可热处理强化铝合金中温真空钎焊技术

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1、可热处理强化铝合金中温真空钎焊技术Medium·-TemperatureVacuumBrazingofHeat--TreatableStrengtheningAluminumAlloy程耀永高级工程师，毕业于北京航空航天大学．分配至北京航空材料研究院工作一直从事航空材料和复杂构件的钎焊和扩散焊技术研究。获部级科技进步奖5项．发表论文约30篇。铝合金具有重量轻、耐腐蚀性好，导热、导电性能良好等特性，在航空、航天、电子、汽车等军用和民用工业领域的应用越来越广泛。其中空调用的冷凝器、蒸发器，高效铝合金雷达缝阵天线、

2、机载高效铝合金电子机箱、铝合金燃料泵叶轮等结构均需要采用钎焊技术制造，钎焊已成为铝合金加工制造的重要工艺手段。但是，由于受到现有技术水平的限制，26航宅制造技术·2010年第4期北京航空材料研究院程耀永由于航空航天产品轻量化的需求。对高强度铝合金钎焊的技术需求越来越迫切。但是目前的钎焊技术已经不能满足对结构强度、刚度的技术要求。因此研究开发高强度铝合金钎焊所需的低熔点钎料及钎焊工艺成为亟待解决的问题之一。铝合金的钎焊结构还局限于纯铝及3A21、6063等个别牌号上，大量的强度级别较高的铝合金仍无法进行钎焊。另

3、一方面，由于航空航天产品轻量化的需求，对高强度铝合金钎焊的技术需求越来越迫切，但是目前的钎焊技术已经不能满足对结构强度、刚度的技术要求，因此研究开发高强度铝合金钎焊所需的低熔点钎料及钎焊工艺成为亟待解决的问题之一。现有的Al—Si—Cu钎料(如BAl67CuSi钎料)因铜含量很高使接头的抗腐蚀性变差，降低cu含量，提高接头工艺性成为铝合金中温钎料研究的方向之一。如D．M．Jacobson等研究一种Al—Si—Cu—Ni钎料IlJ，液相线温度538℃，用于可热处理强化铝合金的钎焊，接头具有较好的抗腐蚀性。但用于

4、铝合金真空钎焊的中温钎料均存在抗腐蚀性差、加工性能差、工艺性不好等缺点，因此尚无一种钎料得到广泛应用。本文中，作者将近期对可热处理强化铝合金真空钎焊的研究结果进行了综合分析。Al⋯CuSiMn钎料研究1钎料的成分设计考虑到2A50、6061可热处理强化铝合金过烧温度和同溶处理温度，钎焊温度应当选择在材料过烧温度以下进行，同时，钎料在同溶处理时不应产生明显熔化。综合考虑2方面因素，钎料的熔化温度范围应在520℃一550℃范围内。Al—Si—Cu三元合金系中，其共晶成分已形成标准钎料，但该钎料存在cu含量过高、接

5、头脆性大和抗腐蚀能力差的缺点。Cu元素在铝合金中与铝形成脆性的金属间化合物相，同时铜的加人使铝合金的抗腐蚀性能大大降低，因此，在保证足够低的熔化温度的前提下，应尽可能降低钎料中cu的含量。在Al—si—cu三元相图中，存在一点。该点含铜量18％左右，含Si约7．5％，既可以降低Cu的含量，又可以将液相线温度控制在825K以下。因此选择该点对应的成分作为设计钎料的基本合金体系。Mn是铝合金中的重要元素，在变形铝合金中得到广泛应用。铝合金中加入Mn可以提高强度，另外，液态快速冷却时，Mn可以溶解在Al中形成过饱和

6、固溶体，并抑制三元化合物的形成，同时Mn可以减缓Cu的扩散速度。在工业铝合金中，由于Mn是杂质铁的中和剂，因此Mn的加入可显著提高合金的抗蚀性，并对于AI—Cu合金具有一定的提高抗腐蚀能力的作用口l。因此尝试加入Mn用以改善钎料合金的抗腐蚀性和快速凝同箔带制备的T艺性。综合以上因素设计钎料成分为AI一18Cu一7．5Si一1Mn。采用惰性气体保护环境下急冷的工艺制备了钎料箔带，从箔带制备试验结果看，设计的AI—Cu—Si—Mn钎料比资料报道的AI⋯CuSiNi钎料具备更好的制带工艺性，在同样的工艺条件下制备的

7、箔带质量前者明显优于后者。2接头的组织与性能表1给出了Al—Cu—Si—Mn钎料钎焊2A50合金的接头性能数据，可以看出，采用块状钎料在5500C、lOmin工艺条件下，接头T6热处理后的平均剪切强度在80MPa左右，钎焊温度升高至560℃，钎焊接头的剪切强度变化不大。接头强度数据分散性较大，可能与钎焊缺陷有关。果，可见，AI—Cu—Si—Mn钎料的自腐蚀电位高于2A50母材，及对比用的标准BAl67CuSi钎料。从腐蚀电流密度数据看，Al—Cu—Si～Mn钎料的腐蚀电流密度显著低于BAl67CuSi钎料，与

8、2A50母材相当。此试验表明，Al—Cu—Si—Mn钎料具有较高的电极电位，组成接头后不易被作为阳图1AI⋯CuSiMn块状钎料钎焊-2A50接头组织随温度变化情况图2经200h盐雾腐蚀后2A50母材表面及接头的典型组织箔状钎料搭接接头剪切强度明显低于块状钎料，这町能与钎焊时采用两层箔状钎料引入较多的氧化膜有关。图l为Al—Cu—Si—Mn块状钎料钎焊2A50合金的典型接头组织形表1AI-Cu—Si