压铜或铜合金板形成,其性能不足以承受高温、腐蚀性和机械负载环境。适合这些应用的钎焊合金通常基于铁、铁铬、镍或钴。

与由具有足够高的完整性和强度以在自动钎焊生产线中处理的冲压铜合金制成的钎焊预制件相比,铁、铁铬、镍或钴基钎焊合金不容易以具有所需形状的金属板的形式提供。

钎焊预制件以前在各种应用中是已知的。该应用揭示了一种用于钎焊的预成型元件的成型方法,该预制件包含助焊剂粉末、钎焊合金粉末和有机粘合剂。通过所述方法获得的预成型元件据说具有任何几何形状,可用于任何火焰,感应,电阻或炉焊接过程,通过这些过程熔化焊接材料(钎焊合金)以将黑色金属或有色金属部件(管道等的连接)连接在一起。如前所述,铁基、铁铬、镍基或钴基钎焊材料很难以铸造金属或薄板的形式获得,因为很容易形成硬相和脆相。这种材料通常通过熔融金属流的雾化制成,优选通过气体雾化,产生或多或少的细球形粉末。水雾化会产生更不规则的粉末形状,在通过压实粉末形成零件时会更有益。然而,在生产钎焊粉末时不能使用水雾化,因为该方法产生的粉末的氧含量比气体雾化高约10倍。由气体雾化产生的钎焊粉末材料可以很容易地转化为钎焊膏,然而,在自动钎焊生产线中处理时有一些缺点。优选的形状是通过压实或多或少的球形粉末制成的刚性预制件;

然而,直到现在还不可能获得这种具有足够强度的预制件,因为粉末的硬度和形状不合适。

总结
 本文提供上述问题的解决方案,并提供了一种生产钎焊预制件的方法,包括提供铁、铁和铬、镍或钴基球形钎焊粉的步骤。将钎焊粉转化为适合压实成所需预制件的团聚粗粉,并将预制件从压实模具中弹出,预制件具有足够的完整性和强度,可以在自动钎焊生产线中处理它们。可选地,从压实模具中弹出后,如果需要更高的强度,可以对预制件进行热处理或进行烧结工艺。本文还提供了预制棒本身和利用所述钎焊预制棒的钎焊工艺。
详细说明

本文中使用的粉末是铁、铁和铬镍或钴基钎焊粉末,即含有铁、铁和铬、镍或钴作为主要成分的粉末,与其他合适的连接元素合金化,赋予钎焊金属所需的机械性能和耐腐蚀性,熔点抑制剂和元素为熔化的钎焊材料提供所需的流动性。其它合适的合金元素的例子是铬、钼、锰、钴、钒、铌、碳。典型的熔点抑制剂也可以作为所需的合金元素,并且在钎焊过程中具有所需的流动性的元素是碳、磷、硅、硼、锰和硫。

当使用中经受已知铜或铜合金钎焊材料不足的温度时,即在高于300°C或400°C的温度下,这种粉末适用于钎焊部件。 2-20重量%的铜、2-6重量%的硅、4-8重量%的磷、0-10重量的锰和至少20重量%的铁,还含有低于2重量%的不可避免的杂质。本发明的实施方式包括镍基钎焊粉末与6-8重量%的铬、2.75-3.5重量%的硼、4-5重量%的硅以及还含有低于2重量%的不可避免的杂质。

镍基钎焊粉的其它实例是与18.5-19.5重量%的铬、9.75-10.50重量的合金,并且还含有低于2重量%的不可避免的杂质。

镍基钎焊粉的其它实例与13-15重量%的铬,9.7-10.5重量%的磷合金化,并且还含有低于2重量%的不可避免的杂质。

镍基钎焊粉的其它实例是与27.5-31.5重量%的铬,5.6-6.4重量%的磷,3.8-4.2重量%的硅以及进一步含有低于2重量%的不可避免的杂质。

本文的实施方式包括钴基钎料粉末与18-20重量%的铬、0.7-0.9重量%的硼、7.5-8.5重量%的硅、3.5-4.5重量%的钨、0.35-0.45重量%的碳、高达1重量%的铁以及还含有低于2重量%的不可避免的杂质。实施方式包括如上所述的合金粉末之间的混合物,以及如上所述的合金粉末与不锈钢粉末316L、铜粉、青铜粉或钼粉之间的混合物。所用的粉末的粒径在355μm以下。(在本申请的上下文中,“粒径以下”是指98%重量的粒径低于该值。

在一个实施方案中,粉末的粒径低于212μm。

在又一个实施方案中,粉末的粒径低于150μm。

在又一个实施方案中,粉末的粒径低于150μm,平均粒径在70-120μm之间。

在另一个实施方案中,粉末的粒径低于150μm并且具有70-120μm之间的平均粒径。

在另一个实施方案中,粉末的粒径低于106μm并且具有40-70μm之间的平均粒径。

根据本文的另一个实施方案,所述粒径典型低于63μm,其平均粒径在20-50μm之间。通过符合 SS-EN 24497 的标准筛分分析或根据 SS-ISO 13320-1 的激光衍射测量的粒度分布。颗粒的形状或多或少是球形或圆形的。用光学显微镜辅助徕卡QWin软件进行图像分析的圆度通常小于公式计算的2;圆度=周长 2 /4Π*面积*1.064,(1.064 为校正因子)。圆度的值 1 对应于一个完美的圆,而无限值对应于一条线。

优选的铁铬基粉末是与11-35重量%的铬、0-30重量%的镍、2-20重量%的铜、2-6重量%的硅、4-8重量%的磷、0-10重量%的锰和至少20重量%的铁合金,并且还含有低于2重量%的不可避免的杂质。粒径分布典型地低于63μm,平均粒径在20-50μm之间。

优选的镍基粉末与27.5-31.5重量%的铬、5.6-6.4重量%的磷、3.8-4.2重量%的硅以及进一步含有低于2重量%的不可避免的杂质。粒径分布典型地低于63μm,平均粒径在20-50μm之间。

为了获得足够的粉末性能,即流动和表观密度,使粉末能够以足够的填充率均匀地填充在模腔中,并有效地掺入合适的粘合剂以赋予钎焊预制棒的完整性和强度,在团聚过程之前添加附聚粘合剂。

任何合适的水溶性粘合剂都可以在添加0.1-5%、优选0.5-3%、最优选0.5-2重量%的总粉末和粘合剂混合物时使用。合适的水溶性粘合剂的实例是聚乙烯醇、分子量在1 500和35 000之间的聚乙二醇、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、丙烯酸酯或明胶。优选的水溶性粘合剂是聚乙烯醇。此外,可以加入非水溶性粘合剂,例如聚酰胺、聚酰胺低聚物或聚乙烯。水溶性粘合剂和非水溶性粘合剂的总量在0.1-5%之间,优选在0.5-3%之间,最优选在粉末和粘合剂混合物的总重量%之间。团聚过程可以是喷雾或冷冻团聚过程。

优选的团聚过程是冷冻团聚过程。所得附聚物的附聚物尺寸应小于1毫米。在一个实施方案中,附聚物的尺寸低于500μm。

在另一个实施方案中,附聚物的尺寸低于500μm,中值粒径在50-180μm之间,优选在75-150μm之间。

附聚体的形状或多或少是球形的。任选地,非水溶性粘合剂可以在压实之前添加到附聚粉末中。在这种情况下,水溶性粘合剂和非水溶性粘合剂的总量也将在前面提到的间隔内。将团聚粉末填充在合适的模具中并在高于300MPa的压实压力下压实成钎焊材料预制件,优选在400MPa和1000MPa之间,密度至少为3.5 g/cm 3,优选至少4 g/cm 3,更优选至少4.5 g/cm 3 或甚至更优选至少5.0 g/cm 3。压实压力机可以是任何 unixail 机械、液压或电动压实机。喷射出的绿色钎焊金属预制件可任选地进行热处理或烧结工艺。

优选的热处理工艺包括将预制件加热到高于软化点但低于有机粘合剂分解温度的温度的步骤。对于聚酰胺或酰胺低聚物,温度在200°C至350°C之间,优选在225°C至300°C之间。对于聚乙烯醇,首选的温度区间为125°C和200°C。

优选的烧结工艺包括在真空或氮气等保护气氛中将瓶坯加热至低于材料液相线温度的温度的步骤。

应选择钎焊金属预制件的重量,以便为要钎焊的部件提供足够的钎焊金属以及形状和强度,从而实现自动处理。根据SS-EN 23 995中描述的方法,生坯强度应至少为0.5MPa,优选至少1MPa,最优选至少2MPa。对于适合使用环形预制棒的钎焊部件,半径(厘米)与重量(克)之比最好使重量高于半径的0.48*,以获得足够的预制棒强度。

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