一种水溶性铝硅焊膏及其制备方法与流程

1.本发明属于焊接材料技术领域，尤其涉及一种水溶性铝硅焊膏及其制备方法。


背景技术：

2.铝及铝合金，由于密度小、热导和电导率高，被广泛应用于人造卫星、火箭、导弹、飞机、汽车水箱和空调散热器等多领域行业上，由此涉及铝、铝合金和不锈钢之间的焊接也越来越多。传统的铝焊接材料，为粉状的钎剂和粉状、丝状、箔状和片状的钎料相搭配使用。但随着时代的发展和科技的进步，所焊产品的种类日益增多，焊接工件小型化、接头形式不规则和多样化、焊接工艺自动化等，渐渐成为流行和趋势。传统的焊接材料已不能满足现代焊接的要求，基于此，集铝钎剂、铝钎料和成膏体于一身，具有方便性、灵活性和高效性特点的铝焊膏，便应运而生。
3.铝钎剂，主要用于去除母材和铝钎料表面氧化皮的化学辅助作用；铝钎料，主要用于将两个母材实现牢固冶金连接的主体焊合作用。两者搭配使用，缺一不可，铝钎剂的作用在前，铝钎料的作用在后。成膏体是联系铝钎料和铝钎剂的桥梁和纽带。成膏体应满足以下条件：膏体能将铝钎剂和铝钎料很好地结合在一起，并与铝钎剂和钎料稳定共存、不发生化学反应；膏体无刺激性气味，适合工厂作业；膏体在铝钎剂和钎料熔化前易于挥发；膏体挥发或灼烧后不积碳、无残留。
4.传统的油性或溶剂型的成膏体是以油性有机物为载体，由于其油腻，会导致环境卫生不易清洁；加热焊接时会产生烟雾，不环保；裂解难完全，焊后会残留积碳等问题。水性成膏体虽然可以避免使用有机物，非常环保，但是却有两方面缺陷：水由于粘度低，不能将铝钎剂钎料有效地粘合在一起；若以水为载体，由于粉状铝钎料的化学活泼性，它会和水发生化学反应，导致铝钎料氧化皮增厚，影响焊接质量。


技术实现要素：

5.基于上述技术问题，本发明提供了一种水溶性铝硅焊膏及其制备方法，该水溶性铝硅焊膏在具有环保性和贮存稳定性的同时，能有效提高焊膏的钎焊性。
6.本发明提出的一种水溶性铝硅焊膏，包括：铝硅合金钎焊粉45-65wt％、氟化物类钎焊剂5-35wt％和水性成膏体10-45wt％；
7.其中，所述水性成膏体包括：水性丙烯酸酯类聚合物5-30wt％和水性溶剂70-95wt％；
8.所述水性丙烯酸酯类聚合物是通过将丙烯酸酯单体、含羟基丙烯酸酯类亲水性单体和苯乙烯类疏水性单体进行共聚反应得到。
9.本发明所述焊膏中，水性成膏体是由水性丙烯酸酯类聚合物与水性溶剂组成，该水性丙烯酸酯类聚合物包括了含羟基丙烯酸酯类亲水性单体和苯乙烯类疏水性单体，由此赋予所述水性丙烯酸酯类聚合物同时具有亲水性和亲油性的两亲特性，一方面，极性亲水的羟基基团与铝硅合金粉之间形成有效亲和，因此可以对铝硅合金钎焊粉进行包覆，既有
助于铝硅合金钎焊粉在水性溶剂中分散，又能隔断铝硅合金钎焊粉和水性溶剂或水的接触，从而避免与水发生反应，获得较高的贮存稳定性；另一方面，同时具有亲水性和亲油性的两亲特性的水性丙烯酸酯类聚合物在水中能够调配焊膏具有适当的粘度和流变性，防止铝硅合金钎焊粉和氟化物类钎焊剂之间产生分层，获得较高的抗沉降性，确保焊接质量稳定。
10.优选地，所述丙烯酸酯单体、含羟基丙烯酸酯类亲水性单体和苯乙烯类疏水性单体的质量比为3-6:1-2:1-4。
11.本发明中，水性丙烯酸酯类聚合物在上述含量配比下能更好的保证成膏体的粘度，更能有效提高以此成膏体制成的铝硅焊膏的焊接性能。
12.优选地，所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种；所述含羟基丙烯酸酯类亲水性单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯或甲基丙烯酸聚乙二醇酯中的至少一种；所述苯乙烯类疏水性单体为苯乙烯、对甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯或对氯苯乙烯中的至少一种。
13.优选地，所述水性溶剂为水、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙二醇甲醚或乙二醇丁醚中的至少一种。
14.优选地，所述铝硅合金钎焊粉为铝-硅合金、铝-硅-锌合金、铝-硅-镁合金或铝-硅-铜合金中的至少一种；
15.优选地，所述铝硅合金钎焊粉为铝-12硅合金、铝-10硅合金或铝-10硅-1锌合金中的至少一种。
16.优选地，所述氟化物类钎焊剂为氟铝酸钾、氟化钾、氟化铝、氟化锂、氟化钠、氟化铯、氟铝酸钾-铯络合物、氟铝酸铯、氟锌酸钾或氟锌酸铯中的至少一种。
17.优选地，所述氟化物类钎焊剂包括：氟化铝25-40wt％、氟化钾25-30wt％、氟化锂5-10wt％、氟铝酸钾10-25wt％和氟化铯10-20wt％。
18.本发明中，通过控制特定配比和含量的铝硅合金钎焊粉和氟化物类钎焊剂，从而更好的发挥钎焊粉和钎焊剂的作用，同时大大提高焊接产品的质量。
19.本发明提出了一种水溶性铝硅焊膏的制备方法，包括：按设计比例将所述铝硅合金钎焊粉和氟化物类钎焊剂以及水性成膏体混匀，即得到所述水溶性铝硅焊膏。
20.本发明还提出一种上述水溶性铝硅焊膏在铝制品钎焊中的应用。
21.优选地，所述应用包括：将所述焊膏涂布于所述铝制品上，组装后进行加热。
22.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
23.(1)本发明中，所述成膏体中含有水性丙烯酸酯类聚合物，既能隔断铝硅合金钎焊粉和水接触，确保焊膏的贮存稳定性能，又能提高焊膏体系粘度，抗沉降性能亦大大提高。
24.(2)本发明中，所述铝硅焊膏具有适当的粘度和流变性，容易涂覆在需要连接的部位；具有膏体稳定，储存过程中不易发生沉降分层，钎焊接头的抗腐蚀性强的特点；具有良好的焊接特性，焊接后焊缝界面致密、气密性良好、抗拉强度良好，并且焊后残留物低。
附图说明
25.图1为本发明实施例1所述铝硅焊膏图。
具体实施方式
26.下面，本发明通过具体实施例对所述技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
27.实施例1
28.本实施例提出一种水溶性铝硅焊膏，其是通过下述方法制备得到：
29.铝硅合金钎焊粉的制备：将al-12si合金用中频感应炉进行熔炼，再用超声离心雾化的方式制粉，得到平均粒径为30μm的球形铝硅合金钎焊粉；
30.氟化物类钎焊剂的制备：按重量百分比将氟化铝35wt％、氟化钾28wt％、氟化锂7wt％、氟铝酸钾16wt％和氟化铯14wt％进行混料并球磨，球磨均匀后，得到粉末状氟化物类钎焊剂；
31.水性成膏体的制备：按重量份将0.5份引发剂偶氮二异丁腈溶于50份丙酮中，再加入将15份甲基丙烯酸甲酯、5份丙烯酸丁酯、7份甲基丙烯酸羟乙酯和11份苯乙烯、2份丙烯酸，水浴中加热并搅拌反应，使温度维持在70℃冷凝回流，6h后结束反应，搅拌水化，并蒸馏除去丙酮溶剂，加入ph调节剂调至中性，即得到水性丙烯酸酯聚合物；将所述水性丙烯酸酯聚合物与水搅拌混匀，得到水性丙烯酸酯类聚合物含量为20wt％的水性成膏体；
32.水溶性铝硅焊膏的制备：按重量百分比将所述铝硅合金钎焊粉56wt％和氟化物类钎焊剂25wt％以及水性成膏体19wt％混料后，在搅拌速率为30r/min条件下搅拌混匀，密封静止24h后，即得到所述水溶性铝硅焊膏。
33.该实施例所得水溶性铝硅焊膏参照图1所示，由图1可知，该实施例所得水溶性铝硅焊膏膏体黏度适中，流动性好，1个月内都不发生沉降和分层，且没有气泡产生。
34.实施例2
35.本实施例提出一种水溶性铝硅焊膏，其是通过下述方法制备得到：
36.铝硅合金钎焊粉的制备：将al-12si合金用中频感应炉进行熔炼，再用超声离心雾化的方式制粉，得到平均粒径为30μm的球形铝硅合金钎焊粉；
37.氟化物类钎焊剂的制备：按重量百分比将氟化铝30wt％、氟化钾30wt％、氟化锂5wt％、氟铝酸钾25wt％和氟化铯10wt％进行混料并球磨，球磨均匀后，得到粉末状氟化物类钎焊剂；
38.水性成膏体的制备：按重量份将0.5份引发剂偶氮二异丁腈溶于50份丙酮中，再加入将10份甲基丙烯酸甲酯、5份甲基丙烯酸正丁酯、5份丙烯酸丁酯、7份甲基丙烯酸羟乙酯和11份苯乙烯、2份丙烯酸，水浴中加热并搅拌反应，使温度维持在70℃冷凝回流，6h后结束反应，搅拌水化，并蒸馏除去丙酮溶剂，加入ph调节剂调至中性，即得到水性丙烯酸酯聚合物；将所述水性丙烯酸酯聚合物与水搅拌混匀，得到水性丙烯酸酯类聚合物含量为20wt％的水性成膏体；
39.水溶性铝硅焊膏的制备：按重量百分比将所述铝硅合金钎焊粉65wt％和氟化物类钎焊剂25wt％以及水性成膏体10wt％混料后，在搅拌速率为30r/min条件下搅拌混匀，密封静止24h后，即得到所述水溶性铝硅焊膏。
40.该实施例所得水溶性铝硅焊膏膏体黏度适中，流动性好，1个月内都不发生沉降和分层，且没有气泡产生。
41.实施例3
42.本实施例提出一种水溶性铝硅焊膏，其是通过下述方法制备得到：
43.铝硅合金钎焊粉的制备：将al-12si合金用中频感应炉进行熔炼，再用超声离心雾化的方式制粉，得到平均粒径为30μm的球形铝硅合金钎焊粉；
44.氟化物类钎焊剂的制备：按重量百分比将氟化铝35wt％、氟化钾25wt％、氟化锂10wt％、氟铝酸钾10wt％和氟化铯20wt％进行混料并球磨，球磨均匀后，得到粉末状氟化物类钎焊剂；
45.水性成膏体的制备：按重量份将0.5份引发剂偶氮二异丁腈溶于50份丙酮中，再加入将15份甲基丙烯酸甲酯、5份丙烯酸丁酯、8份甲基丙烯酸羟丙酯和10份苯乙烯、2份丙烯酸，水浴中加热并搅拌反应，使温度维持在70℃冷凝回流，6h后结束反应，搅拌水化，并蒸馏除去丙酮溶剂，加入ph调节剂调至中性，即得到水性丙烯酸酯聚合物；将所述水性丙烯酸酯聚合物与水搅拌混匀，得到水性丙烯酸酯类聚合物含量为20wt％的水性成膏体；
46.水溶性铝硅焊膏的制备：按重量百分比将所述铝硅合金钎焊粉45wt％和氟化物类钎焊剂20wt％以及水性成膏体35wt％混料后，在搅拌速度为30r/min条件下搅拌混匀，密封静止24h后，即得到所述水溶性铝硅焊膏。
47.该实施例所得水溶性铝硅焊膏膏体黏度适中，流动性好，1个月内都不发生沉降和分层，且没有气泡产生。
48.实施例4
49.本实施例提出一种水溶性铝硅焊膏，其是通过下述方法制备得到：
50.铝硅合金钎焊粉的制备：将al-10si合金用中频感应炉进行熔炼，再用超声离心雾化的方式制粉，得到平均粒径为30μm的球形铝硅合金钎焊粉；
51.氟化物类钎焊剂的制备：按重量百分比将氟化铝35wt％、氟化钾28wt％、氟化锂7wt％、氟铝酸钾16wt％和氟化铯14wt％进行混料并球磨，球磨均匀后，得到粉末状氟化物类钎焊剂；
52.水性成膏体的制备：按重量份将0.5份引发剂偶氮二异丁腈溶于60份丙酮中，再加入将10份甲基丙烯酸甲酯、5份丙烯酸丁酯、10份甲基丙烯酸羟乙酯和20份苯乙烯、2份丙烯酸，水浴中加热并搅拌反应，使温度维持在70℃冷凝回流，6h后结束反应，搅拌水化，并蒸馏除去丙酮溶剂，加入ph调节剂调至中性，即得到水性丙烯酸酯聚合物；将所述水性丙烯酸酯聚合物与水搅拌混匀，得到水性丙烯酸酯类聚合物含量为20wt％的水性成膏体；
53.水溶性铝硅焊膏的制备：按重量百分比将所述铝硅合金钎焊粉56wt％和氟化物类钎焊剂25wt％以及水性成膏体19wt％混料后，在搅拌速度为30r/min条件下搅拌混匀，密封静止24h后，即得到所述水溶性铝硅焊膏。
54.该实施例所得水溶性铝硅焊膏膏体黏度适中，流动性好，1个月内都不发生沉降和分层，且没有气泡产生。
55.对比例1
56.本对比例提出一种水溶性铝硅焊膏，其是通过下述方法制备得到：
57.铝硅合金钎焊粉的制备：将al-12si合金用中频感应炉进行熔炼，再用超声离心雾化的方式制粉，得到平均粒径为30μm的球形铝硅合金钎焊粉；
58.氟化物类钎焊剂的制备：按重量百分比将氟化铝35wt％、氟化钾28wt％、氟化锂7wt％、氟铝酸钾16wt％和氟化铯14wt％进行混料并球磨，球磨均匀后，得到粉末状氟化物
类钎焊剂；
59.水溶性铝硅焊膏的制备：按重量百分比将所述铝硅合金钎焊粉56wt％和氟化物类钎焊剂25wt％以及水19wt％混料后，在搅拌速度为30r/min条件下搅拌混匀，密封静止24h后，即得到所述水溶性铝硅焊膏。
60.该对比例所得水溶性铝硅焊膏膏体粘度较小、稠度较稀，氟化物类钎焊剂和铝硅合金钎焊粉发生分离，并浮于铝硅合金钎焊粉的上面，20min内开始有气泡产生，2h内就开始分层。
61.对比例2
62.本对比例提出一种水溶性铝硅焊膏，其是通过下述方法制备得到：
63.铝硅合金钎焊粉的制备：将al-12si合金用中频感应炉进行熔炼，再用超声离心雾化的方式制粉，得到平均粒径为30μm的球形铝硅合金钎焊粉；
64.氟化物类钎焊剂的制备：按重量百分比将氟化铝35wt％、氟化钾28wt％、氟化锂7wt％、氟铝酸钾16wt％和氟化铯14wt％进行混料并球磨，球磨均匀后，得到粉末状氟化物类钎焊剂；
65.成膏体的制备：按重量份将0.5份引发剂偶氮二异丁腈溶于50份丙酮中，再加入将28份甲基丙烯酸甲酯、10份丙烯酸丁酯和2份丙烯酸，水浴中加热并搅拌反应，使温度维持在70℃冷凝回流，6h后结束反应，搅拌水化，并蒸馏除去丙酮溶剂，加入ph调节剂调至中性，即得到丙烯酸酯聚合物；将所述丙烯酸酯聚合物与水搅拌混匀，得到水性丙烯酸酯类聚合物含量为20wt％的成膏体；
66.水溶性铝硅焊膏的制备：按照重量百分比将所述铝硅合金钎焊粉56wt％和氟化物类钎焊剂25wt％以及水性成膏体19wt％混料后，在搅拌速度为30r/min条件下搅拌混匀，密封静止24h后，即得到所述水溶性铝硅焊膏。
67.该对比例所得水溶性铝硅焊膏膏体黏度较大，48h后略有分层，且开始有气泡产生。
68.将实施例和对比例所得水溶性铝硅焊膏印刷在3a21铝板上，在(590
±
5)℃的炉中加热60s，测试其扩展率和焊后残留率，参照gb 11363-2008《钎焊接头强度试验方法》，测试接头的抗剪强度来衡量各钎焊接头力学性能的优劣。
[0069][0070]
[0071]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。