專利名稱：含稀土Er的Al－Si基中溫釬料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種含稀土Er的Al-Si基中溫釬料及其制備方法屬于鋁及其合金的加工制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著鋁合金越來越廣泛的應(yīng)用，對(duì)鋁合金的連接問題提出更高的要求，釬焊作為一種主要的連接方式，要求新型的鋁合金釬料不僅要具有良好的工藝性能，更重要的是要有更高的力學(xué)性能，以滿足鋁合金應(yīng)用不斷增長的對(duì)可靠性的要求，確保其在服役過程中能可靠運(yùn)行。
稀土具有很高的化學(xué)活性，是一種典型的、十分活潑的金屬，具有孕育和變質(zhì)、強(qiáng)化、提高耐熱性能和改善工藝性能等作用，在冶金及材料工業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外有關(guān)稀土鋁合金的研究表明，Sc是迄今為止所發(fā)現(xiàn)對(duì)鋁及其合金最有效的稀土元素。但Sc是戰(zhàn)略性元素，價(jià)格昂貴。稀土元素Er在鋁及其合金中的作用與Sc相似，但Er的成本遠(yuǎn)低于Sc，本專利通過在釬料合金中加入稀土元素Er來提高合金性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種合金組元較少，潤濕性能良好，強(qiáng)度高，熔化溫度較低，含稀土Er的Al-Si基中溫釬料及其制備方法。
本發(fā)明所涉及的含稀土Er的Al-Si基中溫釬料，其特征在于含有重量百分比為5～10％的Si，4～25％的Cu，及0.05～0.5％的稀土Er，其余的為Al。
本發(fā)明的含稀土Er的Al-Si基中溫釬料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將熔化鋁熔煉劑澆在Al-Si合金上，熔煉劑量可以覆蓋Al-Si合金即可；(2)將溫度升至750℃～850℃，待Al-Si合金熔化后，將所需純鋁、純銅加入到熔融的Al-Si合金液中，攪拌，形成Al-Si-Cu合金；(3)待其熔化均勻后，把Al-Er合金壓入上述合金液中，使其熔化并與原熔液充分反應(yīng)，保溫1～2小時(shí)，攪拌，靜止，冷卻凝固；
(4)凝固后去除表面的熔煉劑，溫度降至650～700℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆鑄待用。
本發(fā)明所用Al-Si、Al-Er合金為市售一定組成的合金，所加Al-Si、Cu、Al-Er合金量可通過Si、Cu、Er各自在釬料合金中的比例求出，總量減Al-Si、Cu、Al-Er量為所需純鋁量。
下面通過若干實(shí)施例，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖表的方式，說明本發(fā)明含稀土Er的Al-Si基中溫釬料的性能，并與在相同條件下獲得的Al-Si-Cu釬料進(jìn)行比較。
表1是6種含稀土Er的Al-Si基中溫釬料及Al-Si-Cu釬料成分表，表中組成均為重量百分比，同時(shí)還給出了各釬料的液相線溫度及固相線溫度。從表1中可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1～6加入稀土后對(duì)釬料合金的熔點(diǎn)影響不大。
表2是本發(fā)明實(shí)施例1～6與Al-Si-Cu釬料硬度及鋪展面積的比較。從表中可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1～6的硬度及鋪展面積比Al-Si-Cu釬料有所提高。
下面通過圖例說明該釬料性能的提高。
為了闡明本發(fā)明含稀土Er的Al-Si基中溫釬料具有較好的工藝性能及力學(xué)性能，特附Al-7Si-20Cu釬料與本發(fā)明2的顯微組織圖，如說明書附圖1、2進(jìn)行比較，從微觀角度揭示其性能提高的原因。
從圖1可以看出Al-Si-Cu釬料組織中含有針狀的共晶Si，這種針狀的共晶Si的大量存在會(huì)降低材料的力學(xué)性能。本發(fā)明添加稀土Er后，針狀的共晶Si的數(shù)量明顯減少，并且合金中的組織更加均勻，可顯著提高釬料合金的力學(xué)性能。


圖1Al-7Si-20Cu釬料顯微組織圖；圖2本發(fā)明實(shí)施例2含稀土Er的Al-Si基中溫釬料的顯微組織圖。
具體實(shí)施例方式
對(duì)比例1將10克的氯化鉀和10克氯化鈉混合鹽在700℃下熔化后澆在29.661克Al-11.8Si合金上。將爐溫升至780℃，使Al-Si合金及混合鹽熔化后將10.339克純Al及10.0克純Cu加入到Al-Si合金液當(dāng)中，同時(shí)不斷攪拌，形成合金；保溫1小時(shí)，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置出爐，待合金凝固后去除表面的混合鹽。把爐溫降至650℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆鑄成條狀待用。
對(duì)比例2將30克的氯化鉀和30克氯化鈉混合鹽在700℃下熔化后澆在21.19克Al-11.8Si合金上。將爐溫升至800℃，使Al-Si合金及混合鹽熔化后將16.31克純Al及12.5克純Cu加入到Al-Si合金液當(dāng)中，同時(shí)不斷攪拌，形成合金；保溫2小時(shí)，每10分鐘攪拌，使合金均勻化。靜置出爐，待合金凝固后去除表面的混合鹽。把爐溫降至650℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆成條狀待用。
對(duì)比例3將20克的氯化鉀和20克氯化鈉混合鹽在700℃下熔化后澆在42.37克Al-11.8Si合金上。將爐溫升至850℃，使Al-Si合金及混合鹽熔化后將5.63克純Al及2克純Cu加入到Al-Si合金液當(dāng)中，同時(shí)不斷攪拌，形成合金；保溫1小時(shí)，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置出爐，待合金凝固后去除表面的混合鹽。把爐溫降至700℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆鑄成條狀待用。
例1將10克的氯化鉀和10克氯化鈉混合鹽在700℃下熔化后澆在29.65克Al-11.8Si合金上。將爐溫升至780℃，使Al-Si合金及混合鹽熔化后將9.56克純Al及9.995克純Cu加入到Al-Si合金液當(dāng)中，同時(shí)不斷攪拌，形成合金；用壁上帶孔的鐘罩將0.403克的Al-6.2Er合金迅速壓入上述的熔融合金當(dāng)中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化為止。保溫1小時(shí)，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置出爐，待合金凝固后去除表面的混合鹽。把爐溫降至650℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆鑄成條狀待用。
例2將15克的氯化鉀和15克氯化鈉混合鹽在680℃下熔化后澆在29.63克Al-11.8Si合金上。將爐溫升至820℃，使Al-Si合金及混合鹽熔化后將9.574克純Al及9.99克純Cu加入到Al-Si合金液當(dāng)中，同時(shí)不斷攪拌，形成合金；用壁上帶孔的鐘罩將0.806克的Al-6.2Er合金迅速壓入上述的熔融合金當(dāng)中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化為止。保溫1小時(shí)，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置出爐，待合金凝固后去除表面的混合鹽。把爐溫降至680℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆鑄成條狀待用。
例3將56克的氯化鉀和22克氯化鈉、22克冰晶石粉(Na3AlF6)混合鹽在820℃下熔化后澆在295.8克Al-11.8Si合金上。將爐溫調(diào)至800℃，使Al-Si合金及混合鹽熔化后將84.29克純Al及99.75克純Cu加入到Al-Si合金液當(dāng)中，同時(shí)不斷攪拌，形成合金；用壁上帶孔的鐘罩將20.16克的Al-6.2Er合金迅速壓入上述的熔融合金當(dāng)中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化為止。保溫2小時(shí)，每隔15分鐘攪拌，使合金均勻化。靜置出爐，待合金凝固后去除表面的混合鹽。把爐溫降至680℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆鑄成條狀待用。
例4將20克的氯化鉀和20克氯化鈉混合鹽在720℃下熔化后澆在14.39克Al-24.2Si合金上。將爐溫升至800℃，使Al-Si合金及混合鹽熔化后將21.63克純Al及9.95克純Cu加入到Al-Si合金液當(dāng)中，同時(shí)不斷攪拌，形成合金；用壁上帶孔的鐘罩將4.03克的Al-6.2Er合金迅速壓入上述的熔融合金當(dāng)中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化為止。保溫2小時(shí)，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置出爐，待合金凝固后去除表面的混合鹽。把爐溫降至700℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆鑄成條狀待用。
例5將30克的氯化鉀和30克氯化鈉混合鹽在700℃下熔化后澆在21.17克Al-11.8Si合金上。將爐溫升至800℃，使Al-Si合金及混合鹽熔化后將15.54克純Al及12.49克純Cu加入到Al-Si合金液當(dāng)中，同時(shí)不斷攪拌，形成合金；用壁上帶孔的鐘罩將0.8064克的Al-6.2Er合金迅速壓入上述的熔融合金當(dāng)中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化為止。保溫2小時(shí)，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置出爐，待合金凝固后去除表面的混合鹽。把爐溫降至650℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆成條狀待用。
例6將11.2克的氯化鉀和4.4克氯化鈉、4.4克冰晶石粉(Na3AlF6)混合鹽在820℃下熔化后澆在42.33克Al-11.8Si合金上。將爐溫升至850℃，使Al-Si合金及混合鹽熔化后將4.865克純Al及1.998克純Cu加入到Al-Si合金液當(dāng)中，同時(shí)不斷攪拌，形成合金；用壁上帶孔的鐘罩將0.8064克的Al-6.2Er合金迅速壓入上述的熔融合金當(dāng)中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化為止。保溫1小時(shí)，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置出爐，待合金凝固后去除表面的混合鹽。把爐溫降至700℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆鑄成條狀待用。
表1 釬料成分及熔化溫度實(shí)例 Al(％) Si(％) Cu(％) Er(％) 液相線溫度(℃) 固相線溫度(℃)對(duì)比例1 73 720 0 537525實(shí)施例1 72.950 720 0.05536524實(shí)施例2 72.9720 0.1 537526實(shí)施例3 72.75 720 0.25538525實(shí)施例4 72.5720 0.5 536526對(duì)比例2 70 525 0 527512實(shí)施例5 69.9525 0.1 526514對(duì)比例3 86 10 4 0 569556實(shí)施例6 85.910 4 0.1 571558表2 硬度及鋪展面積試驗(yàn)結(jié)果硬度(HV)鋪展面積(mm2)對(duì)比例1165.2167164.45實(shí)施例1205.7429225.02實(shí)施例2207.225 209.20實(shí)施例3198.3286173.79實(shí)施例4217.5111209.79對(duì)比例2167.8 181.3實(shí)施例5133.6625212.2對(duì)比例378.975 158.4實(shí)施例684.12 178.權(quán)利要求
1.含稀土Er的Al-Si基中溫釬料，其特征在于含有重量百分比為5～10％的Si，4～25％的Cu，及0.05～0.5％的稀土Er，其余的為Al。
2.含稀土Er的Al-Si基中溫釬料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將熔化鋁熔煉劑澆在Al-Si合金上，熔煉劑量可以覆蓋Al-Si合金即可；(2)將溫度升至750℃～850℃，待Al-Si合金熔化后，將所需純鋁、純銅加入到熔融的Al-Si合金液中，攪拌，形成Al-Si-Cu合金；(3)待其熔化均勻后，把Al-Er合金壓入上述合金液中，使其熔化并與原熔液充分反應(yīng)，保溫1～2小時(shí)，攪拌，靜止，冷卻凝固；(4)凝固后去除表面的熔煉劑，溫度降至650～700℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆鑄待用。
全文摘要
含稀土Er的Al－Si基中溫釬料及其制備方法，屬于鋁及其合金的加工制造領(lǐng)域。該材料含有重量百分比為5～10％的Si，4～25％的Cu，及0.05～1.0％的稀土Er，其余為Al。制備方法為將熔化鋁熔煉劑澆在Al－Si合金上，熔煉劑量可以覆蓋Al－Si合金即可；將溫度升至750℃～850℃，待Al－Si合金熔化后，將所需純鋁、純銅加入到熔融的Al－Si合金液中，攪拌，形成Al－Si－Cu合金；熔化均勻后，把Al－Er合金壓入上述合金液中，使其熔化并與原熔液充分反應(yīng)，保溫1～2小時(shí)，攪拌，靜止，冷卻凝固；凝固后去除表面的熔煉劑，溫度降至650～700℃將釬料塊重新加熱熔化，然后澆鑄待用。本發(fā)明合金組元較少，潤濕性能良好，強(qiáng)度高，熔化溫度較低，Er在鋁及其合金中的作用與Sc相似，但成本低于Sc。
文檔編號(hào)C22C1/02GK1586794SQ20041007434
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者史耀武, 于洋, 夏志東, 雷永平, 李曉延, 郭福, 聶祚仁 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)