一种放热焊接剂及其制备工艺的制作方法

本发明涉及放热焊接剂，具体为一种放热焊接剂及其制备工艺。

背景技术：

1、放热焊接技术因具备设备简单、投资少，焊接作业快，不需要大功率电源，操作简单而被广泛推广。放热焊接的原理是放热焊剂被引燃后，利用铝与氧化铜的化学反应，在耐高温的石墨模具内利用高温使活性较强的铝将氧化铜还原，在模具内产生超高热铜液熔融金属导体，利用一定形状、尺寸的模具型腔来完成熔接接头的现代焊接工艺，通常亦称放热熔焊、火泥熔接等。其能够完成各种导线间不同方式的连接，如直通型、丁字型、十字型等，还可以完成不同材质焊接，如普通铁、铜、镀锌钢、镀铜钢、不锈钢等之间的连接。现有技术的放热焊接稳定性有待提高，导致焊接质量不是特别好，使得焊接点容易发生锈蚀和开裂等问题，焊接强度相对较差，而焊接质量主要取决于焊接剂。

2、综上所述，本发明将提供一种焊接稳定性高的放热焊接剂，其具有重要实际意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种放热焊接剂及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种放热焊接剂，由以下质量百分数组分混合得到：合金焊粉94～96％、造渣剂2～5％、助剂1～2％、石墨复合材料0.2～1％。

4、优选的，所述合金焊粉包括以下组分，按质量百分数计：氧化铜粉末30～60％、铜粉10～35％、铝粉15～30％、铁粉2～7％、钼粉3～6％、钒粉1～3％、锡粉0～3％、锌粉0～1％、稀土金属粉末0.2～1％。

5、优选的，所述氧化铜粉末的氧化度65～75％，粉末粒度为60～100目。

6、优选的，所述铜粉、铝粉、锡粉、锌粉纯度≥99.9％，粉末粒度为50～100目。

7、优选的，所述锌粉以氯化锌形式加入；若加入锌粉，所述锡粉和锌粉两者加入量占合金焊粉质量的1～2.5％，其中锡粉、锌粉两者质量比为2:1；若不加入锌粉，锡粉加入量占合金焊粉质量的2～3％。

8、优选的，所述铁粉以氧化铁形式加入，纯度≥99.9％，粉末粒度为70～150目。

9、优选的，所述钼粉、钒粉纯度≥99.9％，粉末粒度为100～200目；所述钼粉、钒粉两者质量比为4:(1～2)。

10、优选的，所述稀土金属粉末包括但不限于铈、钇、铒、镧中的至少一种。

11、优选的，所述稀土金属粉末为镧铈合金粉末，其中镧占68～72％、铈占28～32％，纯度≥99.9％，粉末粒度为200～300目。

12、方案中，所述放热焊接剂采用氧化铜粉末和铝粉发生铝热反应，产生高温使金属局部熔融实现焊接，因此方案中氧化铜和铝是必不可少的组分，氧化铜内部未被氧化的铜受热后，体积膨胀可以促进铝热反应，使得在较短时间内能够产生焊接所需的高温，即氧化铜对焊接的温度起到了重要的调节作用，因此方案中选用氧化度65～75％，粒度在60～150目的氧化铜，其内部具有足够的未被氧化的铜，能够最大限度保证焊接所需高温；考虑到铝热反应较为迅速，放热量大，极易出现爆炸，存在一定危险性，因此方案中加入了部分铜，起到稳定反应的作用；进一步加入部分氧化铁代替氧化铜，以增加熔融金属的流动性，以提高焊接强度；方案中，引入了钼粉，钼能够细化晶粒，提高焊接处的强度，同时赋予焊接处较高的热稳定性，减少裂纹产生，使焊接处更为饱满完整，不易松脱；为了最大限度的保证焊接处的质量，方案中对钼的加入量较多，但其也会使焊接处的塑性和韧性下降，因此方案中加入一定量的钒对其进行改善，两者协同使焊接处具有较高的强度和质量；另外，方案中加入了锡、锌，在增加熔融金属流动性，强化焊接处强度，同时能够提高焊接处的化学性能，使其具有一定的抗氧能力，避免氧气与熔融金属反应，使焊接处的整体性能下降；由于单质锌会使得焊接处产生气孔，对焊接会产生负面影响，所以方案中选用氯化锌，其还能起到促进焊接润滑作用；稀土金属具有净化杂质元素的作用，具有细化晶粒作用，方案中用稀土金属铈和稀土金属镧复配，两者协同还能起到降低氢的活度，使其更易析出，有效减少了气孔的产生，改善了焊接处组织的致密性，使焊接处与基材形成永久性分子结合；经方案中各合金组分协配，最终使得焊接处饱满、致密，与基材能够形成永久性分子结合，焊接处性能优异。

13、优选的，所述造渣剂包括以下组分，按重量份数计：氟石粉2.5～3.5份、锆英砂10～15份、硅化铜粉1～2份。

14、优选的，所述氟石粉、锆英砂、硅化铜粉粉末粒度为100～200目。

15、为了促进金属熔融和消除焊接处气孔，方案中，用氟石、锆英砂、硅化铜三者复配，得到造渣剂；除了造渣作用外，其中氟石具有去氢作用，能进一步消除氢对焊接处的影响，避免出现气孔、裂纹，影响焊接处的质量；锆英砂能够调整熔渣的物理化学性能，改善焊接处的脱渣性能；硅化铜促进金属液流动性，促进成形，但硅化铜不能加入过多，加入过多会降低脱渣性，使焊接处出现气孔压坑；经三者复配，能够使焊接处金相更为均匀致密，具有更好的焊接质量。

16、优选的，所述助剂包括以下组分，按重量份数计：氯化钠5～10份、碳酸钠5～10份、钠冰晶石3～6份。

17、优选的，所述氯化钠、碳酸钠、钠冰晶石粉末粒度为100～200目。

18、方案中进一步加入了氯化钠、碳酸钠、钠冰晶石作为助剂，以起到调节合金焊粉物理化学性能的作用；首先三者能够起到助熔作用，促进合金焊粉的活性，提高铝热反应速率，使本发明放热焊接剂能够在较短时间内，完成焊接；其次氯化钠、钠冰晶石能够起到促进熔融金属流动作用，有助于形成均匀致密的焊接处。

19、优选的，所述石墨复合材料的制备方法为：以下份数为重量份：(1)将1～3份硼酸镁、0.1～0.2份十二烷基苯磺酸钠、3～10份去离子水混合均匀，得到混合液a；(2)将10～15份石墨烯粉末、1～2份氮化钛加入到乙醇溶液中，加入0.01～0.03份铁作为催化剂，在50～80℃下，磁力搅拌1～2h，得到混合液b；(3)将混合液a和混合液b混合，在50～80℃下，搅拌1～2h，过滤，得到混合物；(4)在100～200mpa的压力下，将混合物加压成型，再于1000～1300℃下烧结6～12h，冷却研磨，得到石墨复合材料。

20、优选的，所述石墨复合材料需研磨至粉末粒度为100～400目。

21、方案中，先将硼酸镁与十二烷基苯磺酸钠混合，得到泡沫状的混合液a，后与石墨烯和氮化钛的复合物混合，在混合过程中硼酸镁被复合物吸收，因十二烷基苯磺酸钠作用，硼酸镁可以均匀分散到石墨烯和氮化钛的复合物上，最终经加压、烧结，制备得到性能均匀的石墨复合材料；首先该石墨复合材料由于含有硼酸镁，能够起到抗氧化作用，而石墨烯具有去氢脱氧作用，两者协同对焊接处进行增强，另外复合材料中引入了氮化钛，有利于形成固溶体，改善焊接处的力学性能和耐蚀性能。

22、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过对合金焊粉、造渣剂、助剂以及石墨复合材料的合理复配，得到了焊接反应稳定快捷，焊接质量优异的放热焊接剂。焊接处均匀致密饱满、无明显气泡，与基材能够形成永久性分子结合，其具有较好的力学性能和耐蚀性能，具有较长的使用寿命，适用环境范围广。