铝合金真空钎焊用低温铝基钎料的研究

从对比试验可以看出，低温钎料的润湿性能比 ＢＡｌ８６．５ｓｉＭ２钎料的有所改善，这是因为在Ａｌ。ｓｉ钎 料中加入ｃｕ后，钎料的润湿性显著增加“Ｊ，从而保 证了ＬＦ２１钎焊质量。 ３ １ ２钎料的流动性试验
ａ．相互垂直的两块板的一端放置钉料，观察流动 长度。试验结果：流动长度４０ｍｍ；
ｂ在波导与波导之间进行流动性试验，波导一端 切割９００和４５。角，并将两波导和盖板进行氩弧定位， 在波导一侧放置钎料，观察另一侧的流动情况。试验 结果：两侧流动均良好；
图５ Ａ１１９ｃｕ ９ｓｉ铝钎料组织
３．２钎焊接头性能的测定 ３ ２ １ 新钎料真空钎焊接头的剪切强度试验
根据国标ＧＢｌｌ３６３—８９《钎焊接头强度试验方 法》对低温钎料进行剪列强度试验，其接头形式如图 ６。分别取各组数据的平均值，剪切强度为８４．３ Ｎ／ｍｍ２，达到了母材的８０％。
２
｝
“▲
图６钎焊接头搭接剪切示意图（单位：ＩＩｌＩｎ） 万方数据
（下转第２１页）
航天制造技术
蹦年理月弟占期
表３缺陷修补后弹翼静力试验结果
编号
骨架缺陷情况
蒙皮缺陷情况
破坏部何
左骨架尾部有３５ⅡｕＥｌ×５册面积的缺料，其中一根桁 左右蒙皮均有大血积气孔点，边缘局部有 弹翼的主接头破坏
１’翼
条断裂。右骨架尾部有三根桁条断裂。
疏松、分层。
静力试验结果 最终破坏载荷１７１％
钎焊铝波导时要求钎料具有良好的流动性。为了 提高钎料的流动性，可在钎料中加入Ｂｉ、ｓｎ、ｚｎ等 元素”Ｊ，而锡、锌将降低钎料的抗腐蚀性，故采用加 铋的方法，当加铋量达到Ｏ．２％后，钎料的流动性已 明显改进，继续提高加铋量，对改善钎料流动性的作 用已不太明显，故加铋量定为Ｏ．２％。
铝钎料可通过加入微量的变质剂，细化其组织， 达到改善钎料性能的目的”】，稀土元素是一种有效的 变质剂。研究了混合稀土等变质剂对钎料组织的影 响，混合稀土凶价廉物美，作为重点研究对象。在钎 料中加入适量混合稀土能起细化钎料组织作用。最后 确定的钎料成分为１９ｃｕ、９ｓｉ、Ｏ．２Ｂｉ、适量混合稀十， 余量Ａ１，由于钎焊是在镁蒸气保护下的真空中进行， 钎料本身不含镁。
从图７可以看出，钎缝组织由白色铝固溶体Ⅱ相、 深色硅相和细小的铝铜相组成。同时可以看到在扩散 区中有些黑色质点组织（Ｓｉ相），可见ｓｉ在钎焊过程 中的扩散深度比较大，这样避免了Ｓｉ相的偏析而造成 对钎焊接头力学性能的恶化，大大提高了接头的强 度。由于钎焊时铝台金母材与钎料的相互作用，钎缝 中的铝固溶体量大大增加，有利于改善钎缝接头性 能。 ３ ３盐雾试验
关键词真空钎焊铝合金铝基钎料
１ 引言
铝合金由于具有密度小、比强度高等优点，在航 空、航天工业中已获得愈来愈广泛的应用。例如很多 传统的铜合金波导、高频器件已被铝合金所取代，利 用钎焊方法制造复杂的铝结构是最理想的方法。兆晶 铝硅钎料因具有良好的润湿性、流动性、钎焊接头的 抗腐蚀性和可加工性，是铝合金钎焊中应用最广的～ 种铝钎料…。但它也具有严重缺点：熔点较高（液相 线温度为５７７℃），钎焊温度均在６００℃以上，所以钎 焊温度非常接近于合金的固相线温度，易使母材发生 晶粒长大、溶蚀等现象。目前，美国、日本、欧洲等 研究机构对铝合金用低温铝基钎料进行了大量的研 究。日本的茅本隆司、恩泽忠男８’等人研究发现锗、 铟、镱和铜均可作为铝硅钎料的添加剂，降低钉料的 熔点，但锗、铟、镱的加入会使钎料脆性和耐腐蚀性 均遭到恶化，且价格昂贵，难以应用于实际生产；铜
按ＧＪＢｌ５０．１１—８６《军用设备环境试验方法》对 低温钎料和ＢＡｌ８６．５ｓｉＭｇ钎料焊接的典型波导进行 对比试验。低温钎料和ＢＡｌ８６．５ｓｉＭｇ钎料的焊缝及母 村表面均有不同程度的腐蚀，低温钎料的抗腐蚀性与 ＢＡｌ８６．５ｓｉＭｇ钎料和母材的接近，对焊缝表面加工 ０．１ｍｍ腐蚀面后，观察焊缝没有腐蚀现象。所以低温 钎料只有表面腐蚀，对焊缝强度没有太大影响，可满 足抗腐蚀性要求。
ｌｕｎｆ龇ｌｅｖ壮时 ４ Ｈｅｍｅ，Ｂ，Ｓ ａｌｌ虬ＫＦ
ｎｕｓｓ埘ｕｅｌｆｒwk.baidu.comｉｓ Ｈ叭ＩＯｋｎ
ｓｃｂⅧ㈣ｄ Ａｌｕ肌ｕｒＥｌＩｅｇｌｃｍｇｅⅡＩｒＩｉｔ ｎｌｃｄｄｇｓｃｌｌｍｅｌｊｅⅡｄ啪１“
Ｓｃｈｎｄｄ曲１９９３ ４２９～４３０
５ Ｈｄｌａｗ司１．Ａ Ｔｈｅ Ｇｒｏｗｍ ａｎｄ Ｓ呻ｃｔＩｌｒｅ ０ｆ Ｅｕｋ州ｃｓ ｗｌｔｌｌ Ｓ１１１ｃｏｎ ａｎｄ Ｇｅｒｍ舢ｕｍ Ｐｒｏｇ嘲ｓ ０ｎ Ｍａｔｅｎｄｓ Ｓｃｋｎｃｅ，１５（１）
图３钎料差热分析结果
黝省耳膳月第ｄ期
航天制造技术
３ １ ４钎料台金组织分析 由Ａ１．Ｓｉ．ｃｕ三元合金凝固后相分布图（图４）可
以看出，Ａ１一ｓｉ—ｃｕ合金凝固后，形成Ⅱ（Ａ１）＋Ｓｉ＋０ 相，合金中不会出现任何三元化合物，只是多出了ｓｉ 相。
３ ２．２接头微观组织分析 为了进一步分析钎缝接头的性能，利用电镜扫描
４结论
通过上述一系列的试验，得出以下结论： ａ．试验确定了低温钎料的化学成分为１９ｃｕ、９ｓｉ、 Ｏ．２Ｂｉ、适量混合稀土，余量Ａｌ，其熔点为５４３℃，钎 焊温度比ＢＡｌ８６．５ｓｉＭｇ降低了４０℃左右： ｂ．新钎料具有良好的流动性、润湿性以及较好的 抗腐蚀性，其接头性能与钎料ＢＡｌ８６．５ｓｉＭｇ接头性能 相当，完全满足ＬＦ２１铝合金钎焊的要求。
６结论
满足设计和使用要求，达到实用阶段并应用于生产。
ａ通过大量修补试片测试结果比较、分析，修补 应选用具有相融性较好的材料。修补试验结果证明： Ｊ－４７Ａ胶膜与碳，环氧无纬布材料对复合材料弹翼缺陷 修补较适宜，而修补强度较高，没有改变母体材料的 基本性能，因此碳／环氧复合材料弹翼骨架缺陷的修补 应采用相融性较好的碳／６４８环氧无纬布材料和Ｊ一４７Ａ 胶膜材料；
Ａｌ—ｓｉ—ｃｕ三元台金的液相线如图１。
ＳＩ
＾ｌ ４“Ｉ ／ ｝０
·。岛。８—１，ｅａ
见图２。
图２钎料润湿性对比
Ｄ一低温钎料Ｇ ＢＡｌ８６ ５ｓｌＭｇ钎料
图１ Ａ１一ｓｉ—ｃｕ舍金的液相线温度
由图１可以看出，该台金中有一三元共晶点Ｅ５， 其成分为Ａｌ一２８ｃｕ一５．５ｓｉ，熔点为５２５℃，能满足钎料 熔点要求，但该合金较脆，为了降低脆性，必须对成 分进行优化，其措施是减少含铜量，提高含硅量，最 终使合金的熔点和韧性都能满足要求，经多次试验， 优化后的成分是Ａｌ一１９ｃｕ．９ｓｉ。
万方数据
２１
铝合金真空钎焊用低温铝基钎料的研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
于文花， 肖爱群， 庄鸿寿 于文花,肖爱群(北京华航无线电测量技术研究所)， 庄鸿寿(北京航空航天大学)
航天制造技术 AEROSPACE MANUFACTURING TECHNOLOGY 2005(6) 3次
３试验及结果分析
３ １ 低温钎料的钎焊性能试验 ３ １ １钎料的润湿性试验
根据国标ＧＢｌｌ３６４—８９【“，在试片（母材为ＬＦ２１） ４０×４０×１上放置块钎料，取等质量的低温钎料和 ＢＡｌ８６．５ｓｉＭｇ钎料进行润湿性对比试验。其试验结果
万方数据
㈡≯～
Ｉ ¨Ｐ
ｊ卜～一一一？。。≥一。
３旁…糍一～磊篡≯一“—赛～５…。！
收稿日期：２００５．０９．２６
１０
万方数据
钎焊”ｊ。 分析能与铝形成共晶的合金特点，二元合金的熔
点不能满足要求，必须加入第三种元素。在Ａ１·ｓｉ－Ａｇ 三元合金中有一共晶成分，其熔点为５６３℃，它与 Ａ１．Ａｇ共晶熔点相差不大，无实用价值。
在三元合金中，只有Ａ１．ｓｉ．ｃｕ合金最有希望，
航天制造技术黝Ｆ年偿月第ｄ期
黝锣耳膳月第６期
航夫制造技术
铝合金真空钎焊用低温铝基钎料的研究
北京华航无线电测量技术研究所于文花肖爱群 北京航空航天大学庄鸿寿
摘要为了避免在铝合金焊接中产生晶粒长大、溶蚀等缺陷，提高铝合金的钎焊质量，本文在Ａｌ—ｓｉ共 晶钎料的基础上加入合金元素ｃｕ和其它微量元素，研制新的低熔点钎料，最后确定新钎料为Ａ１１９ｃｕ９ｓｉ。该钎 料的熔点为５４３℃，比ＢＡｌ ８６．５ｓｉＭｇ钎料的熔点降低了４ ０℃，试验结果表明新钎料具有良好的润湿性、流动性， 接头的剪切强度、抗腐蚀性能均满足铝合金钎焊要求。
ｃ．在波导与法兰盘之间进行流动性试验，观察钎 料的流动性情况。试验结果：在一面放置钎料，两面 流动均良好。 ３ １．３钎料熔点的测试
利用ｘｗＴ一４“ＤＴＡ型差热分析仪对钎料进行熔 点测试，低温钉料差热分析结果如图３。图３表示加 热曲线Ｌ测定的固相线温度为５１９℃，液相线温度为 ５４３℃。冷却曲线上测定的固相线温度和液相线温度 要低些，这是因为冷却时都会发生过冷现象。钎焊是 一个钎料加热和熔化的过程，故取加热时的数据，因 此，钎料的液相线温度比铝硅共晶钎料低４０℃左右， 钎料的熔化温度间隔也较小。
元素的加入量多时也会使钎料变脆及钎焊时出现对 母材的溶蚀，很难得到性能优良的钎焊接头。为此， 所研制的新钎料既要具有较低的熔点，又要保持良好 的机械性能。
本文通过分析既能降低铝熔点义能与铝形成共 晶合金的元素特性，选择合适的能降低铝熔点的元 素，对成分进行优化试验，同时考虑钎料的流动性和 组织特性，在钎料中加入适量提高钎料流动性和细化 组织的微量元素，经过试验确定铜、铋及微量元素为 添加剂，配制新钎料，对新钎料进行熔点、润湿性、 流动性、金相组织以及接头剪切强度、环境试验。
作者简介 张兴益（１９４５．），男（汉），湖北武汉人， 高级工程师，毕业于国防科技大学非 金属基复合材料专业；研究方向：复 合材料应用。
（上接第１２页） 参考文献
】邹僖钎焊北京：机械工业出版社．１９９４
２ 于志刚译茅丰隆司钎料Ａｌ－Ｇｅ—ｓｌ—Ｍｇ的研究轻金属溶解，
１９９５（”．１０】
３张启运，庄鸿寿，主编钎焊｝册北京：机械Ｔ业出版社，１９９９．４８
左骨架大面积疏松．局部贫胶、分层；右骨架尾部 左蒙皮内有夹杂物；右蒙皮贫胶， ２。翼
疏松、分层。
弹翼接头中心对合面开裂
左骨架尾部疏松、分层；右骨架尾部有８０ｒｍｘ６０ｍｍ 左蒙皮气扎点较多、也大；右蒙皮有灾杂 弹翼的骨架尾部被撕裂开
３”翼 的面积疏松。
物（三角形底１６０ｍ，高２００Ⅱｕｎ）。
最终破坏载荷１５７ ７％ 最终破坏载荷１８０％
２钎料的配制
为了降低钎料的熔点，必须寻找能降低铝熔点的 元素，能与铝形成共晶的合金见表１。
表１共晶元素及共晶温度
共晶温度，℃
５７７
５６７
５４８
４２０
３８１
由表１可知Ａｌ一７２Ａｇ的共晶温度５６７℃，与铝硅 共晶温度差不多，并且这种合金很脆，抗腐蚀性也不 高，不宜作钎料；Ａ１．３２．７Ｃｕ，熔点５４８℃，此合金因 含铜量高，脆性大：Ａ１一Ｇｅ、Ａ１．ｚｎ共晶温度仅４００℃ 左右，对降低钎料的温度作用极佳，但Ｇｅ是贵重元 素，价高并且极脆，而ｚｎ极易挥发，不易用于真空
６金属焊接国家标准委员台金属焊接国家标准汇编中国标准出版杜，
１９９０
７ ＭＯｎｄｄｆ０，ＬＦ，ＡｌｕｍｌｎｕｍＡｌｌＯｙｓ Ｓｔｍｃｍｒｅ ａｎｄＰｒｏｐｅｍｅｓ，ＢｕｎｅｒＷＯ咄ｓ，
Ｌｏｎｄｏｎ，１９７６：５１３
作者简介 于文花（１９７８－），女（汉族），山东 人，硕士，毕业于北京航空航天大 学机械学院材料加工工程专业；研 究方向：铝、钛、铜等及其合金的 钎焊、扩散焊等。
ｂ．对于有缺陷的碳／环氧复合材料骨架和蒙皮， 经修补，组装成整翼，并通过静力试验考核，破坏载 荷达到了设计载荷１５７％以上。试验结果证明：选择 的材料和修补方法是可行的，效果好，质量可靠，能
参考资料
ＣｏⅢＰｏｓｌｔｅ，ＢＯＥⅢＧ Ｄ一６－４４７１４ 蒋翌军．翟全胜，陈祥宝雷达覃修补研究纤维复台材料，１９９ ９（３ 复台材料设计于册航空Ｉ．业出版社，】９９０ １２ 赵渠森主编先进复合材料手册机械丁业出版社，２００３ ５
（ｓＥＭ）对低温钎料在５７０℃钎焊的ＬＦ２１铝合金接 头组织，如图７。
一§ｔ％（１” 图４ Ａ１．ｓｉ．ｃｕ三元合金凝固后相分布和溶解度变化
图７低温钎料钎焊ＬＦ２１母材的钎缝
为了进一步分析钎料的性能，钎料电镜扫描 （ｓＥＭ）组织图如图５。从钎料金相组织图看出，它 由白色铝固溶体ｌ、小块硅相２和细颗粒铝铜相３（脆 性相）组成。小块硅相２零星分布在铝【刮溶体基体中， 而且ｓｉ相的形状已经变成了球状聚集，应该是力学性 能较好的相，这在一定程度上弥补了０相带来的较大 脆性，所以有效地改善了钎料的塑性。