專利名稱：用于干法涂覆的焊劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可干法涂覆的焊劑以及其作為焊劑的用途。
許多年以來就知道將鋁或鋁合金構(gòu)件，特別是用于汽車工業(yè)的換熱器，通過使用基于堿金屬氟鋁酸鹽的焊劑來彼此焊接。其中，焊劑通常以水懸浮液形式噴射到換熱器上。在焊料或生成焊料的前體，如硅粉或氟硅酸鉀存在下，將構(gòu)件加熱至焊劑的熔點之上時生成一種穩(wěn)定的、非腐蝕性的連接。雖然DE-OS 19749042中已經(jīng)公布了一種可循環(huán)使用方法中產(chǎn)生的廢水的方法。但其它的方法參數(shù)嚴(yán)格必須控制焊劑懸浮液的濃度，換熱器必須在加熱前干燥，同樣循環(huán)的焊劑懸浮液可能接納雜質(zhì)。當(dāng)焊劑干燥涂覆到待結(jié)合的構(gòu)件上時可避免這些缺點。這就是“干法涂焊劑方法”下的情況。其中，干燥的焊劑粉末靜電涂覆到構(gòu)件上。優(yōu)點是，不必制備懸浮液，不必控制懸浮液的濃度，不必預(yù)先安排單獨的干燥構(gòu)件的步驟，不產(chǎn)生廢水。
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種基于堿金屬氟鋁酸鹽的焊劑，其通過氣動可良好傳輸，可良好地干噴，在噴涂的構(gòu)件上粘附性好，因此適于干法涂覆(干法涂焊劑)。這一任務(wù)通過權(quán)利要求中給出的焊劑得以解決。
本發(fā)明的理論基礎(chǔ)為，堿金屬氟鋁酸鹽焊劑的粒子尺寸或粒子尺寸分布影響氣動傳輸，可噴射性和焊劑粒子在構(gòu)件上的粘附能力。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焊劑中含有較小和較大的粒子且其比例服從某種調(diào)節(jié)時是有利的。
按本發(fā)明的可用于干法涂覆的基于堿金屬氟鋁酸鹽的焊劑，其特征為，粒子的體積分布基本上在

圖10的曲線1和2內(nèi)部。粒子尺寸分布借助激光衍射來測定。
對于優(yōu)選的焊劑，粒子的體積分布基本上在圖11中曲線1和2內(nèi)部。
圖10描述了本發(fā)明意義上的可使用粉末的體積分布曲線的下限(曲線1)和上限(曲線2)。其中是以百分比計的累積的粉末的體積分布對粒子尺寸作圖。其累積的體積分布在圖10的曲線1和2上或內(nèi)部的焊劑粉末是本發(fā)明意義上的粉末。
下表A中總結(jié)了圖10中曲線1和2的對粒子尺寸的累積體積分布。
表A圖10中曲線1和2的對粒子尺寸的累積體積分布
下限＝曲線1 上限＝曲線2閱讀實例直徑在12.5μm或更小的粒子分?jǐn)偭?0％體積。
已經(jīng)確定，累積體積分布在圖11中曲線1和2上或內(nèi)部的焊劑具有特別有利的干法涂覆性能。表B描述了圖11中曲線1和2的對粒子尺寸的累積體積分布。
表B圖11中曲線1和2的對粒子尺寸的累積體積分布
下限＝曲線1 上限＝曲線2按本發(fā)明的材料可以通過篩除不希望的粒子組分，通過具有不同粒子尺寸分布的材料混合得到。
噴涂因子優(yōu)選為25，更優(yōu)選35，特別是45或更高，由此其確定比例H流化∶H0至少為1.05。噴涂因子的上限為85，優(yōu)選為83.5。噴涂因子及比例H流化∶H0(膨脹的粉末對未膨脹粉末的高度)的計算將在下面進一步表述。
按本發(fā)明的材料很適合用作干法涂覆方法中的焊劑。其中，粉末通過壓縮空氣或氮氣由儲罐中引入“噴槍”中，在那里充上靜電。然后，粉末離開噴槍的噴頭，打在待焊接的構(gòu)件上。接著，待焊接的構(gòu)件任選地在拼合的情況下，在焊接爐中，大部分情況下在惰性氣體氮氣氣氛下，或通過火焰焊接來焊接。
按本發(fā)明的粉末相對于已知焊劑具有應(yīng)用技術(shù)方面的優(yōu)勢。例如它有優(yōu)異的流動性。這歸因于選擇的粒子尺寸分布。這種良好的流動性導(dǎo)致堵塞趨勢降低。這種材料可以非常好地充電。這種材料非常好地粘附到待焊接的構(gòu)件上。材料流動很均勻。
對于本發(fā)明將借助下面的實施例進一步闡述，但并不限于其范圍內(nèi)。
實施例體積分布的測定系統(tǒng)Sympatec HELOS生產(chǎn)廠家Sympatec GmbH，系統(tǒng)-粒子技術(shù)構(gòu)造利用激光衍射測定固體的粒子尺寸分布的測量儀。
此儀器包括下面的組件配有輻射形成裝置的激光光源，測量區(qū)，在此待測粒子與激光相互作用，成像透鏡系統(tǒng)，在此衍射激光的角分布轉(zhuǎn)換為光檢測器上的位置分布，帶有自動聚焦單元和后置電子學(xué)裝置的多元光檢測器，其將測得的強度分布數(shù)字化。
粒子尺寸分布的計算借助WINDOX軟件來完成。其原理基于利用測量的衍射模型的強度分布(n.Fraunhofer)。在目前情況下HRLD(高分辨激光衍射)。非球形粒子的粒子尺寸被描述為衍射相同的球的等價直徑分布。測量前必須將聚集體分開為單個粒子。用于測量必要的粉末的氣溶膠在分散儀，這里是RODOS系統(tǒng)中制備。借助震蕩槽(VIBRI)將粉末均勻供應(yīng)至分散儀中。測量范圍0.45…87.5μm求值HRLD(3.3版，規(guī)則1)樣品密度設(shè)定1g/cm3形狀因子1復(fù)雜的衍射指數(shù)m＝n-ik；n＝1；i＝0求值X 是粒徑，以μm計。Q3是直至提及的直徑的粒子的累積體積份額，以％計。q3是粒徑X時的密度分布。X10 是累積體積份額達到10％時的粒徑。c_opt 是進行測量時出現(xiàn)的光濃度(氣溶膠密度)。M1，3和Sv沒有考慮用來求值。原料試驗兩種不同粒子尺寸分布的氟鋁酸鉀粉末用于干法涂覆的性能。粉末是通過篩除不希望的粒子組分來得到。下面將粒子尺寸分布(體積分布)制表。粉末1(“較粗的”材料)的粒子尺寸分布在圖1中直觀說明，粉末2(“較細的”材料)的粒子尺寸分布在圖2中直觀說明。表1粉末1的體積分布
x10＝1,14μm x50＝7,35μm x90＝19,44μmSv＝2,033m2/cm3Sm＝8132cm2/g copt＝6,27％表2粉末2的體積分布
x10＝0,72μmx50＝2,71μmx90＝7,26μmSv＝3,6046m2/cm3Sm＝14418cm2/g copt＝6,74％首先測試粉末1或2及兩者的某種混合物的可流化性以及流動性。使用的設(shè)備與方案用于計算粉末可流化性和粉末流動性的測量儀(Binks-Sames粉末可流化性測量儀AS 100-451195)搭在一個震動單元上(Fritsch L-24)。此測量儀具有底部帶多孔膜的流化圓筒。將250g各待測粉末引入圓筒中，打開震動單元，將均勻(通過流量計控制)的干燥氮氣流通過多孔膜導(dǎo)入粉末中。粉末膨化；為調(diào)節(jié)至平衡狀態(tài)，讓氣體作用1分鐘。通過測量膨化前和后的高度，可以計算出各種粉末的可流化性。
各種粉末的可流化性和流動性用來計算所謂的“噴涂因子”。噴涂因子是膨化因子(可流化性)和粉末的物料流動(流動性)的結(jié)合。噴涂因子是干法涂覆應(yīng)用中的重要因子。它按下面方法確定如上所述，各待測粉末在流化圓筒中膨化。然后打開在圓筒的一側(cè)安裝的孔洞30秒，通過柱的這個孔放出的粉末在燒杯中接收并稱重?；趩挝粫r間0.5分鐘的接收粉末的量的比例在下面稱為“噴涂因子”(Spruehfaktor)。為了說明應(yīng)提及的是，具有優(yōu)異可流化性、流動性的粉末，其噴涂因子為140?？膳蚧院懿睿鲃有圆畹姆勰┢鋰娡恳蜃永鐬?。下表3中列出了對純粉末1，純粉末2和以90，80，70…10wt-％粉末1，其余加至100wt-％的粉末2組成的混合物的確定的噴涂因子。表3
1多次測量的平均值測試過程中確定，在噴涂因子大于約45g/0.5分鐘時具有良好的流動性。
噴涂因子也可按下列方法計算a)計算膨化因子(Expansionsfaktor)(cm/cm)H流化∶H0，其中H流化＝膨化粉末的高度，H0＝未流化粉末的高度，斷開震動儀，切斷氮氣供應(yīng)。
由跨越直徑分布的測量點的各5次測量計算平均值。
b)粉末的流動(g/0.5分鐘)0.5分鐘內(nèi)由孔流出的粉末的質(zhì)量，以10次測量的中間值確定。計算中間值中間值m＝m9+m2/2，當(dāng)10次測量中m5＜m3＜m1＜m7＜m9＜m2＜m4＜m8＜m10＜m6噴涂因子Rm是Rm(g/0.5分鐘)＝m(g/0.5分鐘)·膨化因子。
奇特的是，噴涂因子不是隨粉末混合物的組成線性變化，而是在樣品1約為80-90％的含量范圍內(nèi)具有性能的強烈突變。這圖示于圖3中。其中噴涂因子(g/0.5分鐘)對粉末1在混合物中的百分比例作圖。這意味著，粉末中細組分含量對流動性有很大影響。測試與粒子尺寸分布有關(guān)的在鋁構(gòu)件上的粘附能力此粘附能力通過一種很簡單的方法測試，其可得到很好的有關(guān)測試粉末在干法涂覆方面工藝上可使用性的結(jié)論。
平面，正方形鋁板，尺寸為0.5m×0.5m，用待測、干燥的焊劑粉末通過噴射，靜電涂覆到一面上。稱量焊劑的加載量；然后將此板在垂直方向5cm高處讓其下落到地板上，以相對初始焊劑加載量的百分比記錄焊劑的損失。對于粉末各進行10次測量。相對于按本發(fā)明的粉末的低重量損失而言，粘附差的粉末顯示出比較高的重量損失(參見粉末3和粉末4)。實際條件下的測試使用兩個不同的裝置。一個裝置是Nordson公司的焊劑涂覆裝置(“涂焊劑臺”)，適于半連續(xù)的操作。單元的尺寸216cm高，143cm寬，270cm深。重要的組件是一個儲罐，一個噴槍，兩個過濾筒和控制單元。待涂焊劑構(gòu)件放到可手工前后移動的格柵上。噴槍自動從左到右移動，并在間隔時間約21秒內(nèi)返回(21秒對應(yīng)65cm，即速度為3.1cm/秒)。
作為第二個涂焊劑單元，在此系統(tǒng)中構(gòu)建入ITW/Gema容器與噴槍和控制單元。
噴頭與格柵間的距離為34cm。工作原理Nordson公司的容器應(yīng)用粉末流化的原理，以便將焊劑經(jīng)文丘里泵和輸送管引入噴槍中。容器中的攪拌或振動裝置促進焊劑的流化。
ITW/Gema系統(tǒng)具有帶螺旋式輸送機的容器，以便將粉末機械輸送到漏斗中。然后，文丘里泵將焊劑通過管輸送到噴槍中。
ITW/Gema系統(tǒng)在幾個位置上配備振動儀，以便避免被焊劑堵塞。噴槍用100kV工作以給粉末充電。
實施例中提及的粉末在按Nordson或ITW/Gema的設(shè)備中使用，以測試焊劑傳輸和噴射過程的均勻性和測試物體(表面積為4.8m2的換熱器)的加載量。首先就空氣流量或螺旋速度調(diào)節(jié)控制單元，以致于焊劑加載量達到約5g/m2。接著，實驗繼續(xù)進行30分鐘，不改變對設(shè)備的設(shè)定。以2-4分鐘間隔，將測試物體為了用焊劑噴灑而放到格柵上，然后稱量以確定焊劑加載量。每個測試系列包括10或11次測量。結(jié)果總結(jié)在表4中。
表430分鐘測試，換熱器上焊劑加載量
圖4至7中圖解總結(jié)了對于Nordson設(shè)備或ITW/Gema設(shè)備而言，粉末1或粉末2相對于時間的焊劑加載量。對于粉末2，在Nordson設(shè)備的情況下，噴頭必須有規(guī)則地空吹，以避免堵塞。
30分鐘測試研究如上所述用來測試其它粉末。粉末3具有下列性能Rm的測量值為59.25；H流化∶H0(mm/mm)＝1.11；粘附損失為11.5％；下面的粒子尺寸分布所有粒子的90％的大小為＜35.15μm；所有粒子的50％的大小為＜9.76μm，所有粒子的10％的大小為＜1.35μm。粒子尺寸分布的峰最大值位于5μm，第二個最大峰值在20μm。這種粉末的累積體積分布在圖5和圖6中作為良好使用性粉末的實施例被加以描述。這種材料不但在Nordson設(shè)備中，而且在ITW/Gema設(shè)備中都產(chǎn)生很好的結(jié)果。既沒有觀察到設(shè)備中有“噴出”(Spucken)現(xiàn)象，也沒有必要時噴頭空吹。形成的層“很漂亮”。相對于時間的焊劑涂層在圖8中加以描述。另一種材料是粉末4，其具有噴涂因子Rm＝82.85；H流化∶H0是1.10；粘附測試的損失為16.7％；粒子尺寸分布所有粒子的90％具有直徑為小于28.6μm；所有粒子的50％具有直徑8.9μm，所有粒子的10％具有直徑小于1.67μm；粒子尺寸分布在9.5及20μm處有峰，這種材料也具有優(yōu)異的結(jié)果。圖9描述了換熱器上用粉末4的焊劑涂覆相對時間的均勻性。
可接受的結(jié)果還通過下面的氟鋁酸鉀粉末5得以實現(xiàn)Rm＝46.99；比例H流化∶H0＝1.05，損失涂層6.39％，粒子尺寸分布所有粒子的90％＜19.84μm；所有粒子的50％＜7.7μm；所有粒子的10％＜1.16μm，粒子尺寸分布的最大峰值在13處。
權(quán)利要求
1.可用于干法涂覆的基于堿金屬氟鋁酸鹽的焊劑，其特征為，粒子的體積分布基本上位于圖10中曲線1和2之內(nèi)。
2.權(quán)利要求1的焊劑，其特征為，粒子的體積分布基本上在圖11中曲線1和2之內(nèi)。
3.權(quán)利要求1的焊劑，其特征為，其涉及基于氟鋁酸鉀的焊劑。
4.用于焊接鋁或鋁合金的方法，其中使用權(quán)利要求1至3的焊劑，其被干燥地，負荷靜電地涂覆到待連接構(gòu)件上，并在加熱下焊接構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于堿金屬氟鋁酸鹽,很適于干法涂覆的焊劑。在此涉及一種由粒子尺寸分布范圍定義的無細粒子組分的焊劑。
文檔編號B23K3/00GK1355736SQ00808848
公開日2002年6月26日 申請日期2000年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月25日
發(fā)明者H－W·斯維德斯基, A·奧特曼, H－J·貝爾特 申請人:索爾微氟及衍生物有限公司