6061铝合金钎焊 文档

用Al-Si-20Cu作为基体钎焊6061-T6铝合金

【摘要】本次实验研究用Al-12Si, Al-9.6Si-20Cu, and Al-7Si-20Cu-2Sn作为焊料在低于550摄氏度的较低温度下钎焊6061-T6铝合金时的接头强度。然后把这些钎焊街头经过拉伸实验之后放在扫描电子显微镜下进行观察。用Al-7Si-20Cu-2Sn 作为焊料的钎焊接头在504到526摄氏度之间比传统的Al-12Si焊料有更好的完整性。结果表明经过T6处理的6061铝合金作为母材并且用这种新的钎焊钎料在550℃钎焊并保温60分他的接头强度大约为121MPa。

【关键词】6061铝合金，Al-12Si，Al-Si-20Cu ，钎焊，焊料

1 介绍

由于铝及铝合金的这些特点，例如高强度、低成本和优越的耐腐蚀，因此铝及铝合金被广泛的应用在航空、汽车、建设等行业。同时,由于他们的导热性能好,他们往往被用做热交换器。钎焊已被视为最重要的一个加入铝组件生产的方法。铝钎焊中可用填充金属通常是基于一个周围成分为Al-12Si共晶成分的铝合金系。然而，为了实现高强度连接，用铝硅填充金属钎焊时在590℃-610℃温度范围内执行非常见效，这个温度是接近甚至高于大多数铝合金的熔点。因此，铝工件钎焊后将全部或部分熔融，或者它的力学性能会大大下降。

显然，大部分铝合金钎焊还需要开发新的熔点较低的填充金属。为了这个目的，在未来十年里还需要做很多努力。Humpston et al. 和 Jacobson et al.报道一种Al-5Si-20Cu-2Ni填充金属的融化温度在518℃到538℃之内。当用这种填充金属钎焊3001铝合金时可以获得剪切强度超过75MPa的焊件。早些时候，Suzuki et al.已经引进一种熔点为535℃的Al-4.2Si-40Zn共晶填充金属，但是这种填充金属的劣势在于锌非常容易吸收蒸汽后被氧化，这可能成为一个钎焊过程中的障碍。在这项研究中，铝合金钎焊发展一种新的Al-7Si-20Cu-2Sn填充金属。这种填充金属钎焊6061铝合金时比用Al-12Si 和游离锌 Al-9.6Si-20Cu 这两种填充金属好。

2 实验

氧化铝陶瓷坩埚中制备的Al-Si-20Cu基填充金属放入一个空气炉中。首先，Al-12Si铝合金在700℃时被融化，然后升温到1000℃。往熔融的Al-Si-20Cu 合金中加入约占总重量20％的铜。其次，最终的Al-7Si-20Cu-2Sn成分被扔进一个不锈钢模具。在以前的作者的文章中说到，通过差热分析得基于Al-Si-20Cu 的Al-9.6Si-Cu 和Al-7Si-20Cu-2Sn这两种填充金属的熔点范围分别是524℃-543℃和504℃-526℃。

对这两种填充金属的焊接性进行分析，所用的6061-T6铝合金圆柱式样直径22mm长50mm。准备粘结，试样表面用400的碳化硅砂纸打磨；然后，用蒸馏水清洗式样后迅速放入丙酮中浸泡5分钟。表1显示了化学成分、斜线和液相线和6061-T6组织的抗拉强度极限。

将0.2mm厚的填充金属夹在两个6061-T6铝合金棒中间。新的铝合金钎焊在一个真空炉中，其炉中温度为550℃、压力为 5×10∧25 torr，而用传统的Al-12Si填充金属钎焊时温度为600℃。钎焊后，有些式样在T6回火环境下焊后热处理，这固溶体在520℃下保持1.5小时，取出后水淬，然后继续在175℃下持续8小时。观察焊后接头的显微结构用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)。用10 vol.% H3PO4 在 50℃下浸蚀60 s 。为了评估连结的强度室温下的平均拉应力极限在拉伸速率为10∧－3每秒下决定并取这3个试件的平均值。图1显示了拉伸试件的实验规模。

注：对接(butt joint)

G:标准长度50.00±0.06mm

D:直径10.00±0.02mm

R:圆角半径，分4mm

A:减少部分长度，分60mm

图一拉伸试样接头尺寸

图二（a）在600℃钎焊并保温30分钟后Al-12Si/6061-T6接头在扫描电镜显微

镜下的拉伸断裂表面图片，（b）为（a）扩大后的细节图片

表1 6061 - T6合金的化学组成、斜杠(Ts)和液相线(T L),极限抗拉强度(σUTS)

化学成分（%）

合金Mn Mg Si Cu Cr Al Ts(℃) T L（℃）（σUTS）(MP) 6061-T6 0.01 1.10 0.61 0.25 0.12 其余592 654 331

3 结果和讨论

传统的Al-12Si填充金属有一个共晶点大约是577℃；因此，钎焊过程不会

在550℃不会被应用。用这种填充金属钎焊温度升高到600℃时6061-T6铝合金才

可以结合。然而，结合强度大约保持在60MPa。显然，在这种条件下钎焊6061-T6

铝合金会造成质量很差的接头。图2表明在600℃下保温30分钟Al-12Si/6061-T6

钎焊接头的拉伸断裂表面的照片上可以看到其包含着许多黑暗的区域。当钎焊温

度仅稍高于Al-12Si焊料的液相线温度时，Al-12Si焊料的润湿性相比于6061-T6

焊料是差的，这导致了在钎焊区域形成空隙并具有较低的强度。然而，当钎焊温

度远超过600℃是并不适用和不切实际的，因为这将使6061铝合金工件在工业炉

中存在部分熔融的风险。

图3 (a) 在550℃钎焊并保温30分钟后Al-9.6Si- 20Cu/6061-T6接头在扫描电镜显微镜下的拉伸断裂表面图片，（b）为（a）扩大后的细节图片

表2 钎焊条件和6061-T6铝合金钎焊试件接头强度

接头强度（MPa）填充金属钎焊条件钎焊后热力学处

理

Al-12Si 550℃，30min 失败

Al-12Si 550℃，60min 失败

Al-9.6Si-20Cu 550℃，30min 41±15

Al-9.6Si-20Cu 550℃，60min T6 56±11

Al-7Si--20Cu-2Sn 550℃，30min 62±11

Al-7Si--20Cu-2Sn 550℃，60min T6 121±9

（a）T6回火条件：解决方案是放置在520℃中1.5小时、水淬，然后置于175℃中8小时