專利名稱:空氣熱交換器用釬焊材料及釬劑的制作方法
本發(fā)明是關于空氣熱交換器用釬焊材料及釬劑，具體地說是一種含有Al、Sn元素的Zn基三元合金。
空氣熱交換器的散熱管一般是用紫銅、青銅制造的，但也有用黑色金屬制造的，黑色金屬制造的散熱管使用純Zn即能釬焊。紫銅或青銅做的散熱管，傳統(tǒng)上是用純錫或高錫合金做釬料。空氣熱交換器是現(xiàn)代工程技術中制冷和制熱的通用設備凡是加熱、烘干、降溫、降濕、發(fā)酵、冷凍、空調都廣泛應用。在空氣熱交換器的生產中需用釬焊材料數(shù)量很大，國內用量在千噸以上。而錫資源國內外十分短缺，影響生產正常進行。研究開發(fā)新的釬焊材料，國內外做了大量工作?，F(xiàn)在，美、英、日等國在這一領域中所用的釬料一般為純錫或高錫，高鉛合金，有些成分中含有Ag、In貴金屬。有關文獻記載的合金釬料舉例如下95%Pb-5%In;97.5%Pb-1%Sn-1.5%Ag;93.5%Pb-5%Sn-1.5%Ag;91%Pb-5%Sn-4%Sb。這些合金成分中，鉛含量很高，釬焊時鉛蒸氣毒害大，含貴金屬元素，不僅成本高，使用量大同樣存在資源困難。
國內空氣熱交換器使用的釬焊材料，據(jù)文獻報道有如下幾種60%Sn-40%Pb;85%Zn-15%Sn;40-60%Sn-60-40%Pb。
上述釬焊材料，錫的含量仍舊比較高，最高的60%，最低的亦達15%。另外，鉛含量也較高。
蘇聯(lián)對待錫釬焊材料的研究工作開展較早，1963年出版的“
”報道二種鋅基釬焊材料，其合金成分如表1表1
據(jù)稱，上述釬焊材料可用于銅、銅合金及低碳鋼釬焊，其配套釬劑是NaF5%，ZnCl237%，LiCl16%，KCl31%NaCl6%，NH4Cl5%。但經生產中實際應用，釬料流布性差，不能在空氣熱交換器散熱管釬焊上應用。
鄧健著《釬焊》報道鋁用釬焊料，其合金成份如表2
表2
上述配方不能用于釬焊銅，更不能用于釬焊焊縫多、形狀復雜的空氣熱交換器散熱管。
本發(fā)明的目的在于研制一種適合于空氣熱交換器散熱管用的釬焊材料，要求合金元素資源豐富，價格便宜，熔點不高于400℃，釬焊工藝性好，焊縫強度高。
本發(fā)明是空氣熱交換器用的一種以Zn為基含有Al、Sn元素的合金，合金元素的重量百分比是Zn91-93%，Al3.5-5.5%，Sn3.5-4.5%，最佳百分比為Zn92%，Al4.5%，Sn3.5%。合金中，Zn、Sn元素對Cu的親和力強，提高焊縫強度，Al元素能降低合金熔點。Al元素含量控制在3.5-5.5%接近共晶成分，若超出此范圍合金熔點反而升高，Al元素含量超過7.5%，液面出現(xiàn)浮渣，影響浸鍍工件質量。Sn元素含量越高，當然合金流動性越好，焊縫強度也會提高，但本發(fā)明的目的就是要最大限度的降低Sn元素含量，同時又能以滿足釬焊工藝要求為原則，故此Sn元素含量控制在3.5-4.5%之間。
本發(fā)明釬料的熔點是372℃，粘度小，活性強，表面張力小，有良好的工藝性。合金成分中不含有毒元素Pb，浸鍍時減少了毒害煙霧污染;不含有貴重金屬In、Ag等，合金元素資源豐富?？諝鉄峤粨Q器螺旋繞片式散熱管焊縫形狀復雜，翅片與管子基本上是線狀接觸，要求釬焊強度高，工藝性好，本發(fā)明釬料完全可以滿足空氣熱交換器散熱管釬焊的技術要求，焊縫強度20-27.16Kgf，釬料導熱系數(shù)＝0.227。本發(fā)明釬料與國內現(xiàn)用的幾種釬料性能對比如表3。
表3數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明釬料其熔點比純錫熔點高140℃，比Pb-Sn合金釬料熔點高190℃，使用本釬料焊接的散熱管可以在比較高的溫度下工作，導熱系數(shù)大，傳熱性能好，提高了空氣熱交換器整機的技術指標。
一般來說，釬劑與釬料是配套使用的，不同的釬料需要使用不同的釬劑?？諝鉄峤粨Q器散熱管浸鍍之前，一般油污較多，這些油污和表面氧化物必須清除干凈。前述蘇聯(lián)文獻報道的釬劑，其中LiCl有毒害污染，HCl腐蝕性強，組成成分多。與本發(fā)明釬料配套使用的釬劑由ZnCl2、NH4Cl和KCl的飽和水溶液組成。其重量百分比是ZnCl255-65%，NH4Cl13-23%，KCl17-27%，其最佳配比是ZnCl260%，NH4Cl18%，KCl22%，其中，ZnCl2具有清除散熱管表面油污及氧化膜，并抑制工件再次氧化的作用，改善釬料潤濕性，NH4Cl提高釬劑活性，KCl降低釬劑內聚力，增加流動性。本發(fā)明釬劑與Zn基Al、Sn合金釬料搭配，具有最為合適的熔點、潤濕性，在400℃左右釬焊能非常有效地實現(xiàn)。
本發(fā)明釬料及釬劑的制造方法。
釬料的熔煉工藝如下原材料精鋅錠含鋅99.995%，特1號金屬鋁含鋁99.7%，特1號金屬錫含錫99.97%。
采用鐵坩鍋爐，煤氣加熱煉。坩鍋清理干凈，烘熱至100℃左右，將按本發(fā)明釬料配比稱量好的爐料，依鋁錠、鋅錠順序一次加入爐內，升溫至680℃，全部熔化時，投入錫錠，充分攪拌，扒渣，加入精煉劑ZnCl2精煉，最后攪拌扒渣。降溫至390-410℃即可進行釬焊?；蛘邼茶T成錠，供用戶使用。
釬劑制造工藝如下按本發(fā)明釬劑配方比例，稱取工業(yè)純級ZnCl2、NH4Cl、KCl放置于塑料桶內，加入自來配制飽和水溶液，即有白色沉淀為止，此時溶液比重約為1.62。
實施例。按重量比為Al 4.5%，Zn 92%，Sn 3.5%的成分配料，在鐵坩鍋爐中熔煉制成釬焊料，例入釬焊槽內，在390-410℃之間保溫，準備釬焊螺旋繞片式紫銅空氣熱交換器散熱管。釬焊前，將繞有紫銅波紋片的紫銅散熱管浸在ZnCl2溶液中約1-2分鐘，隨后甩干，再浸入按本發(fā)明釬劑配方比例配制的溶液中約1-2分鐘，取出來甩掉過量的釬劑，使散熱管保持潮濕狀態(tài)。然后用工具夾牢散熱管兩端，浸入釬料中，在合金液體下面擺動三次，在2-4秒鐘內取出，即獲得高質量工件。工作焊縫強度接近用純錫釬焊產品焊縫強度。用這種釬料，釬劑及釬焊工藝可以釬焊24寸至78寸各種規(guī)格長度的散熱管。合格率達95%以上。
附圖1本發(fā)明釬料的金相組織為初晶(以Zn為基的固溶
)十共晶的金相組織圖。
附圖2及附圖3本發(fā)明釬料焊接的空氣熱交換器散熱管焊縫剖面的金相組織圖。黑色部分為焊縫中釬料，釬料與母材之間的白色帶狀是擴散層，深灰色部分為基體紫銅?？梢娫阝F料與母材界面上發(fā)生了一系列物理的與化學的反應過程，正是由于這一過程形成了不可分離的釬焊焊縫。
本發(fā)明釬焊材料合金資源豐富，含Sn量低，其價格僅為純錫釬料的10%左右。據(jù)不完全統(tǒng)計，上海地區(qū)類似用途的釬焊用錫，每年在300噸以上。全國每年1000噸以上。若推廣應用本發(fā)明釬料，僅上海地區(qū)一年可節(jié)約資金800萬元以上，最為重要的是最大限度的降低了Sn金屬用量。
權利要求
1.空氣熱交換器用的一種以Zn為基含有Al元素的釬焊材料，其特征在于它為Zn、Al、Sm合金，合金元素的重量百分比是Zn91-93%，Al3.5-5.5%，Sm3.5-4.5%最佳百分比是Zn92%，Al4.5%，Sm3.5%，合金中Zm、Sn元素對Cu的親和力強，提高焊縫強度，Sn元素改善釬料流布性和潤濕性，Al元素降低合金熔點。
2.一種由NH4Cl，ZnCl2和KCl組成的釬劑，其特征在于其重量百分組成是ZnCl255-65%，NH4Cl 13-23%，KCl 17-27%的飽和水溶液。
3.如權利要求
2所述的釬劑，其特征在于其最佳重量百分組成是ZnCl260%，NH4Cl 18%，KCl22%的飽和水溶液。
專利摘要
本發(fā)明空氣熱交換器用釬焊材料是以Zn為基含有Al、Sn元素的合金，其重量百分組成是Zn91—93％，Al3.5—5.5％Sn3.5—4.5％，與本釬料配套使用釬劑是ZnCl
文檔編號B23K35/362GK87106949SQ87106949
公開日1988年7月13日 申請日期1987年10月20日
發(fā)明者唐仁輝, 余強中, 童康年, 胡建時 申請人:國家機械工業(yè)委員會上海材料研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan