含Mg铝合金在Nocolok钎焊工艺的车用热交换器领域的应用

含Mg铝合金在Nocolok钎焊工艺的车用热交换器领域的应用凌亚标摘要：本文结合Nocolok铝钎焊原理和钎剂的发展，介绍含Mg铝合金在汽车铝制热交换器领域的应用及其复合材料的制造方法。关键词：铝合金镁Nocolok钎焊热交换器铝及其合金以其优异的性能在交通、建筑、化工等行业得到了广泛式热交换器方面的选用及其复合材应用。钎焊技术既精密又方便，且加料的制造方法。热均匀，适合批量生产，是铝及其合1．铝合金Nocolok钎焊技术金焊接加工中的一种重要方法。随着自70年代末，加拿大Alcan公钎焊技术的逐渐发展，一种无腐蚀钎司发明并制造的将之命名为Nocolok剂钎焊铝合金Nocolok钎焊技术已经钎剂(又名氟铝酸钾钎剂)以来，该成为汽车铝制热交换器行业的主流Nocolok钎焊工艺已经在全球铝制热生产工艺。但由于该工艺的钎剂存在交换器行业得到了广泛的应用。钎焊局限性，含Mg量高于0．3％的高强度合技术是金属连接的一种方法，由于铝金使用该工艺存在困难，但是，铝制及其合金表面存在一层致密、稳定的热交换器行业一直以追求小型化，高氧化膜，氧化膜的熔点远远高于铝合强度，低成本为目标，要求铝合金材金的熔点。在钎焊过程中，这层氧化料强度不断提高，同时厚度不断减薄膜会阻碍钎料流动、钎料润湿基体、来降低成本，在这些合金中往往会加钎料与基体的互相溶解等，使钎焊难入少量的Mg。但如何平衡钎焊工艺和以进行。因此，要得到良好的钎焊接含Mg量之间的关系，本文结合头质量，就必须破坏这层氧化膜。无Nocolok钎焊原理和钎剂的工作机论采用何种钎焊工艺，洁净的表面都是获得优质接头的重要前提。钎剂的3)使用软钎料钎焊时，由于钎料与主要用途之一就是使合金表面的氧母材之间电极电位的差异使接头的化膜与基体剥离。钎焊时，钎剂首先抗腐蚀性降低。熔化，在A1。0。表面铺展开来，使A1：O。七十年代后期发展起来的无腐薄膜解离、溶解，为钎焊顺利进行提蚀，不溶性Nocolok钎剂把铝合金的供可能。温度逐渐升高，熔融状态的钎焊带到了一个新的阶段。Nocolok钎料在母材上润湿、铺展，利用毛细钎剂是一种氟铝酸钾混盐，是由KF作用延伸到钎缝间隙处，与母材基体和A1F。两组分混合配制而成，主要应相互溶解并扩展，冷却凝固后形成钎用KF和A1F。的两个中间化合物焊接头。K。A1F6-KAlF。间的共晶点组成的熔盐。1．1铝合金Nocolok钎焊技术研究现近年来为了提高Nocolok钎剂的活状性，降低其熔点，以KF-A1F。钎剂为铝的钎焊与其他金属的钎焊相基础衍生出了许多氟化物钎剂，为了比较为困难，其主要原因在于：和这些钎剂相区别，本文把最初发展1)铝对氧的亲和力很大，很容易产发展起来的Nocolok钎剂称为生一层致密的氧化膜。Al的氧化膜化KF—A1F。钎剂。学性质十分稳定、熔点很高，难以去1．2KF—A1F。钎剂的去膜机理除。氧化膜的存在严重阻碍钎料对母一般认为，氟铝酸钾钎剂的去膜材的润湿，因此去除铝表面的氧化膜机理为：在熔融状态下，钎剂中含有是获得高质鼍钎焊接头的关键。K+、A13+、F离子和A1F。卜、AIF。离子团，2)使用硬钎料钎焊时，由于钎料的同时，由于A1。O。参加反应，在A1：0。低熔点同铝及铝合金的熔点相差不大，浓度区会形成A10F[tllAl0[离子团。所以必须严格控制钎焊温度。对于一当氧化铝与氟铝络离子接触时，产生些热处理强化铝合金来讲，还会因钎离子交换作用，使得氧化膜逐渐被溶焊加热而发生过时效或退火等软化解(1)等现象使母材性能下降。A1：0。+AlF6}—斗3A10F；Al20：+2F_+AIF．一——◆3A1OF2。氟化物钎剂已经在汽车用铝热另外KF—AIF。钎剂对含镁铝合金表交换器领域得到大量应用，技术上已面氧化膜的活性较低，大量实验表明经成熟。近年对该钎焊技术的研究从当Mg元素含量大于0．3％wt时[2]，研究钎剂本身向钎焊工艺及钎焊性由于KF—A1F。钎剂的去膜效果不佳，能转移。使得钎料在母材表面的流动性，润湿1．3KF—AIF。钎剂的局限性性下降。造成钎焊接头中存在大量的KF—A1F。钎剂具有不溶于水，无气孔、夹渣、未钎透等不致密性缺陷。腐蚀性等优点，而且对Al氧化膜也含镁铝合金的钎焊性能降低是由有较高的活性。但是KF-A1F3钎剂的于钎剂和Mg之间发生反应生成了应用有一定的局限性，其局限性主要KMgF。等化合物，这导致钎剂活性下表现在两个方面：降，液态钎料流动性和对母材的润湿1)KF—A1F。钎剂的熔点较高。程度降低。钎焊过程中钎剂和Mg的2)KF-A1F。钎剂不适合钎焊含镁相互作用产生高熔点的MgF：，KMgF。铝合金。等将会对钎剂的活性产生不利作用，众所周知，KF—A1F。钎剂所应用的但当钎焊温度高于610℃时，Mg和两个中间化合物K3A1F6-KAlF。间的共KAlF。反应，使KAlF。减少，反而会降低晶点为562℃，可以与其配合的钎料钎剂的熔点。两方面综合作用的结果，基本上就只有AI-Si钎料(固相线577将使钎剂在高温时流动性的降低不℃)了，因此钎焊温度总得在590。C会很剧烈，并能延长其活性期。钎焊-610。C。对于铝合金来讲，过烧温度含镁铝合金过程中，温度超过425℃高于610。C的只有少数几种，绝大多后Mg将快速的扩散至母材表面形成数铝合金，尤其是强度比较高的含Mg氧化镁和尖晶石[2]。钎焊温度下Mg热处理强化铝合金，过烧温度大多低和钎剂发生反应并且生成MgF。和于600。C，这就限制了高Mg铝合金的KMgF。、KflgF。，反应方程式如下：应用。3M90+2KAl只．M旷：+2贼旷。+A3M90+2KAl^=2MgF,+K：M舒·3M90+2K：AlF；=3K龇直_+Al：0：这些反应消耗了钎剂使作用于H。0钎剂，在高纯氮气保护下进行钎氧化膜的有效钎剂量减少，而且生成焊，工业铝合金的钎焊温度为590℃，的化合物熔点很高(KMgF。熔点为1070高纯铝合金的钎焊温度为600℃。文℃，MgF2熔点1400。C。)，在钎剂中溶中使用钎角形成率来表示不同铝合解度很小，同时这些反应改变了钎剂金的钎焊性。实验结果表明不含镁的成分提高了钎剂的熔点，降低了钎剂3003钎角形成率为100％，随着含镁量活性，阻碍了钎剂在母材表面的铺的增加钎角形成率不断下降，Mg含量展。大于2％是钎角形成率为0。但是钎剂2．含Mg铝合金的Nocolok钎焊的用量足够多时，钎焊含镁量为1％的含Mg铝合金钎焊的难点在于[3]：3004时，也可以达到几乎100％的钎角1)含Mg铝合金钎焊氧化膜成分复杂，形成率[4]，但是，在实际生产中，而且表面析出的Mg会与钎剂相互作钎剂用量应尽可能的少，否则给后续用，生成高熔点化合物，失去活性，的产品带来很多问题。KF—A1F。钎剂很难将其去除；2．2A1F3-CsF—KF系钎剂钎焊含镁铝2)含Mg铝合金尤其是含镁量较大的合金的去膜机理Al合金熔点较低，在钎焊时极易形成一般认为含CsF的改进型Nocolok母材过烧，使得母材力学性能下降。钎剂对含镁铝合金有特殊的活性，向另外对于一些含镁的热处理铝合金钎剂中添加一点Cs后，钎剂中所含的在钎焊过程中，如钎焊工艺不当会使CsaKbAlcFd与母材中的镁反应生成热处理铝合金过时效，降低母材的力熔点较低的CsMgF。和／或Cs。Mg。F。。，从学性能；而减少了阻碍钎剂润湿母材且提高3)钎焊接头要耐腐蚀性能优良。钎剂熔点的MgF：和KlVlgF。、K2MgF。的生2．1含Mg铝合金的钎焊性成[2]。含镁铝合金的钎焊性与合金的含有研究者[5，6]为了研究Mg对钎镁量有关。有人使用3000系工业铝合剂的反应，选用高Mg铝合金LY，。金及实验室制作的高纯度A卜Mg合金(AA2024)氧化膜与CsF—A1F。钎剂的对含镁铝合金使用Nocolok钎剂钎焊反应机制作了研究。研究认为时的可钎焊性作了详细研究。CsF-A1F。钎剂是以反应、溶解的机制实验使用KAI4-30mass％K。A1F6·去除LY。。铝合金表面氧化膜的。实验表明涂敷在LY。：铝合金板材表面的能发生如下反应：CsF-AIF。钎剂在500。C高温条件下可CsAl凡=C8F咄lF=8CsF+MgO+AI20：-M驴2+2AIFj+4Cs：0NH。AIF。和NH。F是钎剂制造过程中因性质不稳定而分解出HF，分解出的产生的副产品，含量很少，基本上不HF可能诱发并加速后面的反应进行影响CsF-AIF。钎剂的性能。但在实验[6，7]：过程中发现，NH。AIF。与NH。F在高温下8H}i斗MgO+Al：O：=M旷：+2AIF3+4H：08叶M酿l：q_M旷：+2AIF：+4H：0MnAI6+20HF-MnF2+6AlF5+1OH：另外钎剂在钎焊温度下会氧化合金的强度和耐腐蚀性，制造商一般镁和氧化铝反应生成一些均匀、致密在3003基础上进行成分调整，由于的复合熔盐体，如A1。0。·CsAIF，Nocolok钎剂应用的局限性，并且对MgAI：Si。0，其覆盖在铝合金表面，保于汽车热交换器的钎焊，要求表面留护新生的LY。：铝合金表面不被氧化从下尽可能少的钎剂残渣，而且不能清而促进钎料的漫流、铺展，使钎焊过洗，因此钎剂的浓度也要求尽量低，程顺利进行。一般浓度为5-10％，为满足这些条件，3．Nocolok钎焊用含Mg铝合金钎焊复一般复合板芯材的Mg含量控制在合板O．3％以下，它对于常规的钎剂是完全3．1两层或三层钎焊复合板可以钎焊的，为了使材料强度更高，在所有铝合金系列中，由于Al—MnMg含量还会增加，如果高于O．3％而低合金系列具有中等强度，钎焊性好，于0．5％Mg时，在常规的钎剂中加入适耐腐蚀性好等优点，因此，以3003为量的含Cs钎剂，也可以达到理想的钎典型合金常被应用于汽车热交换器焊效果，但由于Cs较昂贵，会使成本行业，而且成为主流合金，为了提高增加。因此一般低于0．3％Mg的铝合金芯材根据产品的结构，可以直接制作Mg合金作为芯材的钎焊复合板最佳成两层或三层钎焊复合板，即在芯材方法。当然，中间层的厚度是根据Mg的一侧直接复合钎焊合金4343或的含量，材料总厚度以及钎焊工艺来4045等。确定。一般厚度为0．6mm的复合板，3．2多层复合钎焊板它的中间层厚度为板材总厚度的我们把钎焊合金层和芯材合金10％。如复合合金4045(10％)／1050之间还有一层合金的复合板我们称(10％)／3003+0．45％Mg／1050(10％)为多层复合板。目前，铝制热交换器／4045(10％)，0．6mE的复合板已经常通常使用带钎料合金的铝复合板来被油冷器制造行业所应用。进行Nocolok钎焊，一般为三层复合，4．结论即芯材合金两侧或一侧直接复合钎本文通过对Nocolok钎剂钎焊原料合金，如4045或4343，这些芯材合理和钎剂的作用机理阐述，在钎焊时金的Mg含量一般低于0．3％。如果为了选用含Mg铝合金作为复合板芯材合进一步提高了铝合金的强度，可能在金时必须注意以下问题，当Mg含量低芯材合金中加入更高的Mg，那么我们于O．3％时用常规的Nocolok钎剂钎焊就要把该类合金制成多层复合板，即是可以的；如大于0．3％Mg时，应该使在芯材和钎焊层合金之间加一层用多层复合板，这样既解决了钎焊问1050或3003等合金。该层合金的作用题又获得了高强度的热交换器，目前是阻止芯材中的Mg向钎焊层合金表该类高Mg铝合金多层复合板被广泛面扩散，从而在钎焊过程中不会导致应用于高压油冷器，工程机械用车的Mg与钎剂的反应而使钎剂失去活性，水箱和中冷器等行业，多层钎焊复合使得钎焊过程顺利进行，这是使用高板是今后的一个发展趋势。参考文献1钱海东，高海燕等．铝用钎剂研究现状及展望．材料导报．2007年12月第21卷第12期：76-782HJohansson，TStenqvist，H-wSwidersky．ControIIdedAtmosphereBrazngofTreatableaIIoysWithCesiumFIUX．SoIvaymanufacture’Sspecification3董建．LYl2铝