6061铝合金钎焊用钎料的研究

表 3 图 1 中各点的能谱分析结果(质量分数,% ) Tab.3 EDS analysis results of the points in Fig.1(wt% )
Al
Si
Cu
Ni
1点
93.83
0.48
5.69
-
2点
46.76
0.46
52.78
-
3点
61.24
18.21
1.56
18.99
该钎料中 Cu 元素含量减少使 Al2Cu 化合物数量减 少有关；4# 钎料中 Cu 元素含量进一步减少，使焊缝 组织中 Al2Cu 化合物数量减少， 因而白色物数量更 少。 图 1(b)和(c)中灰色区域主要成分为 Al、Si、Ni， 钎 料 中 加 入 的 Si 元 素 和 Ni 元 素 主 要 分 布 在 该 区 域；1# 钎料中不含 Ni 元素， 其焊缝中不存在该灰色 区 域 ，而 4# 钎 料 与 2# 钎 料 相 比 ，Si 含 量 增 加 ，灰 色 区域面积也增大，因此，该灰色区域的形成与钎料中 Ni 元素和 Si 元素有关。 由于灰色区域中白色和黑 色物形貌极细小，这两种物相的成分待进一步分析。 2.3 钎焊强度
(2) 钎料熔化特性的测定： 采用差示扫描量热 (DSC) 方法测定。 所用仪器为德国耐驰 STA409PC 差示扫描量热仪。 升温速率 20 K/min，吹扫气体为高 纯氮气。
(3) 焊接和钎焊强度测试： 铝合金试板尺寸为 60 mm × 20 mm × 2 mm，采 用 搭 接 方 式 ，于 预 先 升 温 至钎焊温度的箱式电阻炉中实施焊接。 钎剂为 CsF-AlF3，钎焊 温 度 为 570℃，焊 接 加 热 时 间 5 min。 焊后水冷实现固溶处理， 再进行 175 ℃× 8 h 时效处 理。 用 GP-TS2000/100KW 万能拉伸机测试接头 的 剪切强度，拉伸速度为 1 mm/min。
金属铸锻焊技术 Casting·Forging·Welding
2012 年 06 月
6061 铝合金钎焊用钎料的研究
刘正林， 杨凯珍， 王 凯， 刘凤美 （广州有色金属研究院， 广东 广州 510650）
摘 要：研究了 6061 铝合金钎焊用中温钎料 Al-Si-Cu-Ni 钎料的熔化特性、钎焊强度、钎料和接头抗腐蚀性能。 结
比较各钎料的钎焊接头腐蚀前后的剪切强度 (表 4)，可知，对于 6061 铝合金钎焊， 2# 和 4# 两种钎 料钎焊接头抗腐蚀性比 1# 钎料好的多，而 4# 钎料钎 焊接头的抗腐蚀性又优于 2# 钎料；从各种钎焊接头 在 饱 和 NaCl 溶 液 中 腐 蚀 30 天 后 强 度 降 低 的 数 值 来看，4# 钎料钎焊接头腐蚀后剪切强度没有明显降 低，具有其极优良的抗腐蚀性能。
1 试验
(1) 钎料制备： 采用高频感应加热熔炼表 1 中
收 稿 日 期 :2011-11-20 作者简介:刘正林(1982- ),男,湖南桃源人,工程师,硕士研究生,主要从
事 铝 铜 钎 焊 材 料 研 究 ; 电 话 :15989266530; E-mail:huahu36@
表 1 钎料成分(质量分数,%) Tab.1 The composition of brazing feller metals(wt%)
1# 钎料
2# 钎料
3# 钎料
4# 钎料
Al-5Si-28Cu Al-20Cu-5Si -2Ni Al-10Cu-5Si -2Ni Al-10Cu-10Si -2Ni
各成分的钎料合金。 原材料为 Al(纯度 99.70%)、Cu (纯度 99.95%)、Ni (99.9%)、Si (纯度 99.3%)。 Si 以 Al-Si 中间合金形式加入。 石墨坩埚作感应坩埚。 钎 料合金熔完后保温 5 min，浇注成块状钎料 ，用于焊 接和性能测试。
2012 年 06 月
表 4 各钎料钎焊接头腐蚀前后的剪切强度 Tab.4 The shearing strength of brazed joints with various
brazing feller metals before and after corrosion
钎料
接头腐蚀前强度 /MPa 接头腐蚀后强度 /MPa
钎料
1#
2#
3#
4#
固相线温度 /℃ 液相线温度 /℃
525.3 535.4
517.1 539.8
518.1 580.3
513.9 546.5
度升至 580℃，而在 3# 钎料基础上增加其中 Si 含量 至 10%(即 4# 钎料)， 其液相线温度 又回降至 546.5 ℃。 3# 钎料液相线温度高于 Al-Si 共晶钎料熔化温 度， 且接近 6061 铝合金母材固相线温度， 不适于 6061 铝合金的钎焊。 2.2 焊缝组织分析
2 结果与讨论
2.1 钎料的熔化特性 钎料合金的熔化特性测试结果见表 2。 可见，2#
钎料的液相线温度与 1# 钎料相近，在 2# 钎料基础上 减少其中 Cu 含量至 10%(即 3# 钎料)， 其液相线温
表 2 钎料合金熔化特性 Tab.2 Melting characteristics of brazing feller metals
对 焊 缝 组 织 中 各 区 域 做 能 谱 分 析 (EDS)，结 果 见表 3。 三张图片焊缝中的黑色物的成分相近，从点 1 成分分析结果来看，黑色物可能是主要由 Al 元素 和 Cu 元素组成。 Al 基钎料钎焊铝合金时，母材与钎 料层通常以固溶体过渡，三种钎料钎焊 6061 铝合金 时，母材(三图中左侧部位)与钎料层之间过渡区域 的成分与点 1 及钎料层中黑色区域成分相近，因而， 这些黑色区域可能是含 Cu 的 Al 固溶体。 图 1(a)中 白色物主要由 Al 元素和 Cu 元素组成，其成分(表 3 中点 2)与金属间化合物 Al2Cu 相近。 1# 钎料为传统 的 Al-Si-Cu 钎料 HL401，其 成 分 为 Al-5Si-28Cu，根 据 文 献[3]，该 钎 料 组 织 中 存 在 大 量 Al2Cu 相 ，当 其 钎焊铝合金时焊缝组织中也可能形成大量 Al2Cu 化 合 物 ，因 此 ，推 断 图 1(a)中 白 色 物 主 要 由 化 合 物 相 Al2Cu 组成。 2# 钎料的焊缝组织中白色物减少，应与
(4) 焊缝组织分析： 采用 JLSM5910 扫描电镜观 察焊缝组织形貌；能谱仪分析各相成分，推测物相。
(5) 接头和钎料的抗腐蚀性试验： 将接头放在 (20±3)℃的人造海水(2.7%NaCl+ 0.1%KCl+ 0.1%Ca-
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Hot Working Technology 2012 , Vol.41 , No. 11
1#、2# 和 4# 三种钎料钎焊 6061 铝合金接头剪切 强度测试结果 见表 4。 可见，2# 和 4# 两种钎料 钎焊 6061 铝合金时， 接头强度远高于 1# 钎料；4# 钎料钎 焊强度又高于 2# 钎料。
《热加工工艺》 2012 年第 41 卷第 11 期
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金属铸锻焊技术 Casting·Forging·Welding
LIU Zhenglin, YANG Kaizhen, WANG Kai, LIU Fengmei
(Guangzhou Research Institute of Non-ferrous Metals, Guangzhou 510650, China)
Abstract：Melting characteristics, brazing strength, corrosion resistance of filler metals and joints of the Al-Si-Cu-Ni brazing filler metals for 6061 alloy brazing were studied. The results show that, the melting temperature of Al-Si-Cu-Ni brazing filler metals are close to the Al-Si-Cu solder HL401and the brazing strength, the corrosion resistance of filler metals and joints are better than HL401; Al-10Cu-10Si-2Ni filler matel with low melting temperature, high brazing strength and better corrosion resistance of joint is suitable for 6061 aluminum alloy brazing.
上半月出版
Casting·Forging·Welding 金属铸锻焊技术
Cl2+0.6%MgCl2+H2O)中浸泡 30 天，洗 净 、吹 干 后 测 试腐蚀后接头的剪切强度。 用动电位极化法评定钎 料的电化学行为，测试仪器使用恒电位仪(LM6 电化 学 工 作 站 ，ZAHNER)， 参 比 电 极 为 饱 和 甘 汞 电 极 (SCE)，辅助电极为铂电极。 在 3.5%NaCl 标准溶液 中测定合金在不同成分下线性极化曲线， 扫描速度 设定为 180 mV/min。
1#、2#、4# 钎料钎焊 6061 铝合金焊缝组织如图 1 所示。可见，三种钎料的钎焊焊缝中钎料层与母材过 渡层不明显 ；1# 钎料的焊缝由黑色基体和大量白色
块 状 物 组 成 ，2# 钎 料 的 焊 缝 与 1# 钎 料 的 焊 缝 相 比 ， 白色块状物减少，但增加了灰色区域(点 4)，4# 钎料的 焊缝与 2# 钎料的焊缝相比，白色块状物数域事实 上是由相间分布的极细的白色和黑色物相组成。
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