專利名稱：：鐵及鎳基纖焊箔以及纖焊方法鐵及鎳基釬焊箔以及釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鐵及鎳基釬焊箔、以及釬焊兩個(gè)或多個(gè)金屬部件的方法。鐵基釬焊合金已公開于例如US4402742中。鐵基釬焊合金因原材料成本較低而具有比鎳基釬焊合金更為廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。此外，鐵基合金更易結(jié)合，因?yàn)槠浜缚p組成能更精確地與待焊接部件的成分相匹配。然而，已知的鐵基釬焊合金為晶體，并被制成粉末或糊狀物。粉末一般通過對(duì)熔體進(jìn)行霧化處理制成。糊狀物則通過將金屬粉末與有機(jī)粘結(jié)劑和溶劑混合而制成。事實(shí)上其不利之處在于，當(dāng)加熱到釬焊溫度時(shí)該有機(jī)成分發(fā)生分解，這會(huì)影響熔融釬焊合金的流動(dòng)性和浸潤(rùn)性。此外還存在一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，即接頭可能無法完全被該釬焊合金填充，這將導(dǎo)致不再能夠可靠地確保待焊接部件的機(jī)械穩(wěn)定性。當(dāng)釬焊熱交換器或類似產(chǎn)品時(shí)，這種結(jié)合缺陷對(duì)于其防漏性是極其危險(xiǎn)的，并有可能使得該熱交換器無法使用。這些問題可以通過使用均質(zhì)延性箔形式的釬焊合金而得以避免。但迄今為止仍不可能制造延性箔形式的鐵及鎳基釬焊合金。因此，基于上述問題，本發(fā)明提供一種延性箔形式的鐵基釬焊合金，其具有良好的流動(dòng)性和浸潤(rùn)性，從而能保證無缺陷的釬焊接頭(brazingjoint),本發(fā)明還制定了一種使用這類延性釬焊蕩的釬焊方法。此外，該釬焊合金應(yīng)當(dāng)能夠被制成具有很寬的厚度和寬度范圍的快速凝固的箔，從而使其能夠滿足多種用途的技術(shù)需要。根據(jù)本發(fā)明，上述問題是通過一種非晶態(tài)延性釬焊箔解決的，其組成主要由FeaNibCr。SidBeMofPg和任意雜質(zhì)組成，其中25^a^50at%;25^50at%;5<c^l5at%;4兆15at。/o;4SC%;0^5at%;0SgS6at%;其中10^d+e+g^28at%,并且a+b+c+d+e+f+g=100。與鎳基釬焊合金相比，鐵含量較高和鎳含量較低使得原材料成本有所降低。因而根據(jù)本發(fā)明的釬焊箔不但經(jīng)濟(jì)而且適合工業(yè)用途。該釬焊合金的Ni含量?jī)?yōu)選為30^b^45at%。鉻含量提供優(yōu)良的耐蝕性，因此該釬焊接頭能夠在腐蝕性介質(zhì)中工作。鎳基釬焊合金的延性會(huì)隨鉻含量的增加而變差。但在根據(jù)本發(fā)明的的釬焊箔中可以加入5-15at%的鉻含量而不明顯降低延性。根據(jù)本發(fā)明的釬焊合金的組成經(jīng)過進(jìn)一步選擇后使得該合金能被制成延性的非晶態(tài)箔。該箔優(yōu)選通過快速凝固工藝制成。元素硼、珪和磷是類金屬和產(chǎn)氣元素(gas-formingelement)。這些元素的含量較高會(huì)導(dǎo)致熔化溫度或液相線溫度降低。一方面，如果產(chǎn)氣元素的含量過低，該箔會(huì)凝固形成晶體并且極脆。而另一方面，如果產(chǎn)氣元素的含量過高，該箔在極薄條情況下是脆性的，不再能用于生產(chǎn)工藝進(jìn)一步選擇類金屬的含量，使得由該釬焊箔制成的焊縫具有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能。B含量高會(huì)導(dǎo)致在該焊縫和基底材料中析出B硬質(zhì)相，這會(huì)影響釬焊復(fù)合物的機(jī)械性能。在該工藝中，硼與鉻發(fā)生反應(yīng)，這同樣導(dǎo)致耐蝕性明顯降低。Si含量較高導(dǎo)致在焊縫中形成不希望的Si硬質(zhì)相，這會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度。因此根據(jù)本發(fā)明的釬焊箔所具有的成分中，產(chǎn)氣元素的含量總計(jì)占該合金的10-28at%。具有這種組成的釬焊合金可以通過快速凝固法被制成延性的非晶態(tài)箔。基于上迷原因，B含量為4-15at0/。，優(yōu)選4-12at。/。，而Si含量為4-15at%,優(yōu)選5-13at0/。。根據(jù)本發(fā)明的釬焊合金具有低于120(TC的液相線溫度。這是理想的，因?yàn)樵S多工業(yè)釬焊工藝特別是結(jié)合不銹鋼基底材料的最高溫度限于約1200°C。按照慣例，該釬焊溫度應(yīng)盡可能低，這是因?yàn)榛撞牧蟽A向于從100(TC開始生成不利的粗晶。生成這種不希望產(chǎn)生的粗晶會(huì)降低該基底材料的機(jī)械強(qiáng)度，這在諸如熱交換器的許多工業(yè)應(yīng)用中是十分危險(xiǎn)的。在根據(jù)本發(fā)明的釬焊合金中，這一問題明顯減少了。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鎳含量為25-50at。/o且鐵含量為25-50at。/o的合金的熔化溫度低于1200。C。由于該鎳含量，產(chǎn)氣元素的含量能夠得以降低。由于能夠降低類金屬含量，因而避免了形成B和Si的硬質(zhì)相的缺點(diǎn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的釬焊合金適合最高釬焊溫度限于120(TC的工業(yè)用途。該合金能提供可靠的釬焊接頭。根據(jù)本發(fā)明的釬焊合金優(yōu)選制成均質(zhì)、延性的非晶態(tài)釬焊箔，其一般50%、優(yōu)選高于80%是非晶態(tài)的。根據(jù)本發(fā)明的釬焊箔的特征在于優(yōu)異的流動(dòng)性和潤(rùn)濕性，能可靠地完成填角焊縫(filletweld)和無缺陷接頭。這保證了該釬焊縫的機(jī)械穩(wěn)定性，并增加了根據(jù)本發(fā)明的釬焊箔的可能的用途數(shù)量。在相同的類金屬含量下，根據(jù)本發(fā)明的延性釬焊箔能夠制成相當(dāng)厚和相當(dāng)寬的條帶。因此根據(jù)本發(fā)明的釬焊合金非常適于鑄造成厚度大于30jim、優(yōu)選40nm^D^80pm,且寬度大于40mm、優(yōu)選20mm^B^300mm,而采用現(xiàn)有技術(shù)中的合金僅能實(shí)現(xiàn)有限的范圍。在相同的類金屬含量下，根據(jù)本發(fā)明的鎳含量高于25at。/。的釬焊箔比鎳含量低于20at。/。的釬焊合金具有更好的屈服點(diǎn)(ductilitylimit)。因此它能夠制成更厚的釬焊箔，這樣的釬焊箔容易滿足多種用途的所有技術(shù)要求。采用根據(jù)本發(fā)明的釬焊合金，能制成大量工業(yè)用途所需的厚度至少為30pm的條帶。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種熱交換器。該熱交換器具有至少一個(gè)由下述釬焊箔制成的焊縫，該釬焊箔的組成主要由FeaNibCr。SidBeMofPg和任意雜質(zhì)組成，其中25^a^50at%;25￡b^50at%;5<c^l5at%;4^d^l5at%;4^15at%;0A5at%;0^6at%;其中10^d+e+g^28at%，并且a+b+c+d+e+f+g=100。該釬焊縫由非晶態(tài)延性釬焊箔制成。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，Ni含量為30^t^45at%?；蛘?，該熱交換器可以具有由前述任一實(shí)施方案所述非晶態(tài)延性釬焊箔制成的焊縫。上述由非晶態(tài)延性釬焊箔制成的焊縫與由晶體粉末制成的焊縫的不同之處在于B和Si硬質(zhì)相的尺寸。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種通過附著力連接兩個(gè)或多個(gè)金屬部件的方法，該方法包括下述步驟。在兩個(gè)或多個(gè)待連接的金屬部件之間引入前述任一實(shí)施方案所述的非晶態(tài)延性釬焊箔。所述待連接的金屬部件具有高于該釬焊箔的熔化溫度，并可以由例如不銹鋼、Ni或Co合金組成。將待釬焊的復(fù)合物加熱至高于該釬焊箔的液相線溫度的溫度，隨后冷卻，從而在所迷待連接的金屬部件之間形成釬焊接頭。所述待連接的金屬部件優(yōu)選為熱交換器部件、廢氣環(huán)流冷卻器或燃料電池。這些產(chǎn)品需要可靠的釬焊接頭，該釬焊接頭完全防漏，在升高工作溫度下耐腐蝕，機(jī)械上穩(wěn)定因而可靠。根據(jù)本發(fā)明的釬焊箔使得能夠獲得這樣的接頭。根據(jù)本發(fā)明的釬焊箔可以用于在物品中制成一個(gè)或多個(gè)焊縫。該經(jīng)釬焊的物品可以用作例如熱交換器、廢氣環(huán)流冷卻器或燃料電池。利用快速凝固工藝將根據(jù)本發(fā)明的釬焊箔制成非晶態(tài)、均質(zhì)的、延性釬焊箔。為此，通過鑄口將金屬熔體噴射到高速澆鑄輪或澆鑄筒上，并以高于105°C/s的速率冷卻。隨后，一般在IO(TC-300。C之間的溫度下將鑄造的條帶從該澆鑄輪取下，直接巻繞成所謂的帶材巻或巻繞在巻軸上。根據(jù)本發(fā)明的非晶態(tài)釬焊箔用于通過附著力連接兩個(gè)或多個(gè)部件，包括下述步驟-提供熔體，其由FeaNibCrcSidBeMofPg和任意雜質(zhì)組成，其中25^50at%;25^b￡50at%;5<d5at%;4Sd￡l5at%;4^e￡l5at%;0逸5at%;0^g^6at%;其中10^d+e+g^28at%,并且a+b+c+d+e+f+g=100;-通過以高于約105°C/s的速率在移動(dòng)冷卻表面上快速凝固上述熔體，制造非晶態(tài)釬焊合金箔；-通過在待連接的金屬部件之間施加該釬焊合金箔，形成釬焊復(fù)合物；-將該釬焊復(fù)合物加熱至高于該釬焊合金箔的液相線溫度的溫度；-冷卻該釬焊復(fù)合物，從而在所述待連接的金屬部件之間形成接頭。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，提供熔體，其由FeaNibCrcSidBeMofPg和任意雜質(zhì)組成，其中25^a^50at%;30^bS45at%;5<c^l5at%;4^d^l5at%;4^e￡l5at%;0^5at%;0^6at%;其中10￡d+e+g^28at%,并且a+b+c+d+e+f+g=100。上迷通過附著力形成的接頭涉及利用根據(jù)本發(fā)明的鐵及鎳基釬焊合金進(jìn)行的釬焊工藝，借此可以獲得無任何接合缺陷的完美的釬焊接頭。根據(jù)本發(fā)明的釬焊合金的液相線溫度低于120(TC。根據(jù)本發(fā)明的釬焊方法特別適合通過附著力連接由不銹鋼和/或鎳和/或鈷合金制成的金屬部件。這些部件通常用于制造熱交換器或類似產(chǎn)品(例如廢氣環(huán)流冷卻器)。在釬焊溫度下，該熔融釬焊箔潤(rùn)濕所述待連接的金屬部件，由于其具有根據(jù)本發(fā)明的組成因而完全填充該焊縫，因此避免了接合缺陷。下面，參照實(shí)施方案和對(duì)比例詳細(xì)i兌明本發(fā)明。表1列出了具有不同Ni和類金屬含量的Fe-Ni釬焊箔的固相線及液相線溫度。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>第1至5號(hào)的釬焊箔不是本發(fā)明的一部分，而第6至14號(hào)的則是根據(jù)本發(fā)明的釬焊箔。這些釬焊箔的加工溫度和釬焊溫度通常比液相線溫度高10-50°C。如表1所示，Ni含量低于25at%(表1中第1至5號(hào))的Fe-Ni釬焊箔傾向于具有明顯高于1200。C的液相線溫度。這使得Ni含量低于25at%的Fe-Ni釬焊箔的加工溫度高于1200°C。這樣的加工溫度是不能被接受的，因?yàn)樵摐囟葧?huì)導(dǎo)致形成粗晶，損害待連接部件的基底材料。在相同的類金屬含量下，即Si和B含量，具有25或40aty。的較高Ni含量的Fe/Ni釬焊合金(表l中笫6至14號(hào))具有低于工業(yè)技術(shù)中可允許的最高溫度1200。C的液相線溫度。因此加工溫度^^于1200°C,這是可以接受的。而且這些合金可以被制成帶厚大于30|tim的非晶態(tài)延性箔，從而滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。第1實(shí)施方案采用組成為Fe32-Ni40-Crl0-Si9-B9的延性非晶態(tài)釬焊蕩制成焊縫。釬焊條件為在119(TC達(dá)30分鐘。該合金流過并潤(rùn)濕該基底材料，形成理想地填充的填角焊縫。該焊縫無任何熔合不良的缺陷。笫2實(shí)施方案采用組成為Fe62-Nil0-Crl0-Si5-B11的延性非晶態(tài)釬焊蕩制成焊縫。釬焊條件為在124(TC達(dá)30分鐘。該釬焊合金的流動(dòng)性和浸潤(rùn)性極差，因此接頭未被完全填充。接頭的熔合情況極差。無法保證可靠的接頭。權(quán)利要求1.非晶態(tài)延性釬焊箔，其組成主要由FeaNibCrcSidBeMofPg和任意雜質(zhì)組成，其中25≤a≤50at％；25≤b≤50at％；5＜c≤15at％；4≤d≤15at％；4≤e≤15at％；0≤f≤5at％；0≤g≤6at％；其中10≤d+e+g≤28at％，并且a+b+c+d+e+f+g＝100。2.非晶態(tài)延性釬焊箔，其組成主要由FeaNibCr。SidBeMofPg和任意雜質(zhì)組成，其中25^a^50at%;30^45at%;5<c^l5at%;4^15at%;4^15at%;0^5at%;0^6at%;其中12^d+e+g^24at%，并且a+b+c+d+e+f+g=100。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非晶態(tài)延性釬焊箔，其特征在于Si含量為5^13at%。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非晶態(tài)延性釬焊箔，其特征在于B含量為4^d2at%。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的非晶態(tài)延性釬焊箔，其特征在于液相線溫度低于1200°C。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的非晶態(tài)延性釬焊箔，其特征在于該釬焊箔至少80%為非晶態(tài)。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的非晶態(tài)延性釬焊箔，其特征在于其厚度D大于30|xm。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非晶態(tài)延性釬焊箔，其特征在于其厚度為9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的非晶態(tài)延性釬焊箔，其特征在于其寬度為20mm^B^300mm。10.根據(jù)權(quán)利要求56所述的非晶態(tài)延性釬焊箔，其特征在于其寬度B^40mm。11.熱交換器，該熱交換器具有至少一個(gè)由下述非晶態(tài)延性釬焊箔制成的焊縫，該釬焊箔的組成主要由FeaNibCreSidBeMofPg和任意雜質(zhì)組成，其中25^a^50at%;25^b^50at%;5<c^l5at%;4^dSl5at%;4^e^l5at%;0^fS5at%;0^g^6at%;其中10^d+e+gS28ato/o，并且a+b+c+d+e+f+g=100。12.具有至少一個(gè)由權(quán)利要求l-10任一項(xiàng)所述釬焊箔制成的焊縫的熱交換器，其特征在于，該焊縫〉30iLim。13.通過附著力連接兩個(gè)或多個(gè)金屬部件的方法，該方法包括下述步驟-在待連接的兩個(gè)或多個(gè)金屬部件之間引入權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述非晶態(tài)延性釬焊箔，其中所述待連接的金屬部件的熔化溫度高于該釬焊箔；-將該釬焊復(fù)合物加熱至高于該釬焊箔的液相線溫度的溫度；-冷卻該釬焊復(fù)合物，從而在所述待連接的金屬部件之間形成釬焊接頭。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述通過附著力連接兩個(gè)或多個(gè)金屬部件的方法，其特征在于所述待連接的金屬部件為熱交換器、廢氣環(huán)流冷卻器或燃料電池的部件。15.通過附著力連接兩個(gè)或多個(gè)部件的方法，包括下述步驟-提供FeaNibCrcSidBeMofPg和任意雜質(zhì)的熔體，其中25^a^50at%;25^50at%;5<d5at%;4sd￡l5at%;4^15at%;0逸5at。/o;0Sg^6at%;其中10^d+e+gS28at%,并且a+b+c+d+e+f+g=100;-通過以高于約105°C/s的速率在移動(dòng)冷卻表面上快速凝固上述熔體，制成非晶態(tài)釬焊合金箔；_通過在待連接的金屬部件之間施加該釬焊合金箔，形成釬焊復(fù)合物；-將該釬焊復(fù)合物加熱至高于該釬焊合金箔的液相線溫度的溫度；-冷卻該釬焊復(fù)合物，從而在所述待連接的金屬部件之間形成釬焊接頭。16.通過附著力連接兩個(gè)或多個(gè)金屬部件的方法，包括下述步驟-提供FeaNibCrcSidBeMofPg和任意雜質(zhì)的熔體，其中25^a^50at%;30￡b$45at%;5<c^l5at%;4^15at%;4^15at%;0必5at。/o;0架6at%;其中10^d+e+g^28at%,并且a+b+c+d+e+f+g=100;-通過以高于約105°C/s的速率在移動(dòng)冷卻表面上快速凝固上述熔體，制成非晶態(tài)釬焊合金箔；-通過在所述待連接的金屬部件之間施加該釬焊合金箔，形成釬焊復(fù)合物；-將該釬焊復(fù)合物加熱至高于該釬焊合金箔的液相線溫度的溫度；-冷卻該釬焊復(fù)合物，從而在所述待連接的金屬部件之間形成接頭。17.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述非晶態(tài)延性釬焊箔用于釬焊熱交換器、廢氣環(huán)流冷卻器或燃料電池的兩個(gè)或多個(gè)部件的用途。18.經(jīng)釬焊的物品，其特征在于，至少一個(gè)焊縫由權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述非晶態(tài)延性釬焊箔制成。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述經(jīng)釬焊的物品，用作熱交換器、廢氣環(huán)流冷卻器或燃料電池。全文摘要一種非晶態(tài)延性釬焊箔，其由Fe_aNi_bCr_cSi_dB_eMo_fP_g和任意雜質(zhì)的組合物制備，其中25≤a≤50at％；30≤b≤45at％；5＜c≤15at％；4≤d≤15at％；4≤e≤15at％；0≤f≤5at％；0≤g≤6at％；其中10≤d+e+g≤28at％，并且a+b+c+d+e+f+g＝100。利用該釬焊箔可以制成優(yōu)良的釬焊接頭。文檔編號(hào)C22C38/08GK101291775SQ200680039390公開日2008年10月22日申請(qǐng)日期2006年7月18日優(yōu)先權(quán)日2005年8月22日發(fā)明者D·努特澤爾,T·哈特曼申請(qǐng)人:真空融化兩合公司