本發(fā)明涉及一種Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基中溫真空釬料及其制備方法，主要用于鋁合金中溫真空釬焊，屬于冶金和壓延加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁及其合金是有色金屬中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、強(qiáng)度高和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于建筑施工、機(jī)械設(shè)備、交通運(yùn)輸、電氣、船舶、化工、航空航天和軍事工業(yè)等領(lǐng)域。鋁及鋁合金的廣泛應(yīng)用對(duì)鋁及鋁合金的連接技術(shù)提出了新的要求，釬焊是鋁合金連接最常用的方法之一，釬焊材料和釬焊技術(shù)的發(fā)展很大程度上決定了鋁及鋁合金在相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用程度。尤其是隨著重要鋁合金部件的結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜化，需要采用真空釬焊這一精密的焊接方法，因此對(duì)鋁合金真空釬料的要求就越來越高。
目前鋁合金真空釬焊用釬料主要為Al-Si系，該系釬料具有良好的釬焊性能、抗腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，是目前使用最廣泛的鋁合金硬釬焊用釬料。但是該類釬料熔點(diǎn)較高(Al-Si合金共晶溫度577℃)，其釬焊溫度多在600℃以上，與一些要連接的2A50、6061、6063等鋁合金的熔點(diǎn)較接近，極易造成母材發(fā)生過燒、溶蝕等現(xiàn)象，從而降低釬焊接頭的性能，因此需要研制一種熔點(diǎn)較低的鋁合金中溫真空釬料。目前許多研究在Al-Si系基礎(chǔ)上添加Cu元素來降低熔點(diǎn)溫度，Cu的大量加入在降低釬料熔點(diǎn)的同時(shí)也極大增加釬料的脆性，使得釬料加工性極差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基中溫真空釬料的具體配方，該釬料為鋁合金中溫真空釬焊用五組元釬料，熔化溫度低：460～500℃，焊接性能良好，可在520～530℃實(shí)現(xiàn)真空釬焊，適于2A50、3A21、5A05、5A06等多種鋁合金中溫釬焊以及6063、6061等鋁合金的分級(jí)真空釬焊。
同時(shí)本發(fā)明也提供了一種Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基中溫真空合金態(tài)箔狀釬料的制備方法，采用該制備方法可制備出厚度0.10±0.05mm、寬度大于100mm的箔狀釬料，更適用于較大規(guī)格鋁合金構(gòu)件的真空釬焊。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基中溫真空釬料，該釬料的成分組成為：Cu 15-25wt％、Ag 15-25wt％、Ge 5-15wt％、Mg 0.5-5wt％，Ti 0.01-1wt％，Al余量。
如上所述的Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基中溫真空釬料，優(yōu)選地，該釬料的成分組成為：Cu 18-22wt％、Ag 15-20wt％、Ge 8-12wt％、Mg 0.5-2.5wt％，Ti 0.01-0.25wt％，Al余量。
另一方面，本發(fā)明提供一種Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基真空釬料的制備方法，包括以下步驟：
(1)配料：
按照各組分的質(zhì)量百分比稱取原料：Cu 15-25wt％、Ag 15-25wt％、Ge 5-15wt％、Mg 0.5-5wt％，Ti 0.01-1wt％，Al余量；
(2)制備中間合金：
制備Al-Cu中間合金：向中頻感應(yīng)爐的石墨坩堝內(nèi)加入鋁錠，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至800-850℃，將無氧銅壓入鋁液，鋁、銅質(zhì)量比為1∶(0.9～1.1)，充分?jǐn)嚢?，待無氧銅全部熔清后，保溫3-5分鐘，開始澆鑄，合金澆鑄溫度750～800℃；
(3)合金拉鑄：
將步驟(2)制備的Al-Cu中間合金與高純Ti、高純Mg、高純Ge、高純Ag、高純Al采用真空熔鑄方法進(jìn)行熔煉、拉鑄；抽真空后開始升溫，待爐料全部熔化后精煉5-8分鐘，沖入氬氣，調(diào)節(jié)溫度至680-700℃，靜置2-3分鐘，然后進(jìn)行拉鑄獲得合金鑄錠。
如上所述的制備方法，優(yōu)選地，所述步驟(1)的原材料選用：
鋁：選用高純鋁，純度大于等于99.995％；銅：選用無氧銅，純度大于等于99.99％；銀：選用脫氣后的高純銀，純度大于等于99.99％；鍺：純度大于等于99.99％；鎂：純度大于等于99.99％；鈦：純度大于等于99.99％。
如上所述的制備方法，優(yōu)選地，所述步驟(3)之后還包括如下步驟：
(4)固溶處理：
將拉鑄得到的鑄錠在退火爐中進(jìn)行固溶處理，加熱到380-400℃保溫2-3小時(shí)；
(5)熱擠壓：
將固溶處理后的鑄錠直接進(jìn)行熱擠壓，擠壓溫度為380-400℃，擠壓后得到厚度為3-5mm的帶坯；
(6)等溫軋制+精密等變形量軋制：
對(duì)帶坯進(jìn)行380-400℃等溫軋制，帶坯軋制至厚度為1mm以下；之后在精密軋機(jī)上進(jìn)行多道次精密等變形量軋制，其道次加工率小于等于5％，最終得到厚度為0.10±0.05mm的箔狀釬料。
如上所述的制備方法，優(yōu)選地，所述步驟(3)合金拉鑄，拉鑄速度為3mm/s，每拉鑄1秒間歇5秒。
又一方面，本發(fā)明提供一種Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基中溫真空釬料，其是采用如上所述方法制備的。
再一方面，本發(fā)明提供上述的Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基中溫真空釬料在2A50、3A21、5A05、5A06鋁合金中溫釬焊以及6063、6061鋁合金的分級(jí)真空釬焊中的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果在于：
(1)本發(fā)明提供了一種Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基真空釬料，釬料中的Ag和Ge可以使釬料合金的固液相線溫度有明顯降低。同時(shí)Ge元素能改善釬料的潤(rùn)濕性，減少釬料對(duì)母材的熔蝕。釬料中的Mg元素能活化除膜，使得釬料能很好地潤(rùn)濕母材。釬料中加入微量Ti元素，可以細(xì)化釬料合金晶粒組織，提高焊接接頭強(qiáng)度。該釬料的熔化溫度低：460～500℃，在520～530℃便能實(shí)現(xiàn)鋁合金真空釬焊，釬焊工藝性好，具有良好的潤(rùn)濕性，釬焊潤(rùn)濕角≤20°，適于2A50、3A21、5A05、5A06等多種鋁合金中溫釬焊以及6063、6061等鋁合金的分級(jí)真空釬焊。
(2)釬料中的Ge元素會(huì)使釬料組織中脆性金屬間化合物增多，降低釬料加工性能。針對(duì)釬料塑性差的問題，本發(fā)明優(yōu)化了Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti釬料的制備方法，將真空拉鑄、固溶處理、熱擠壓、等溫軋制+精密等變形量軋制等工藝相結(jié)合，可制備出厚度0.10±0.05mm、寬度大于100mm的箔狀釬料。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基真空釬料的差熱分析圖譜。
具體實(shí)施方式
下面將對(duì)本發(fā)明Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基真空釬料及其制備方法作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例中的原材料選用：
鋁：選用高純鋁，純度大于等于99.995％；銅：選用無氧銅，純度大于等于99.99％；銀：選用脫氣后的高純銀，純度大于等于99.99％；鍺：純度大于等于99.99％；鎂：純度大于等于99.99％；鈦：純度大于等于99.99％。
實(shí)施例1制備Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基真空釬料(一)
步驟1配料：
按照各組分的質(zhì)量百分比稱取原料：Cu 15.0wt％、Ag15.0wt％、Ge 5.0wt％、Mg 1.0wt％，Ti 0.01％，Al余量。
步驟2制備中間合金：
制備Al-50Cu中間合金：向非真空感應(yīng)爐的石墨坩堝內(nèi)加入鋁錠，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至800℃，將無氧銅壓入鋁液，銅、鋁質(zhì)量比為1∶1，充分?jǐn)嚢?，待無氧銅全部熔清后，保溫5分鐘，開始向雙水冷鑄鐵模中澆鑄，澆鑄成厚度為30mm的錠坯。合金澆鑄溫度為750℃。
步驟3合金拉鑄
采用雙真空連鑄機(jī)進(jìn)行合金拉鑄，具體方法：將配好的Al-50Cu中間合金、高純Ti、高純Mg、高純Ge、高純Ag、高純Al放入雙真空連鑄機(jī)的坩堝中進(jìn)行熔煉；機(jī)械泵抽真空后開始升溫，待爐料全部熔化后精煉5分鐘，沖入氬氣，調(diào)節(jié)溫度至680℃，靜置2分鐘，開始拉鑄，速度3mm/s，每拉鑄1秒間歇5秒；鑄錠出爐后，用壓力鉗剪頭去尾各30～60mm，直至確保鑄錠沒有缺陷。
步驟4固溶處理
通過對(duì)拉鑄的鑄錠取樣進(jìn)行差熱分析測(cè)試，根據(jù)合金熔點(diǎn)確定固溶處理溫度為380-400℃。將拉鑄得到的錠坯在退火爐中進(jìn)行固溶處理，加熱到380℃并保溫3小時(shí)。
步驟5熱擠壓
采用1250噸擠壓機(jī)，選取合適的擠壓模具，將固溶處理后的錠坯直接進(jìn)行熱擠壓，擠壓溫度為400℃；擠壓后得到厚度為3mm、寬度100mm的帶坯。
步驟6等溫軋制+精密等變形量軋制：
將熱擠壓的帶坯在四輥軋制上進(jìn)行等溫軋制，道次加工率為10％，每道等溫軋制后將帶坯放入退火爐中進(jìn)行加熱保溫，爐子溫度400℃，保溫10分鐘，以提高合金加工性能，連續(xù)重復(fù)進(jìn)行等溫軋制，當(dāng)帶坯軋制至厚度為1mm以下，之后在二十輥軋機(jī)上進(jìn)行多道次精密等變形量軋制，其道次加工率小于等于5％，最終經(jīng)裁邊處理后得到厚度0.10mm、寬度100mm的箔狀釬料。
實(shí)施例1制得的箔狀釬料差熱分析曲線見說明書附圖1，其中Te為釬料合金的固相線溫度，Tm為釬料合金的液相線溫度。
實(shí)施例2制備Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基真空釬料(二)
步驟1配料：
按照各組分的質(zhì)量百分比稱取原料：Cu 20.0wt％、Ag 20.0wt％、Ge 10.0wt％、Mg 2.5wt％，Ti 0.25wt％，Al余量。
步驟2制備中間合金：
制備Al-50Cu中間合金：向非真空感應(yīng)爐的石墨坩堝內(nèi)加入鋁錠，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至820℃，將無氧銅壓入鋁液，銅、鋁質(zhì)量比為1∶1，充分?jǐn)嚢瑁裏o氧銅全部熔清后，保溫5分鐘，開始向雙水冷鑄鐵模中澆鑄，澆鑄成厚度為30mm的錠坯。合金澆鑄溫度為780℃。
步驟3合金拉鑄
采用雙真空連鑄機(jī)進(jìn)行合金拉鑄，具體方法：將配好的Al-50Cu中間合金、高純Ti、高純Mg、高純Ge、高純Ag、高純Al放入雙真空連鑄機(jī)的坩堝中進(jìn)行熔煉；機(jī)械泵抽真空后開始升溫，待爐料全部熔化后精煉5分鐘，沖入氬氣，調(diào)節(jié)溫度至680℃，靜置2分鐘，開始拉鑄，速度3mm/s，每拉鑄1秒間歇5秒；鑄錠出爐后，用壓力鉗剪頭去尾各30～60mm，直至確保鑄錠沒有缺陷。
步驟4固溶處理
通過對(duì)拉鑄的鑄錠取樣進(jìn)行差熱分析測(cè)試，根據(jù)合金熔點(diǎn)確定固溶處理溫度為380-400℃。將拉鑄得到的錠坯在退火爐中進(jìn)行固溶處理，加熱到390℃并保溫2.5小時(shí)。
步驟5熱擠壓
采用1250噸擠壓機(jī)，選取合適的擠壓模具，將固溶處理后的錠坯直接進(jìn)行熱擠壓，擠壓溫度為400℃；擠壓后得到厚度為5mm、寬度80mm的帶坯。
步驟6等溫軋制+精密等變形量軋制：
將熱擠壓的帶坯在四輥軋制上進(jìn)行等溫軋制，道次加工率為8％，每道等溫軋制后將帶坯放入退火爐中進(jìn)行加熱保溫，爐子溫度400℃，保溫10分鐘，以提高合金加工性能，連續(xù)重復(fù)進(jìn)行等溫軋制，當(dāng)帶坯軋制至厚度為1mm以下，之后在二十輥軋機(jī)上進(jìn)行多道次精密等變形量軋制，其道次加工率小于等于5％，最終經(jīng)裁邊處理后得到厚度0.10mm、寬度100mm的箔狀釬料。
實(shí)施例3制備Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基真空釬料(三)
步驟1配料：
按照各組分的質(zhì)量百分比稱取原料：Cu 25wt％、Ag25wt％、Ge 15wt％、Mg 5wt％，Ti 0.5wt％，Al余量。
步驟2制備中間合金：
制備Al-50Cu中間合金：向非真空感應(yīng)爐的石墨坩堝內(nèi)加入鋁錠，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至850℃，將無氧銅壓入鋁液，銅、鋁質(zhì)量比為1∶1，充分?jǐn)嚢瑁裏o氧銅全部熔清后，保溫5分鐘，開始向雙水冷鑄鐵模中澆鑄，澆鑄成厚度為30mm的錠坯。合金澆鑄溫度為800℃。
步驟3合金拉鑄
采用雙真空連鑄機(jī)進(jìn)行合金拉鑄，具體方法：將配好的Al-50Cu中間合金、高純Ti、高純Mg、高純Ge、高純Ag、高純Al放入雙真空連鑄機(jī)的坩堝中進(jìn)行熔煉；機(jī)械泵抽真空后開始升溫，待爐料全部熔化后精煉5分鐘，沖入氬氣，調(diào)節(jié)溫度至700℃，靜置3分鐘，開始拉鑄，速度3mm/s，每拉鑄1秒間歇5秒；鑄錠出爐后，用壓力鉗剪頭去尾各30～60mm，直至確保鑄錠沒有缺陷。
步驟4固溶處理
通過對(duì)拉鑄的鑄錠取樣進(jìn)行差熱分析測(cè)試，根據(jù)合金熔點(diǎn)確定固溶處理溫度為380-400℃。將拉鑄得到的錠坯在退火爐中進(jìn)行固溶處理，加熱到400℃并保溫2小時(shí)。
步驟5熱擠壓
采用1250噸擠壓機(jī)，選取合適的擠壓模具，將固溶處理后的錠坯直接進(jìn)行熱擠壓，擠壓溫度為400℃；擠壓后得到厚度為4mm、寬度100mm的帶坯。
步驟6等溫軋制+精密等變形量軋制：
將熱擠壓的帶坯在四輥軋制上進(jìn)行等溫軋制，道次加工率為8％，每道等溫軋制后將帶坯放入退火爐中進(jìn)行加熱保溫，爐子溫度400℃，保溫10分鐘，以提高合金加工性能，連續(xù)重復(fù)進(jìn)行等溫軋制，當(dāng)帶坯軋制至厚度為1mm以下，之后在二十輥軋機(jī)上進(jìn)行多道次精密等變形量軋制，其道次加工率小于等于5％，最終經(jīng)裁邊處理后得到厚度0.10mm、寬度100mm的箔狀釬料。
實(shí)施例4制備Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基真空釬料(四)
步驟1配料：
按照各組分的質(zhì)量百分比稱取原料：Cu 19.0wt％、Ag 18wt％、Ge 11.0wt％、Mg 1.5wt％，Ti 0.05wt％，Al余量。
步驟2制備中間合金：
制備鋁銅中間合金：向非真空感應(yīng)爐的石墨坩堝內(nèi)加入鋁錠，升溫待鋁錠熔化后，使?fàn)t溫升至820℃，將無氧銅壓入鋁液，銅、鋁質(zhì)量比為1∶1，充分?jǐn)嚢?，待無氧銅全部熔清后，保溫5分鐘，開始向雙水冷鑄鐵模中澆鑄，澆鑄成厚度為30mm的錠坯。合金澆鑄溫度為780℃。
步驟3合金拉鑄
采用雙真空連鑄機(jī)進(jìn)行合金拉鑄，具體方法：將配好的Al-50Cu中間合金、高純Ti、高純Mg、高純Ge、高純Ag、高純Al放入雙真空連鑄機(jī)的坩堝中進(jìn)行熔煉；機(jī)械泵抽真空后開始升溫，待爐料全部熔化后精煉5分鐘，沖入氬氣，調(diào)節(jié)溫度至680℃，靜置2分鐘，開始拉鑄，速度3mm/s，每拉鑄1秒間歇5秒；鑄錠出爐后，用壓力鉗剪頭去尾各30～60mm，直至確保鑄錠沒有缺陷。
步驟4固溶處理
通過對(duì)拉鑄的鑄錠取樣進(jìn)行差熱分析測(cè)試，根據(jù)合金熔點(diǎn)確定固溶處理溫度為380-400℃。將拉鑄得到的錠坯在退火爐中進(jìn)行固溶處理，加熱到380℃并保溫2小時(shí)。
步驟5熱擠壓
采用1250噸擠壓機(jī)，選取合適的擠壓模具，將固溶處理后的錠坯直接進(jìn)行熱擠壓，擠壓溫度為400℃；擠壓后得到厚度為3mm、寬度100mm的帶坯。
步驟6等溫軋制+精密等變形量軋制：
將熱擠壓的帶坯在四輥軋制上進(jìn)行等溫軋制，道次加工率為8％，每道等溫軋制后將帶坯放入退火爐中進(jìn)行加熱保溫，爐子溫度400℃，保溫10分鐘，以提高合金加工性能，連續(xù)重復(fù)進(jìn)行等溫軋制，當(dāng)帶坯軋制至厚度為1mm以下，之后在二十輥軋機(jī)上進(jìn)行多道次精密等變形量軋制，其道次加工率小于等于5％，最終經(jīng)裁邊處理后得到厚度0.10mm、寬度100mm的箔狀釬料。
實(shí)施例5性能試驗(yàn)
分別將實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4制備的箔狀釬料用于差熱測(cè)試和鋁合金真空釬焊試驗(yàn)，取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。
表1
上述實(shí)施例中僅列舉出本發(fā)明Al-Cu-Ag-Ge-Mg-Ti鋁基真空釬料及其制備方法的部分實(shí)施例，在上述本發(fā)明的技術(shù)方案中：所述的合金組分中銅、銀、鍺、鎂、鈦的含量在規(guī)定范圍內(nèi)可自由選擇，此處不再一一列舉，故以上的說明所包含的技術(shù)方案應(yīng)視為例示性，而非用以限制本發(fā)明申請(qǐng)專利的保護(hù)范圍。