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铝合金是交通工具实现轻量化目标的首选材料,而钎焊是铝合金常用的焊接方法之一。由于铝合金表面存在致密的氧化膜,常用铝合金钎料和母材熔点相差不大,钎焊温度难以控制等原因,使得铝合金的钎焊性较差。这已成为制约铝合金应用的瓶颈。
Al-Si钎料因具有良好的润湿性、流动性、可加工性和钎焊接头的抗腐蚀性,应用非常广泛,但Al-Si共晶合金钎料的缺点是熔点高,焊接接头强度低。本文在Al-Si基钎料的基础上添加一些合金元素,以期进一步降低钎料熔化温度,改善钎料脆性,提高钎料的润湿性和接头强度。
本文以Cu、Si、Ni及稀土元素作为添加元素,设计了4因子5水平的正交实验并熔炼了25组成分的试样,应用热分析仪测定25组钎料的相变温度,以极差分析方法研究了合金元素对Al-Si基合金熔化温度的影响。通过加入一定量的Mg元素,研究Mg元素对具体钎料熔点的影响。通过研究Cu、Si、Ni、Mg和稀土元素对Al-Si钎料熔点的影响,选取了9种熔点低于535℃,熔化温度区间比较窄的钎料作进一步工艺性能试验。
以6063铝合金为母材,对GB11364-89标准筛选出的4种钎料进行铺展性试验;按GB11363-89标准测定钎焊接头剪切强度,并与常规钎料HL401进行对比,确定了熔点低、钎焊性能好、接头强度高的低熔点铝合金钎料成分配方。
试验结果表明:合金元素的添加,能够降低Al-Si基钎料的熔点,各元素含量对钎料液相线温度影响的主次顺序为Cu、Ni、Si、RE;稀土元素的加入,使晶粒细化,减少单位晶界面积上杂质元素的偏聚,促进过剩相晶粒变薄,并改变其网状分布;Mg元素因破坏了钎剂活性,导致钎料铺展性较差;Al-Si-Cu-Ni-RE系钎料的成分主要为α(Al)相,Si相,θ(CuAl<,2>),相成分的分布随合金元素加入量的变化而变化。
研制出的钎料润湿性好,焊接的接头剪切强度达60MPa以上,高于HL401实测的54MPa。其中Al-8.5Si-25Cu-1Ni-0-45RE钎料的熔点为530.15℃,具有熔点低、熔化温度区间窄,钎焊性能好、接头强度高的特点,非常适用于6063铝合金钎焊。