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真空钎焊与钎焊材料

发布人:管理员 发布时间:2022-12-14


不同钢种材料或铁基合金材料的物体通常通过钎焊或用镍基或铜基钎焊材料进行钎焊。下文使用术语钎焊,但应理解该术语还包括焊接。钎焊是一种连接金属部件的过程,但钎焊也可用于密封物体或涂层物体。钎焊温度低于基材的原始固相线温度。在材料钎焊过程中,钎焊材料在热处理过程中完全或部分熔化。

 传统的铁基材料的钎焊是通过镍基或铜基钎焊材料进行的,并且这些钎焊材料会引起腐蚀,例如由于电极电位的差异。当钎焊物体暴露在化学腐蚀性环境中时,腐蚀问题会加剧。由于法规的原因,镍基或铜基钎焊材料的使用在许多食品应用中也可能受到限制。

一个问题是涂层或钎焊材料的熔融温度范围。在选择钎焊材料或涂层材料时,考虑因素基于合金和基材的固相线或液相线温度。最近,铁基钎焊材料已被开发用于传统不锈钢的钎焊对象。这些铁基钎焊材料功能良好,但是当钎焊温度范围很宽时,所获得的产品就有发生缺陷的风险。干净的元素具有尖锐的熔点,但合金在每个定义的合金中都包含许多不同的元素,因此通常具有较宽的熔化间隔。

在开发钎焊材料时存在许多重要的性能。其中之一是钎焊温度。高钎焊温度通常与高机械强度或其他对钎焊接头很重要的特性有关,但它也有一些缺点。高温可能会降低基材的性能,例如晶粒生长、材料中相的形成、通过元素从填料扩散到基材而从钎焊填料到基材的大量冲击以及基材性能的其他变化。高温也可能增加基材侵蚀的风险。成本也与高温有关,因为需要更多的能量输入和更昂贵的熔炉。高温也使炉子磨损更大,这增加了成本。开发铁基钎焊材料的正常方法是使用Si和/或B作为熔点抑制剂。硼对熔点有相当大的影响,但也有很多缺点,如容易形成硼化铬。因此,不要使用过多的硼非常重要。硼化铬的形成减少了基材中铬的含量,从而降低了基材的耐腐蚀性和其他性能。因此,当铬是合金的元素之一时,通常没有或非常少量的硼是最佳选择。硅也用于降低熔点;然而,硅本身作为熔点抑制剂,与例如B相比没有那么大的影响。因此,如果单独使用硅作为熔点降低,则必须使用相当大量的硅。硅也可能形成自杀,为什么大量硅可能会导致问题。一种可用作熔点抑制剂的元素是磷。如果只有钎焊温度很重要,磷可能是一个不错的选择,因为它对熔点有很大的影响。然而,含有大量磷的钎焊接头通常非常脆弱,因此强度相当低。磷光体还可以形成磷化物,例如磷化铁,这些磷化物很脆弱,会降低钎焊填料和基材的强度。令人惊讶的是,当与包含Si和P的新型混合物进行合金化时,发现了一种新型的铁基钎焊填料,其熔化间隔低,没有Si和P添加剂的负面影响或非常低。该合金还具有另一个令人惊讶的积极特性 - 熔化间隔窄,这在钎焊时非常积极。原因是希望钎焊填料中的所有元素几乎同时熔化。另一个积极的性质是本发明的填料对表面润湿性非常好并且具有很大的流动性

本文涉及一种铁基钎焊材料,其合金基本上含有15-30重量%的合金,在此重量%、铬(Cr)、0-5.0重量%锰(Mn)、9-30重量%镍(Ni)、0-4.0重量%钼(Mo)、0-1.0重量%氮(N)、1.0-7.0重量%硅(Si), 0至0.2wt硼(B),1.0至7.0wt%磷(P),任选0.0至2.5wt%选自钒(V),钛(Ti),钨(W),铝(Al),铌(Nb),铪(Hf)和钽(Ta)组成的组中的每种元素的0.0至2.5wt%;合金与Fe平衡,少量不可避免的污染元素;其中Si和P的量对降低熔点温度有效。

根据本文的一个替代方面,所述元素中的任何一种都可以选自碳(C)、钒(V)、钛(Ti)、钨(W)、铝(Al)、铌(Nb)、铪(Hf)和钽(Ta)组成的组,并且其量在约0至1.5重量%的范围内。所述污染元素可以是碳(C)、氧(O)和硫(S)中的任意一种。根据另一种选择,锰可以存在于合金中,其量在0.1至5.0wt%锰的范围内。根据另一种选择,锰可能存在于合金中,其量在0.1至4.5重量%的范围内。根据另一种备选方案,合金可含有约18至约26重量%范围内的铬或约9.0至约20重量%范围内的镍或约0.5至约3.5重量%范围内的钼或其组合。根据另一种选择,该合金可含有约9.0至约18.0重量%范围内的镍。根据进一步的替代方案,合金可含有约2.0至约6.0重量%范围内的硅或约0至约0.1重量%范围内的硼或约2.0至约6.0重量%范围内的磷或其组合。该合金可含有约2.5至约6.0重量%范围内的硅和约3.5至约6.0重量%范围内的磷,所述钎焊材料可包括主要由以下合金组成的合金:16-18重量%铬(Cr);1.5 至 2.0 wt % 锰 (Mn);11 至 17 wt % 镍 (Ni);1.5 至 2.5 wt % 钼 (Mo);0 至 1.0 wt % 氮 (N);3.0 至 5.0 wt % 硅 (Si);0 至 0.2 wt % 硼 (B);4.0 至 5.5 wt % 磷 (P);任选的0.0至2.5重量%选自钒(V)、钛(Ti)、钨(W)、铝(Al)、铌(Nb)、铪(Hf)和钽(Ta)组成的组中的一种或多种元素的每种;合金与Fe平衡,少量不可避免的污染元素;其中Si和P的量对降低熔点温度有效,铁基钎焊材料包括基本上由以下铁基合金组成的:(i)16至21重量%的铬(Cr);(ii) 0.5 至 2.0 wt % 锰 (Mn);(iii) 11至17重量%镍(Ni);(iv) 0.5至2.1重量%钼(Mo);(v) 0 至 1.0 wt % 氮 (N);(六) 3.8 至 5.0 wt % 硅 (Si);(七) 0至0.2重量%硼(B);(八) 4.8至5.3重量%磷(P);其中Si和P的量对降低熔点温度有效。合金可以具有固相线温度和75°C或更低的液相线温度,并且合金可以通过气体雾化,水雾化或熔融纺丝中的至少一种生产,一种不锈钢制品的钎焊方法包括:提供一种钎焊材料。钎焊材料包括主要由以下部分组成的铁基合金:(i) 16 至 21 wt % 铬 (Cr);(ii) 0.5 至 2.0 wt % 锰 (Mn);(iii) 11至17重量%镍(Ni);(iv) 0.5至2.1重量%钼(Mo);(v) 0 至 1.0 wt % 氮 (N);(六) 3.8 至 5.0 wt % 硅 (Si);(七) 0至0.2重量%硼(B);(八) 4.8至5.3重量%磷(P);其中Si和P的量对降低熔点温度有效。该方法还包括:(i)将钎焊材料涂在不锈钢部件上;(三) 组装零件;(iv)在非氧化性气氛、还原性气氛、真空或其组合中加热步骤(ii)或步骤(iii)中的部件,温度至少为250°C至少10分钟,然后将部件加热至低于1080°C的温度至少10分钟, 然后将零件加热到低于约1200°C的温度至少5分钟,将步骤(iv)中的部件在非氧化性气氛、还原性气氛、真空中或其组合中加热,温度至少为250°C.至少10分钟,然后将部件加热至温度低于1080°C至少30分钟, 然后将零件加热到大约 1100°C 的温度少于 720 分钟,然后冷却零件。钎焊制品可以通过上述方法获得,并且制品可以是板式换热器。合金可以通过气体雾化或水雾化或熔融纺丝制造。

如上所述,钎焊温度优选低于待钎焊零件材料的原始固相线温度。钎焊循环涉及钎焊材料的熔化和凝固。对于非常特殊的材料,熔化温度和凝固温度可能是相同的,但通常的情况是材料在熔化的温度范围内熔化,并在另一个凝固温度范围内凝固。固相线态和液相线态之间的温度范围在此定义为固相线态和液相线态之间的温差,并以°C为单位进行测量。本发明的钎焊材料的一个组合物范围具有固相态和液相线态之间的温差,其根据本发明的一个替代方面为200°C或更低。根据钎焊材料的另一种替代成分范围,该合金在固相线温度和液相线温度之间具有150°C或更低的差。根据钎焊材料的另一种替代成分范围,合金在固相线温度和液相线温度之间具有100°C或更低的差。根据钎焊材料的另一种替代成分范围,合金的固相线温度和液相线温度之间的差异为75°C或更低。根据钎焊材料的另一种替代成分范围,该合金在固相线温度和液相线温度之间具有50°C或更低的差异。根据钎焊材料的另一种替代组成范围,该合金的固相线温度与液相线温度之间的差异为45°C或更低。

所述铁基钎焊材料可以制造为糊状物。本发明的铁基钎焊膏可包括铁基钎焊材料和水性粘结剂体系或有机粘结剂体系。粘合剂体系可包括溶剂,其可以是亲水的或疏水的,即水基或油基。油基粘合剂可以是聚合物,例如聚(met)丙烯酸酯等,也可以是生物聚合物,例如纤维素衍生物,淀粉,蜡等。根据另一种备选方案,本发明的铁基钎焊膏可包括铁基钎焊材料和水性粘合剂系统或基于溶剂如水、油或其组合的有机粘合剂系统。膏体中所含的合金可以是粉末、颗粒等形式。

真空钎焊还涉及一种不锈钢制品的钎焊方法,包括以下步骤:步骤(i)钎焊材料涂在不锈钢部件上;步骤(ii)可选地组装零件;步骤(iii)在非氧化性气氛、还原性气氛、真空中或其组合中将步骤(i)或步骤(ii)中的部件加热至至少250°C的温度至少10分钟,然后将部件加热至低于1080°C的温度至少10分钟, 将零件加热至低于约1200°C的温度至少5分钟,然后冷却零件;任选地重复步骤(i)、步骤(ii)和步骤(iii)中的一个或多个。不同的钎焊产品需要不同的钎焊程序;有些产品只需通过步骤(i),步骤(ii)和步骤(iii)即可钎焊,但其他产品更复杂,步骤(i),步骤(ii)和步骤(iii)中的一个或多个需要重复步骤(iv)所示。

根据本发明的替代方案,该方法还可以包括将步骤(iii)中的部件在非氧化气氛、还原气氛、真空中或其组合中加热,温度至少为250°C至少10分钟,然后将部件加热至低于1080°C的温度至少30分钟, 然后将零件加热至约1100°C的温度少于720分钟,然后冷却零件。

一种替代方法,在冷却部件之前,可将部件加热至超过约1100°C的温度少于360分钟。另一种替代方法,在冷却部件之前,可将部件加热至超过约1100°C的温度少于180分钟。

1:该方法还可以包括将步骤中的部件在约1040°C至约1190°C范围内的温度下钎焊少于30分钟。

2:该方法还可以包括将步骤中的部件在约1040°C至约1190°C范围内的温度下钎焊少于20分钟。

3:该方法还可以包括将步骤中的部件在约1040°C至约1190°C范围内的温度下钎焊至少1分钟。

4:该方法还可以包括在约1100°C至约1180°C范围内的温度范围内将部件钎焊至少1分钟。

该方法还可以包括将步骤(iii)中的部件预热至低于1050°C的温度,然后再加热至高于1100°C的温度至少5分钟。然后在高于950°C的温度下对零件进行热处理至少20分钟,这可以在钎焊循环中进行,也可以在钎焊后进行,例如在第二个加热源处。

根据另一种备选方案,钎焊材料可以作为粉末喷涂在表面上,其连接起来,例如通过喷枪喷枪、滚动、刷涂、热喷涂,例如高速氧燃料(HVOF)等,或者表面、接头等可以通过熔体涂覆。

铁基钎焊填料可以借助毛细管力破坏器应用于平面或大表面。毛细管断力器可以是凹槽、迹线、路径、通道、“v”形或“U”形轨道或路径等形式,也可以是网状等。铁基钎焊填料可以施加到毛细管力断路器中,即进入凹槽、迹线、路径、通道、“V”形或“U”形轨道、路径、网等,或者钎焊填料可以施加在毛细管力断路器附近。在加热过程中,施加的铁基钎焊填充材料将流向毛细管力可能断裂的区域,并将彼此相邻的表面钎焊在一起。因此,钎焊区域在平面之间提供钎焊、密封或紧密缝隙、接头等,否则很难均匀钎焊。毛细管力破坏器还可以钎焊具有大缝隙的表面、具有奇怪形状的零件等。

当钎焊材料被施加在靠近毛细管力断路器的两个部件之间时,流动的粘性钎焊材料将停止流动运动并设置在毛细管力断路器的边缘。反应器通道可用作毛细管力断路器。具有反应器通道的板与钎焊材料一起施加,并且将阻隔板等与反应器通道板接触。流动的钎焊材料将停止并设置在反应器通道的边界处,这将反应器板密封在阻挡板上,而不会用固定的钎焊材料填充反应器通道。

 钎焊材料可以在两个边界表面之间流动多远部分取决于钎焊材料的凝固时间和表面之间的距离,以及钎焊材料的量。由于钎焊材料“粘”在每个要钎焊的表面上,因此表面之间的中间空间变小。随着中间空间变小,同时钎焊材料凝固,钎焊材料在两者之间流动也变得更加困难。所需量的钎焊材料供应给接触点,这些接触点将以任何描述或其他方式钎焊在一起。钎焊材料可能覆盖的区域可能比接触点稍大。接触接头点的直径可能至少为 0.5 mm。由于钎焊过程是金属工艺,并且用于钎焊的相应表面采用金属材料的形式,因此在钎焊过程中,铁基钎焊材料会扩散到边界表面,这些表面将被钎焊在一起。根据本发明的一个方面,两个连接表面之间的接缝或接缝在钎焊过程中或多或少会“消失”。钎焊接缝与金属零件的表面将成为一个整体,合金的材料成分只有很小的变化。

在钎焊过程中,钎焊材料将通过毛细管力迁移到要通过钎焊连接的区域。本文的钎焊材料具有良好的润湿性和良好的流动性,这将导致钎焊区域周围的残余合金会很小。根据一种替代方案,钎焊后的残余合金在应用表面上的厚度将小于0.1毫米。

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