[发明专利]铁-铬基钎料金属

说明书

发明概要

本发明涉及对不锈钢基材具有优异润湿性能的钎料金属。该钎料金属产生了具有高强度和良好抗腐蚀性的钎焊焊点。

钎料金属可以以粉末形式提供，可以使用本领域已知的方法形成钎料金属粉末。例如，具有权利要求中定义的组成的粉末可通过将均质合金熔融并通过雾化方法将它们转化成粉末而制备。粉末的平均粒度可以为10至150μm，通常为10至100μm。

本发明钎料金属粉末是含11至35重量％铬、2至20重量％铜、0至30重量％镍和2至6重量％硅、4至8重量％磷和至少20重量％铁的合金。钎料合金还可含最多达10重量％的锰。钎料金属适于生产催化转换器和热交换器。

技术领域

本发明涉及铁-铬基钎料金属，其适于钎焊不锈钢和其它需要抗腐蚀性和高强度的材料。典型的应用实例为热交换器和催化转换器。

背景技术

钎焊是借助钎料金属和加热将金属部件接合的方法。钎料金属的熔融温度必须比基材的熔融温度低，但高于450℃。如果钎料金属的钎焊温度低于450℃，则接合方法称作软钎焊。最常用于钎焊不锈钢的钎料金属基于铜或镍。当考虑费用优点时，铜基钎料金属是优选的，而在高腐蚀和高强度应用中需要镍基钎料金属。在接触腐蚀环境的应用中，由于其高抗腐蚀性，使用具有高铬含量的镍基钎料金属。在高使用温度应用中和/或当应用中需要高强度时，也可使用镍基钎料金属。接触腐蚀环境和高使用温度的典型应用是汽车柴油机中的废气再循环(EGR)冷却器。用于这些应用的钎料金属必须具有某些适于使用的性能，例如抗腐蚀性、抗高温氧化性、基材的良好润湿性，而在钎焊期间不导致基材脆化。

相关技术

美国焊接学会(ANSI/AWS A 5.8)标准列出了数种不同类型的镍基钎料金属。这些镍基钎料金属中许多用于钎焊热交换器。具有组成Ni-7Cr-3B-4，5Si-3Fe的BNi-2用于生产高温应用中的高强度焊点。然而，硼的存在是一个缺点，这是由于当硼扩散在基材中时，它导致基材脆化。含硼的其它镍基钎料金属具有相同的缺点。

为克服硼的缺点，开发了其它镍基钎料金属。由于高铬含量，BNi-5(Ni-19Cr-10Si)具有高抗腐蚀性。此合金的钎焊温度相当高(1150至1200℃)。其它无硼镍基钎料金属是BNi-6(Ni-10P)和BNi7(Ni-14Cr-10P)。由于高磷含量，10重量％，这些钎料金属的钎焊温度较低。由于形成含磷脆相的风险，高磷含量(10重量％)可能形成不具有所需强度的钎焊焊点。

其它镍基钎料金属描述于专利US6696017和US6203754中。此钎料金属具有组成Ni-29Cr-6P-4Si，并将高强度和高抗腐蚀性与相当低的钎焊温度(1050至1100℃)结合。特别开发此钎料金属，用于用在高腐蚀环境中的新一代EGR冷却器。

所有镍基钎料金属的缺点都是昂贵的镍的高含量。镍含量为至少60％，但通常更高。这些钎料金属中的高镍含量使得钎料金属和热交换器和催化转换器的生产都具有高成本。

为克服昂贵的镍基钎料金属的缺点，已研究了使用铁基钎料金属的可能性。市场上存在两种现有的铁基钎料金属。描述于PCT申请WO02098600中的AlfaNova具有接近于不锈钢的组成，并加入硅、磷和硼以降低钎料金属的熔点。此合金的钎焊温度为1190℃。

另一铁基钎料金属，描述于US申请US20080006676A1中的AMDRY805，具有组成Fe-29Cr-18Ni-7Si-6P。此合金不合硼以克服硼的缺点。此合金的钎焊温度为1176℃。

根据ASM专业手册Stainless Steel，1994，第291页，与有限颗粒生长一致的最高实用温度为1095℃。因此，低钎焊温度是优选的，以避免基材中与颗粒生长相关的问题，例如恶化的延展性和硬度。

发明详述

本发明涉及在不锈钢上具有优异润湿的铁-铬基钎料金属。该钎料金属产生了具有良好抗腐蚀性的高强度钎焊焊点，且与镍基钎料金属相比成本显著较低。此钎料金属适于以比常规镍基钎料金属显著较低的成本钎焊不同类型的热交换器和催化转换器。

该钎料金属的典型用途是在腐蚀环境下操作的高温应用。这些应用可例如为用于汽车应用中的不同类型的热交换器(板或管)、废气再循环。不同类型的催化转换器也是可能的应用。

本发明钎料金属的组成为：

铜约2至20重量％，优选5至15重量％

铬约11至35重量％，优选20至30重量％

镍约0至30重量％，优选10至20重量％

硅约2至6重量％

磷约4至8重量％

铁至少20重量％含量。