鋁或鋁合金固態焊接表面處理方法及其處理劑技術

屬于鋁及鋁合金固態焊接領域的一種焊接表面處理方法，將光滑的表面脫脂、脫水，去除表面氧化膜后用專用處理劑對其表面進行處理，使該處理劑均覆在其表面，所用的處理劑為含有１～５％苯乙烯的有機溶液。經本發明專利技術提供的方法及處理劑表面處理后，在固態焊接過程中可確保焊接表面為清潔的，從而無論釬焊、擴散焊接還是壓焊，均可獲得與基體組織和性能一致的優質接頭。具有簡便易行、穩定可靠、易于實際生產中應用的特點。（*該技術在2011年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于鋁或鋁合金的固態焊接
，尤其涉及固態焊接前鋁或鋁合金的表面處理方法及專用的處理溶劑。盡管鋁或鋁合金因具有許多優良的物理性能和機械性能而廣泛應用于眾多工業領域中，但是其焊接卻十分困難。究其原因，暴露在大氣中的鋁或鋁合金，其表面總是迅速地生成一層堅韌、致密的氧化膜。這層氧化膜既使溫度升高到鋁的熔點以上時仍然很穩定，不發生破壞、分解或向基體溶解現象。總是覆在鋁或鋁合金熔體表面上，使得各種熔化焊接方法難以有效地進行。實際上，鋁及鋁合金的任何焊接方法都要求有效地去除覆在其表面的氧化膜。在鋁或鋁合金的固態焊接情況下，如壓焊、釬焊及擴散焊接，其表面氧化膜的去除也是最關鍵的工藝問題。對于釬焊，一般采用焊料來去除表面氧化膜以獲得均勻優質的接頭。但是采用焊料的缺點是焊后必須采用特殊工藝來去除焊料以防止接頭的腐蝕，而且往往難以干凈徹底地去除殘留在接頭中的焊料。對于壓焊和擴散焊接工藝中，一般是焊接前用化學腐蝕或機械處理來去除表面氧化膜。最常用的手段是先用強堿腐蝕，然后用礦物酸中將腐蝕產物刷洗。但這樣的方法既不能保證能徹底地去除氧化膜層，也不能防止鋁或鋁合金表面在焊接之前被氧化而生成新的氧化膜，因而獲得的接頭質量是不均勻的。鋁或鋁合金在壓焊和擴散焊接中另一個表面處理方法是在界面上加入一層中間層金屬，加入的方法有真空濺射、噴鍍、軋制復合等。采用這種方法的缺點是在焊接過程中或在焊后熱處理中，接頭往往形成一種或多種硬脆的金屬中間相，使得接頭性能大大降低。迄今為止，尚未見到有效地去除氧化膜的方法，使鋁或鋁合金固態焊接達到了基體強度的研究報道。鑒于已有的鋁或鋁合金固態焊接中所存在的不足，本專利技術提供一種鋁或鋁合金的固態焊接表面處理方法及專用的處理劑，以確保有效地去除表面氧化膜，并防止焊接前形成新的氧化膜。為了達到上述目的本專利技術提供的鋁或鋁合金固態焊接表面處理方法及其專用處理劑是通過下述方式實現的該焊接表面處理方法為將光滑的焊接表面進行脫脂、脫水，去除焊接表面所形成的氧化膜，其特點是采用專用的處理劑進行處理，使該處理劑覆在清潔的焊接表面;所述的表面專用處理劑為由含有苯乙烯及其溶解劑的有機溶液組成。下面對本專利技術予以詳細描述對于鋁或鋁合金的固態焊接，其焊接表面須光滑，為了得到光滑的焊接表面將需焊接的表面可以采用拋光機、磨光機或砂紙進行拋光，一般拋光至△6左右，然后用清水沖洗;將光滑的焊接表面采用丙酮和酒精進行脫脂、脫水。去除焊接表面所形成的氧化膜，并立即用專用處理劑用噴涂或浸漬等手段處理其表面，使該處理劑均覆在清潔的焊接表面上起到防氧化的作用。該處理劑防氧化的作用一直持續到固態焊接前，而且在固態焊接的初始階段又被迅速脫離其焊接表面，從而保證固態焊接過程中焊接表面為無氧化膜的清潔表面。為了使焊接表面去除氧化膜后立即用專用處理劑對其表面進行處理以防止新的氧化膜生成，將脫脂、脫水的焊接表面用電化學的方法去除其表面所形成的氧化膜。具體為將焊接件作為陽極、不銹鋼作為陰極，在含有高氯酸和酒精的溶液中進行電解，電解電流為1.0～1.2安培，電解電壓為25～30伏。電解后在電解液中用鋼刷或類似的手段去除殘留在焊接表面的電解產物，電解液中取出焊接件立即放入專用處理劑中對焊接表面進行浸漬處理，浸漬時間為3～5分鐘即可。浸漬處理后焊接表面均覆蓋專用處理劑溶液，該溶液因隔絕空氣起到抗氧化的作用。本專利技術為了滿足上述的固態焊接表面處理方法而提供的焊接表面專用處理劑是由含有苯乙烯及其溶解劑的無水有機溶液組成，該有機溶液中苯乙烯的含量在以重量百分比計占1～5%，而苯乙烯的溶解劑采用苯基類的有機溶劑，所采用的苯基類溶解劑為甲苯、二甲苯或乙苯之一或其中兩種的混合物。溶解劑的選擇依據表面專用處理劑的配制及該處理劑在焊接表面涂覆性能所決定，并且表面處理后該處理劑起到隔絕空氣作用的同時滿足固態焊接初始階段又被迅速脫離其焊接表面的要求。有鑒于此，該表面處理劑還可添加稀釋劑，該稀釋劑選用丙酮，此時該表面處理劑的成份及重量百分比含量為苯乙烯1～5%，溶解劑40～60%，其余為丙酮。本專利技術提供的專用表面處理劑是非極性有機溶液，與鋁及鋁合金表面發生物理吸附反應，并消除或阻止其表面的極性物質。從該處理劑中所含的物質結構特點來看，烯烴基和芳烴基均屬于不飽和烴。C＝C雙鍵是由在兩個C原子軸線上的σ鍵和垂直于該軸線的π鍵組成。在形成乙烯分子時，碳原子各自以一個SP2雜化軌道沿鍵軸方向重送，形成一個C-Cσ鍵，并用其余的SP2雜化軌道分別與四個氫原子時的1S軌道重迭，形成四個C-Hσ鍵，這五個σ鍵在一個平面上，而垂直于該平面的未雜化Pz軌道平行重迭形成π鍵。π鍵是不飽和鍵，當乙烯分子附在鋁及鋁合金表面上時，乙烯分子中的Pz分子軌道將與鋁表面上的3P空軌道共用乙烯π電子發生物理吸附反應。這種反應傾向于簇反應，即乙烯中兩個碳原子的未雜化軌道分別與一個鋁表面懸空軌道共用電子，其結構為 芳烴π軌道是另一類不飽和烴π軌道，這種芳烴也是傾向于通過π結合吸附在金屬表面上。考察苯的結構，每個碳原子參與三個四鍵，一個是與氫原子，兩個是與鄰近的兩個碳原子。每個碳原子的第四個軌道沿垂直于σ鍵的方向伸展，這些軌道間發生重迭，形成圍繞環的π結合。這個π電子成鍵軌道與乙烯中的π軌道相似，當苯分子或一個等價的芳烴臥置在金屬上時，π軌道將與表面金屬原子的懸空鍵重迭而發生物理吸附反應。吸附在鋁及鋁合金表面上的乙烯分子及芳烴分子形成了表面的非極性表面，從而起到了防止氧化的保護作用。由于該處理劑中苯乙烯的沸點最高，其沸點為144℃，因而該有機溶液在室溫下需要較長一段時間才能完全揮發，而且固態焊接工藝條件下則可迅速揮發，分解或擠出，使焊接在清潔表面間進行。本專利技術按上述描述所提供的固態焊接表面處理方法及其處理劑，用專用表面處理劑將去除表面氧化膜的焊接表面進行浸漬處理3～5分鐘，可在1～2小時內施行焊接。對于釬焊和擴散焊接，將焊接件在真空度不小于1×10-2Pa的真空焊接室中加熱，使焊接表面上的專用處理劑有機溶液得到分解、揮發，然后施行焊接;在壓焊的情況下，可借助于高的焊接壓力和大的塑性變形將擠出焊接表面上的有機溶液，使焊接表面以清潔表面相接觸。本專利技術可應用于各種鋁及鋁合金的固態焊接工藝，如高純鋁、工業純鋁、鋁-銅合金系、鋁-鎂合金系、鋁-硅合金系、鋁-鋰合金系、鋁-鋅-鎂合金系、鋁-銅-鎂合金系、鋁-鎂-錳合金系、鋁-鋅-鎂-銅合金系等等。本專利技術所提供的固態焊接表面處理方法及其處理劑有效、徹底地解決了鋁及鋁合金固態焊接前表面氧化膜的去除和獲得的清潔表面的保護這一固態焊接工藝關鍵問題，而且表面處理方法簡便易行、穩定可靠、易于實際生產中應用，經表面處理后的鋁及鋁合金的釬焊、壓焊和擴散焊接均可獲得與基體組織和性能一致的均勻、穩定的優質接頭，并且該接頭不存在氧化、腐蝕及成份不均勻等現象。實施例之一對棒狀熱軋Al-Zn-Mg-Cu合金(7075)表面處理后進行擴散焊接。將該焊接件的焊接表面機械拋光△6左右，用清水沖洗;用丙酮和酒精對表面脫脂、脫水;將焊接件作為陽極、采用不銹鋼作為陰極，在10%高氯酸、90%酒精溶液中進行電解，電解電流為1.0～1.2安培，電解電壓為25～30伏;電解液中去除殘留在焊接表面上的電解產物本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋁或鋁合金固態焊接表面處理方法為將光滑的焊接表面進行脫脂、脫水，去除焊接表面所形成的氧化膜，其特征在于采用專用的處理劑進行處理，使該處理劑覆在清潔的焊接表面。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃巖，崔建忠，馬龍翔，
申請(專利權)人：東北工學院，
類型：發明
國別省市：21[中國|遼寧]