一种水性铝基焊膏用成膏体及水性铝基焊膏
阅读说明：本技术 一种水性铝基焊膏用成膏体及水性铝基焊膏 (Paste forming body for water-based aluminum-based soldering paste and water-based aluminum-based soldering paste ) 是由 张玉 金霞 经敬楠 王彩霞 张玲玲 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水性铝基焊膏用成膏体及水性铝基焊膏,所述成膏体包括成膏体Ⅰ和成膏体Ⅱ；成膏体Ⅰ按重量百分比计包括如下组分：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.1-0.5％、异构十六烷烃95-99％、聚丙烯酰胺异构烷烃月桂醇醚0.5-4.9％；成膏体Ⅱ按重量百分比计包括如下组分：增稠分散剂0.1-20％、水性助剂5-20％、水性溶剂60-94.9％。本发明所述包括上述成膏体的水性铝基焊膏在避免钎焊性能下降的同时,具有优异的保存稳定性能以及涂布性能。(The invention discloses a paste forming body for water-based aluminum-based soldering paste and the water-based aluminum-based soldering paste, wherein the paste forming body comprises a paste forming body I and a paste forming body II; the paste forming body I comprises the following components in percentage by weight: 0.1-0.5% of styrene-butadiene-styrene block copolymer, 95-99% of isomeric hexadecyl alkane and 0.5-4.9% of polyacrylamide isomeric alkane lauryl alcohol ether; the paste forming body II comprises the following components in percentage by weight: 0.1-20% of thickening dispersant, 5-20% of aqueous auxiliary agent and 60-94.9% of aqueous solvent. The aqueous aluminum-based soldering paste containing the paste body has excellent storage stability and coating performance while the reduction of the soldering performance is avoided.)
技术领域
本发明属于钎焊材料领域，尤其涉及一种水性铝基焊膏用成膏体及水性铝基焊膏。
背景技术
工业中铝-铝(铝合金)、铝-不锈钢钎焊所用钎料形式多样，有条状、带状、环状、粉状等形式，然而这些形式的钎料都是以特定的形状供应，一旦做成成品形状很难再改变，故工艺适应性不强。焊膏作为一种膏状的钎焊材料，可以通过手工涂刷或自动注射加料等方式涂抹到焊缝处，用量可控，且焊缝形状可任意改变，因此适用于形状复杂、焊缝密集、尺寸精度高的焊件的焊接加工。
传统的油性或溶剂型的铝基焊膏在应用过程中存在烟大、气味重、清洗不便等问题，而且由于大量使用有机溶剂，对作业人员的健康和环境保护很不利。水性的铝基焊膏虽然可以避免使用有机溶剂，非常环保，但是却存在着两大技术难点：一、由于铝基钎焊粉末活性较强，当使用水作为溶剂时，铝合金表面与水容易反应，无法保存，需要调好后立即使用，否则容易产生大量的气泡或发干，发沙，并很快导致焊接失效；二、由于钎焊的特殊要求，要求铝基钎焊粉末在焊接时需要有很强的活性，传统的钝化铝合金粉末的方式造成钎焊性能下降，不适用于钎焊技术领域。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供了一种水性铝基焊膏用成膏体及水性铝基焊膏，包括该成膏体的水性铝基焊膏在避免钎焊性能下降的同时，具有优异的保存稳定性能以及涂布性能。
本发明提出的一种水性铝基焊膏用成膏体，包括成膏体Ⅰ和成膏体Ⅱ；
成膏体Ⅰ按重量百分比计包括如下组分：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.1-0.5％、异构十六烷烃95-99％、聚丙烯酰胺异构烷烃月桂醇醚0.5-4.9％；
成膏体Ⅱ按重量百分比计包括如下组分：增稠分散剂0.1-20％、水性助剂5-20％、水性溶剂60-94.9％。
优选地，成膏体Ⅰ和成膏体Ⅱ的重量比为1-2:2-4。
优选地，所述增稠分散剂为分子量为500000-2000000的甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮或水性聚氨酯中的至少一种。
优选地，所述水性助剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇或丙三醇中的至少一种。
优选地，所述水性溶剂为水、甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
本发明由此提出一种水性铝基焊膏，其包括上述成膏体。
优选地，所述水性铝基焊膏按重量百分比计包括如下组分：铝基钎焊粉40-70％、助焊剂5-35％、成膏体15-40％。
优选地，所述铝基钎焊粉为铝-硅合金；
优选地，所述铝-硅合金按重量百分比计包括如下组分：Si 10-12％、Cu 0-30％、Zn 0-35％、Al余量。
优选地，所述助焊剂为氟铝酸盐；
优选地，所述氟铝酸盐按重量百分比计包括如下组分：KAlF4 80-100％、CsAlF4 0-20％。
本发明所述水性铝基焊膏的制备方法包括：
先按确定的焊膏成分配比称取所需物料；将称好的铝基钎焊粉和成膏体Ⅰ混合均匀；再依次加入称好的成膏体Ⅱ和助焊剂，搅拌物料直至形成均匀膏体，即得到所述水性铝基焊膏。
本发明的有益效果为：
本发明所述成膏体中引入由特定配比的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、异构十六烷烃、聚丙烯酰胺异构烷烃月桂醇醚组成的成膏体Ⅰ，该疏水性的成膏体Ⅰ可以对铝基钎焊粉表面形成润湿包覆，此后再与水性成膏体Ⅱ复配。如此一方面通过润湿包覆避免水与铝基钎焊粉直接接触，增加了产品储存稳定性；另一方面又可通过成膏体中的碱性溶剂(甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺等)调节pH值，进一步增加焊膏产品的储存稳定性。与此同时，基于该成膏体所得水性铝基焊膏中，助焊剂为混合氟铝酸盐尤其是在KAlF4基础上混合CsAlF4，又可增加焊膏活性，并对含有少量Mg的铝材也有较好的钎焊效果。
本发明所提出的一种水性铝基焊膏还具有适当的粘性和柔性，在使用时，可以采用点胶机或丝网印刷、注射器等，很方便地将焊膏涂敷并粘附在任意形状的焊缝上，适合于焊缝形状不规则及结构复杂的工件，并获得优异的焊接效果。
具体实施方式
对于本领域技术人员来说，成膏体是制备水性膏状焊料的关键：既要避免铝基钎焊料与水进行反应，又要不影响铝基钎焊料的焊接活性，同时要求能够在母材上充分铺展、润湿，且在达到钎焊温度之前分解或挥发，不能产生有害气体，不留过多残渣，并且在常温下长时间存放不分化、不分层，保持良好的成膏性。
在通过大量实验后本发明发现，单一的亲水性成膏体虽然能够改善水性铝基焊膏在母材上的铺展、润湿性能，但却不能有效阻止铝基钎焊料与水发生反应，使得铝基钎焊料最终丧失活性。为此，本发明创造性地在成膏体中引入疏水性的成膏体和亲水性的成膏体，二者进行复配后，疏水性的成膏体可以对铝基钎焊料形成润湿包覆，避免铝基钎焊料在水中失活，同时在温度较高的时候分解，挥发，确保铝基钎焊料的焊接活性；而亲水性的成膏体为铝基钎焊料提供整体粘度，确保铝基焊膏具有合适粘度和铺展、润湿性能，从而能够均匀涂覆并固化在钎焊部位。
基于上述成膏体，本发明由此提出了一种水性铝基焊膏，其主要由铝基钎焊粉、助焊剂和成膏体三组分组成，三组分的性能(成分、粒度和形态)及其配比，又进一步改善了膏状钎料的性能。
其中，铝基钎焊粉为膏状钎料的主体，熔化、结晶形成钎焊缝连接钎焊构件；助焊剂的作用在于钎焊时清除钎焊部位的表面氧化膜，改善熔融铝基钎焊粉对母材的润湿，提高钎焊性能；成膏体的作用是把铝基钎焊粉和助焊剂有机结合为一体，使铝基钎焊粉和助焊剂按所设计的比例均匀混合并具有合适的粘度，能够均匀涂覆并固化在钎焊部位。本发明中通过大量实验，精确设计出所述膏状钎料的组分及其配比，最终获得良好性能的膏状铝合金钎料。
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。
实施例1
一种水性铝基焊膏，按重量百分比计由以下组分组成：Si10Al90合金粉(粒径范围为100-200目)55％、氟铝酸钾钎剂粉(粒径范围为500-1000目)22％、成膏体Ⅰ7％和成膏体Ⅱ16％；
其中，成膏体Ⅰ包括以下质量百分比的组分：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.3％、异构十六烷烃97％、聚丙烯酰胺异构烷烃月桂醇醚(305乳化剂)2.7％；成膏体Ⅱ包括以下质量百分比的组分：甲基纤维素2.6％、羟丙基纤维素3.2％、异丙醇6.3％、乙二醇9.5％、去离子水78.4％。
制备上述水性铝基焊膏具体包括：按照所述铝基焊膏的组成成分进行称量，将成膏体Ⅰ加入到Si10Al90合金粉中搅拌30min混匀，再加入成膏体Ⅱ搅拌20min混匀，最后加入氟铝酸钾钎剂粉搅拌10min混匀，得到所述水性铝基焊膏。
实施例2
一种水性铝基焊膏，按重量百分比计由以下组分组成：Si12Cu10Al78合金粉(粒径范围为100-200目)55％、氟铝酸钾钎剂粉(粒径范围为500-1000目)20％、氟铝酸铯钎剂粉(粒径范围为500-1000目)2％、成膏体Ⅰ7％和成膏体Ⅱ16％；
其中，成膏体Ⅰ包括以下质量百分比的组分：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.3％、异构十六烷烃97％、聚丙烯酰胺异构烷烃月桂醇醚(305乳化剂)2.7％；成膏体Ⅱ包括以下质量百分比的组分：羟乙基纤维素3.3％、聚乙烯吡咯烷酮5.5％、乙醇3.4％、丙二醇9.4％、去离子水56.8％、甲酰胺21.6％。
制备上述水性铝基焊膏具体包括：按照所述铝基焊膏的组成成分进行称量，将成膏体Ⅰ加入到Si12Cu10Al78合金粉中搅拌30min混匀，再加入成膏体Ⅱ搅拌20min混匀，最后再加入氟铝酸钾、氟铝酸铯钎剂粉搅拌10min混匀，得到所述水性铝基焊膏。
实施例3
一种水性铝基焊膏，按重量百分比计由以下组分组成：Si12Cu5Zn15Al68合金粉(粒径范围为100-200目)60％、氟铝酸钾钎剂粉(粒径范围为500-1000目)16％、氟铝酸铯钎剂粉(粒径范围为500-1000目)4％、成膏体Ⅰ10％和成膏体Ⅱ10％；
其中，成膏体Ⅰ包括以下质量百分比的组分：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.3％、异构十六烷烃97％、聚丙烯酰胺异构烷烃月桂醇醚(305乳化剂)2.7％；成膏体Ⅱ包括以下质量百分比的组分：羧甲基纤维素钠4.6％、聚氧化乙烯4.2％、乙醇5.6％、丙三醇10.2％、去离子水47.4％、N-甲基吡咯烷酮28.0％。
制备上述水性铝基焊膏具体包括：按照所述铝基焊膏的组成成分进行称量，将成膏体Ⅰ加入到Si12Cu5Zn15Al68合金粉中搅拌30min混匀，再加入成膏体Ⅱ搅拌20min混匀，最后再加入氟铝酸钾、氟铝酸铯钎剂粉搅拌10min混匀，得到所述水性铝基焊膏。
实施例4
一种水性铝基焊膏，按重量百分比计由以下组分组成：Si12Al88合金粉(粒径范围为100-200目)55％、氟铝酸钾钎剂粉(粒径范围为500-1000目)20％、成膏体Ⅰ5％和成膏体Ⅱ20％；
其中，成膏体Ⅰ包括以下质量百分比的组分：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.3％、异构十六烷烃97％、聚丙烯酰胺异构烷烃月桂醇醚(305乳化剂)2.7％；成膏体Ⅱ包括以下质量百分比的组分：甲基纤维素2.2％、聚乙烯吡咯烷酮5.6％、异丙醇7.7％、丙二醇7.1％、去离子水77.4％。
制备上述水性铝基焊膏具体包括：按照所述铝基焊膏的组成成分进行称量，将成膏体Ⅰ加入到Si12Al88合金粉中搅拌30min混匀，再加入成膏体Ⅱ搅拌20min混匀，最后再加入氟铝酸钾钎剂粉搅拌10min混匀，得到所述水性铝基焊膏。
实施例5
一种水性铝基焊膏，按重量百分比计由以下组分组成：Si10Al90合金粉(粒径范围为100-200目)40％、氟铝酸钾钎剂粉(粒径范围为500-1000目)20％、成膏体Ⅰ15％和成膏体Ⅱ25％；
其中，成膏体Ⅰ包括以下质量百分比的组分：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.1％、异构十六烷烃99％、聚丙烯酰胺异构烷烃月桂醇醚(305乳化剂)0.9％；成膏体Ⅱ包括以下质量百分比的组分：甲基纤维素0.6％、羟丙基纤维素0.5％、异丙醇9.3％、乙二醇9.8％、去离子水79.8％。
制备上述水性铝基焊膏具体包括：按照所述铝基焊膏的组成成分进行称量，将成膏体Ⅰ加入到Si10Al90合金粉中搅拌30min混匀，再加入成膏体Ⅱ搅拌20min混匀，最后再加入氟铝酸钾钎剂粉搅拌10min混匀，记得到所述水性铝基焊膏。
实施例6
一种水性铝基焊膏，按重量百分比计由以下组分组成：Si10Al90合金粉(粒径范围为100-200目)70％、氟铝酸钾钎剂粉(粒径范围为500-1000目)15％、成膏体Ⅰ5％和成膏体Ⅱ10％；
其中，成膏体Ⅰ包括以下质量百分比的组分：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.5％、异构十六烷烃95％、聚丙烯酰胺异构烷烃月桂醇醚(305乳化剂)4.5％；成膏体Ⅱ包括以下质量百分比的组分：甲基纤维素3.8％、羟丙基纤维素3.5％、异丙醇6.3％、乙二醇2.7％、去离子水83.7％。
制备上述水性铝基焊膏具体包括：按照所述铝基焊膏的组成成分进行称量，将成膏体Ⅰ加入到Si10Al90合金粉中搅拌30min混匀，再加入成膏体Ⅱ搅拌20min混匀，最后再加入氟铝酸钾钎剂粉搅拌10min混匀，记得到所述水性铝基焊膏。
对比例1
一种水性铝基焊膏，按重量百分比计由以下组分组成：Si10Al90合金粉(粒径范围为100-200目)55％、氟铝酸钾钎剂粉(粒径范围为500-1000目)22％和成膏体23％；
所述成膏体包括以下质量百分比的组分：甲基纤维素2.6％、羟丙基纤维素3.2％、异丙醇6.3％、乙二醇9.5％、去离子水78.4％。
其制备方法具体包括：按照上述铝基焊膏的组成成分进行称量，将成膏体加入到Si10Al90合金粉中搅拌30min混匀，再加入氟铝酸钾钎剂粉搅拌10min混匀，得到所述水性铝基焊膏。
对比例2
一种水性铝基焊膏，按重量百分比计由以下组分组成：Si10Al90合金粉(粒径范围为100-200目)55％、氟铝酸钾钎剂粉(粒径范围为500-1000目)22％和成膏体23％；
其中，所述成膏体包括以下质量百分比的组分：甲基纤维素2.6％、羟丙基纤维素3.2％、异丙醇6.3％、乙二醇9.5％、甲酰胺78.4％。
制备上述水性铝基焊膏具体包括：按照所述铝基焊膏的组成成分进行称量，将成膏体加入到Si10Al90合金粉中搅拌30min混匀，再加入氟铝酸钾钎剂粉搅拌10min混匀，得到所述水性铝基焊膏。
对比例3
一种水性铝基焊膏，按重量百分比计由以下组分组成：Si10Al90合金粉(粒径范围为100-200目)55％、氟铝酸钾钎剂粉(粒径范围为500-1000目)22％、成膏体Ⅰ7％和成膏体Ⅱ16％；
其中，成膏体Ⅰ包括以下质量百分比计的组分：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.8％、异构十六烷烃94％、聚丙烯酰胺异构烷烃月桂醇醚(305乳化剂)5.2％；成膏体Ⅱ包括以下质量百分比的组分：甲基纤维素2.6％、羟丙基纤维素3.2％、异丙醇6.3％、乙二醇9.5％、去离子水78.4％。
制备上述水性铝基焊膏具体包括：按照所述铝基焊膏的组成成分进行称量，将成膏体Ⅰ加入到Si10Al90合金粉中搅拌30min混匀，再加入成膏体Ⅱ搅拌20min混匀，最后加入氟铝酸钾钎剂粉搅拌10min混匀，得到所述水性铝基焊膏。
性能测试：
(1)、将实施例和对比例制备的水性铝基焊膏的保存性能进行对比测试，结果如下表1所示：
表1实施例1和对比例1所得水性铝基焊膏随时间的变化情况
由上表1结果显示，本发明实施例制得的水性铝基焊膏具有良好的储存稳定性，在室温条件下，储存寿命＞30天，稳定性较好。
(2)、将实施例和对比例制备的水性铝基焊膏的润湿、扩散性能进行对比测试，结果如下表2所示：
将实施例和对比例所得水性铝基焊膏分别涂布在1010铝基板(厚度1mm，面积40×40mm2)上，再将试焊片放置在恒温120℃的电磁炉上预热15S，然后将其放于温度恒定为585℃的无铅锡炉上，钎料铺展并形成焊点，保持60s后取下试焊片测量润湿角，随后对试焊片直接称重计算焊后残留率。
表2实施例和对比例所得水性铝基焊膏的润湿、扩散性能
上表结果显示，本发明实施例制得的水性铝基焊膏具有良好的焊接性能，扩展率达90％以上，且润湿效果好，腐蚀性低，残留少，效果优于对比例所制得的铝基焊膏。
(3)、将实施例和对比例制备的水性铝基焊膏的焊点光亮度和剪切强度进行对比测试，结果如下表3所示：
按GB/T 11363-2008《钎焊接头强度试验方法》规定对焊接头进行抗拉强度测试。
表3实施例和对比例所得水性铝基焊膏的焊接牢固性能
焊点外观
抗剪强度(MPa)
实施例1
焊点均匀、光亮
67
实施例2
焊点均匀、光亮
62
实施例3
焊点均匀、光亮
59
实施例4
焊点均匀、光亮
64
实施例5
焊点均匀、光亮
65
实施例6
焊点均匀、光亮
66
对比例1
焊点光亮度稍差
28
对比例2
焊点光亮度稍差
43
对比例3
焊点光亮度一般
50
上表结果显示，本发明实施例制得的水性铝基焊膏的焊点光亮度好，可有效去除焊点的氧化物，使焊点饱满光亮，同时抗剪强度较高，力学性能优异，焊点牢固。
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。