釬焊金屬表面的方法及所用涂層混合物技術

本發明專利技術涉及鋁與金屬表面釬焊連接的新方法，該法包括（ａ）把一種金屬（如Ｓｉ、Ｃｕ或Ｃｅ）和一種釬焊焊劑的混合物加到要連接的至少一個金屬表面上作為涂層，該混合物中的金屬適于與一種或兩種表面金屬形成可釬焊的易熔體，（ｂ）加熱這些表面和涂層達到釬焊合金熔點以上，由此熔化要連接表面上的氧化膜，使該涂層的金屬熔入無氧化物鋁表面中，形成釬焊合金層和釬焊組件，（ｃ）冷卻釬焊組件，使表面之間形成凝固的連接。本法的優點是可用釬焊使如鋁與鋁、鋼、銅或黃銅類金屬表面連接，而不必在要釬焊的表面上預先形成釬焊合金殼層。（*該技術在2012年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種采用釬焊把鋁與金屬表面，如鋁、銅、黃銅或鋼表面連接的方法。已知為了連接鋁件，一般把鋁釬焊合金放在要連接的部件表面之間或相鄰之處，加熱釬焊合金和以適當裝配形式相連的表面，達到使釬焊合金溶化，同時上述部件保持不溶的溫度(釬焊溫度)。接下來冷卻釬焊合金形成一條焊縫或連接部件表面的焊接線。為了保證在加熱階段中僅僅釬焊合金有選擇地溶化，一般選擇釬焊合金的熔點比部件金屬的溶點至少低30-40℃。一個推薦的鋁釬焊合金的例子是Al-Si低共熔混合物，其熔點大約為577℃。通常的實施慣例是以一個鋁釬焊合金層在至少一個要連接的表面上預先形成，這樣的預包層物，一般稱為釬焊層，是比較昂貴的。并且在許多情況下寧可提供非涂層形式的釬焊合金，例如是以合適的液體或糊狀粘合劑為載體的粉末或顆粒形式的釬焊合金，提供到或緊靠到連接表面的一面或兩面上。在美國專利文獻3，971，501(Cooke)中描述了一種把鋁表面用鋁釬焊合金相連的方法，該鋁釬焊合金是粉末狀，將其與一種粉末焊劑混合后涂在要連接的表面。然后干燥該涂層并且加熱該表面到釬焊溫度，至此釬焊完成。這一工藝，與其它已知系統一樣，都利用了一種釬焊合金。雖然無焊劑的釬焊工藝已被專利技術，但它們的用途是相當有限的，原因是為成功實踐這樣的工藝所需的特殊條件和設備所引起的經濟上和其他方面的顧慮。所以，在釬焊鋁工藝中使用焊劑是必要的，有助于消除通常存在于連接位置上暴露金屬表面上的氧化物，以及在加熱過程中促使熔化的釬焊合金流動。做為焊劑的材料必須能夠起這樣的作用，焊劑溶解或消除在釬焊溫度上的金屬氧化物，同時在這樣的溫度上相對于鋁保持基本上是惰性的。因為焊劑一般僅在至少部分熔化時產生反應，鋁釬焊焊劑做為實用的材料是在釬焊溫度上部分或全部熔化，例如在不十分高和最好低于577℃的溫度范圍內。市場上提供的釬焊鋁的焊劑材料普遍為氯化物鹽，在某些情況添加少量的氟化物。最近用于釬焊鋁的很成功的焊劑是商標為NOCOLOKR的焊料，其基本成分為氟鋁酸鉀(Potassium fluoroatluminate)。本專利技術的目的是提供一種連接鋁表面以及連接鋁與象銅、黃銅或鋼這樣的其他表面的改進方法，釬焊時不需要在被焊接表面上預先形成一個釬焊合金涂層。按照本專利技術提供一種用釬焊合金連接鋁與其他金屬表面的改進方法，該釬焊合金的熔點低于被連接表面金屬的熔點。與鋁連接的表面可從鋁、銅、黃銅或鋼表面中選擇。因此，本專利技術的方法可用來連接相類似或不同的金屬，例如，可以鋁和鋁、鋁和銅、鋁和黃銅或和鋼連接。該方法包括(a)把一種金屬和釬焊焊劑的混合物做為要連接的金屬表面的至少一面上的一涂層，該混合物的金屬用來在至少一個金屬表面上生成可釬焊的易熔體，(b)一并加熱這些表面和涂層達到焊劑和釬焊合金二者的熔點以上的溫度，由此來熔解或消除被連接表面的氧化膜，使涂層的金屬溶解在沒有氧化物的金屬表面上，并因此形成釬焊合金層，釬焊合金層在要連接的兩個工件之間的接縫處溶化和流動并形成連接，由此釬焊該組件，熔化的焊劑減少了熔化的焊劑合金的表面張力，并促使它流入接縫處，(C)冷卻釬焊后的組件在表面之間形成凝固的連接。上述涂層混合物可以是干燥的粉狀物，糊狀物或稀漿，最好用易揮發的液體載體，可以是水基的或象酒精這樣的有機化合物。涂層混合物的優選金屬混合物是硅，但其它象銅或鍺也可使用。在本說明書和相應的權利要求書中，“金屬”一詞指的是金屬形式的元素，象可以非合金形式購到，它可以包括不影響其性質的小量雜質部分。主要的要求是涂層混合物中的金屬成份在釬焊溫度上能熔化在鋁或其它要連接的金屬中，并在該位置上與金屬形成一釬焊合金層。涂層混合物的焊劑成份可以是任何一種能夠消除氧化層并在600℃以下熔化的材料。優選的焊劑是氟鋁酸鉀配合物。當在此使用時，氟鋁酸鉀涉及到含有元素鉀、鋁和氟的材料，這些成分如KF、AlF3、KAlF4、K2AlF5、K3AlF6的比例可以是單個、成雙的或組合物。其組份可分項表示為20-45%K;10-25%Al和45-60%F的元素組合物;或以化合物KF和AlF3的濃度定義來表示，如40-70%AlF3和30-70%KF。這樣的焊劑已在1967年1月18日出版的Societe Des Soudures Castolin S.A.的英國專利NO.1，055，914中，對于含有53-55%AlF3和45-47%KF的一種結合物已有描述，以及1976年4月20日發表的美國專利第3，951，328號，轉讓給Alcan研究和發展有限公司的專利中對于45-65%AlF3和35-55%KF的結合物已有描述，所給K3AlF5和KAlF4混合物的熔點約為577℃。另外具有所要求焊劑性質的氟鋁酸鉀是65.6-99.9%KALF4和34.4-0.1%K3ALF5的混合物，另外一個被描述在1988.12.21公開的由showa鋁業公司申請的歐洲專利文獻EP0，295，541中，介紹了制備31.5-56.2%KF和68.5-43.8%ALF3的混合物。還有另一個于1986年4月1日出版的轉讓給Furukawa鋁業有限公司的美國專利文獻No 4，579.605，涉及一種焊劑，其組成為從K2ALF5和K2ALF5.H2O組中選擇其一，其余組分為KF。市場上出售的氟鋁酸鉀的一個實例是NOCOLOKR焊劑，其他的氟鋁酸鉀象KALF4、K2ALF5、K3ALF5和它們的混合物，氟鋁酸鉀與銫氯化物、銣氯化物、鋰氟化物、銫氟化物中一種或多種混合，以及和其它堿鹵化鹽混合來降低焊劑的熔點。其它的已知的鋁釬焊焊劑是堿和堿土金屬氯化物和氟化物、氯化銨、氟化銨、氟酸鉀(KHF2)、氟酸鈉(NaHF2)、氟酸銨(NH4HF2)、氯化鋅及氯化鋅、氟酸鉀和氯化銨和氟鋯酸鉀(K2ZrF6)的混合物。另一種優選的焊劑是在1991.9.4公開的英國專利申請GB2，241，513A中描述的焊劑(在此該專利技術的焊劑被加以參照)。該焊劑包含銫氟化物，鋁氟化物，結晶氫氧化鋁或氧化鋁、或二者的混合，形成一種具有以下成分和包含復合鹽形式的銫的結晶化合物。X·CsF-Y·AlF3-1/2·Z·(Al2O3·nH2O和/或Al2O3)其中X+Y+Z＝100，X/Y≤3，42≤X≤66，和Z≥2，以克分子百分比為單位，n值取對于Al2O3結晶水的任何適當的值。該結晶體化合物具有440-580℃的熔點。該焊劑不會產生腐蝕，而且使用安全?；旌衔镏薪饘俪煞趾秃竸┑幕旌媳仁侵付叩闹亓勘?wt/wt)，典型的取值范圍為0.1∶1到5∶1，最好在0.25∶1到1∶1范圍內。涂層混合物的金屬成分最好以細粒的形態，如尺寸在1000μm以下，最好是4到80μm，最佳范圍是5到50μm。按照最佳實施例，涂層混合物也可包括象糊狀的粘合劑成分。該粘合劑可從各種能在焊劑和共晶合金的熔點以下揮發的粘合劑材料中選擇。合適的粘合劑材料例如包括聚乙基甲基丙烯酸酯和丁基丙烯酸酯或1-(2-甲氧基-1-甲基氧基)-2-丙醇和做為載體的亞丙基二醇或2-甲基-2，4-戊烷二醇的混合物。涂在表面的涂層混合物的量一般少于130g/m2最好是大約30到100g/m2的范圍。當該混合物中包括有粘合劑時，其涂層量可達130g/m2。但是，當混合物中沒有粘本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種把一個鋁表面與一個從鋁、銅、黃銅和鋼表面中任選其一的金屬表面連接的方法，所述金屬表面帶有釬焊合金，該釬焊合金的熔點低于被連接表面的金屬的熔點，包括：（ａ）把金屬和能夠消除在所述表述面上形成的氧化層，并在６００℃以下熔化焊劑的混合物做為至少一個金屬表面的涂層，所混合物中的所述金屬用于形成可焊在表面金屬的至少一面上的易熔合金，（ｂ）加熱所述表面和所述涂層，一并達到釬焊焊劑和可焊接的易熔合金二者熔點以上的溫度，從而消除要連接的所述表面生成的氧化膜，使得所述混合物中的所述金屬溶解到無氧化物的金屬表面中，并在原處形成釬焊合金層，和形成一釬焊組件；以及（ｃ）冷卻釬焊的組件，使表面之間形成一凝固的釬焊連接。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：RS蒂姆西特，
申請(專利權)人：艾爾坎國際有限公司，
類型：發明
國別省市：CA[加拿大]