本发明属于钎焊，涉及一种自钎焊钎料板，尤其涉及一种铝合金自钎焊钎料板的挤压装置及制备方法。
背景技术：
1、油冷器、水箱、冷凝器、蒸发器、钎焊式电池水冷板等汽车热交换器或部件在制造过程中需要使用铝硅合金复合材料进行冲压、组装以及钎焊，其中的钎焊工序是其中最为关键的一步。
2、目前，汽车热交换器或部件的钎焊主要包括真空钎焊(vb)和控制气氛保护钎焊(cab)。cab钎焊可以实现汽车热交换器或部件的简单装载、连续生产，且具有设备维护成本低的优点，通常将组装好的热交换器表面喷淋一层钎剂(主要成分为kalf4和kalf6)，再经低温干燥和高温钎焊获得热交换器产品的主体结构。喷淋在产品表面的钎剂经过高温钎焊后会残留在产品表面，不仅影响产品外观、影响表面散热，还会出现多余钎剂堵塞孔道、降低换热效率的缺陷。
3、随着燃油汽车的更新迭代，尤其是新能源汽车的异军突起，对汽车热交换器的换热效率提出了更高的要求，例如，内部流道设计更为复杂，通过传统喷淋方式施加钎剂时，不能对内部结构进行钎剂覆盖，对此，现有技术中提供了一种预埋钎剂铝合金复合材料，这种材料在保证各组件钎焊后顺利结合的基础上，减去了钎剂喷淋的工序，改善了工作环境，节省了人力成本，而且能够使产品表面单位面积的钎剂施加量降低，产品的换热效率和外观质量能够得到明显改善。
4、cn112853236a公开了一种纤维增强硬质合金及其制备方法，其将掺有一定比例粘结剂的合金混合料挤压成毛坯，再经60-90min脱蜡烧结、45-60min真空烧结、60-75min的加热烧结，得到所需硬质合金。该方法存在的问题是，加入的粘结剂或成型剂需要在烧结后去除，增加了制备工序，同时，存在粘结剂元素成分材料、污染合金的风险。
5、cn106544537a公开了一种碳纳米管增加铝基复合材料的制备方法，其需要使用电阻炉和真空机组对装入复合粉末的铝包套进行加热和抽真空，现在室温下抽真空至真空度小于1×10-1pa，然后开始加热，并保持抽真空，当温度达到300℃时，保温2-5h，最后加热至440-500℃，并抽至真空度小于2×10-3pa；对包套中的混合粉末进行固结成型的热等静压温度为400-500℃、压力为100-130mpa，时间为2-5h。但其需要将最外层包套进行机加工去除，工艺繁琐且产量较低。
6、cn101674915a公开了一种预埋钎剂自钎焊板及其制备方法，该方法中采用的喷射成型技术虽然改善了传统金属粉末冶金路线中的一些缺点，能够得到高密度、无连通孔隙，并且钎焊性能优良的自钎焊材料。但喷射成型的成材率较低，并且制备成本较高，另外，喷射成型所得坯锭还需要经过锻压等工序才能获得所需规格的板坯，增加了工艺复杂性和制作成本。
7、如何通过材料设计、工艺优化制备出钎焊性能优良的自钎焊钎料板是国内外汽车铝热传输材料厂家的目标之一。因此，有必要提供一种能够打破常规冷等静压/热等静压制备预埋钎剂坯料，再进行后续压力加工成铝合金自钎焊钎料板的思维定势的铝合金自钎焊钎料板的挤压装置及制备方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种铝合金自钎焊钎料板的挤压装置及制备方法，制备方法在挤压装置中进行，能够提高表面光洁度并降低边部开裂的现象，从而提高了成材率。
2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供了一种铝合金自钎焊钎料板的挤压装置，所述挤压装置包括挤压模、挤压头以及拱形钎料板；
4、所述挤压模包括腔体结构；沿挤压头的挤压方向，所述腔体结构包括第一腔室与第二腔室；所述第二腔室远离挤压头的一端设置有挤压出口；
5、所述第一腔室与第二腔室的过渡处设置有台阶结构，拱形钎料板的边部设置于台阶结构之上，所述拱形钎料板的凸出方向朝向第一腔室；
6、所述第二腔室为圆锥状腔室；所述圆锥状腔室的锥顶位于远离挤压头的方向，且圆锥状腔室的锥顶为挤压出口；
7、所述拱形钎料板的拱顶距离台阶结构所在平面的最近距离记为h1，h1为圆柱状腔室内径的13-50%，例如可以是13%、15%、20%、30%、40%或50%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；
8、所述拱形钎料板与圆锥状腔室的锥底接触宽度记为h2，h2不小于拱形钎料板厚度的80%，例如可以是80%、85%、90%、95%或100%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；
9、所述拱形钎料板的厚度为10-50mm，例如可以是10mm、20mm、30mm、40mm或50mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；
10、所述挤压装置的挤压对象为混合粉末，所述混合粉末包括铝硅合金粉末与钎剂粉末，所述拱形钎料板的材质与铝硅合金粉末的材质相同。
11、现有技术通过挤压铝合金铸造棒材或粉末烧结成型来制备铝合金自钎焊钎料板，但传统的挤压工艺不适用对铝合金粉末进行处理，因为：粉末状的铝合金形态不固定，常规挤压装置为开放式通路，铝合金粉末在开放式通路中无法受压致密化，难以直接挤压成型；铝合金粉末中引入钎料时，如果存在大量气体，在钎焊过程中残留的气体与铝基体发生反应生成氧化铝，新生成的氧化铝会与钎剂反应，使钎剂失去活性；钎剂中的无机成分无塑性变形能力，增加了铝合金粉末之间物理接触发生塑性变形的难度，表面质量变差，难以实现批量化生产。
12、本发明提供的挤压装置在第一腔室与第二腔室之间设置拱形钎料板，挤压头挤压时，使挤压头、第一腔室侧壁以及拱形钎料板形成一个封闭的空间，将混合粉末置于其中，通过挤压前对混合粉末进行预加压，能够获得含气量较小并具有一定塑性成型能力的预变形坯体；而后，预变形坯体在挤压头推动下，推动拱形钎料板向第二腔室运动，拱形钎料板受台阶结构的阻力，不能及时向第二腔室运动，预变形坯体推动拱形钎料板中部向第二腔室运动的速度高于边缘速度，随着变形程度的进一步增加，拱形钎料板在预变形坯体外部形成一层致密保护壳，这层致密保护壳在压力作用下包裹预变形坯体流过第二腔室，并从挤压出口挤出，防止了预变形坯体与第二腔室的直接接触，提高了铝合金自钎焊钎料板的表面光洁度，有效降低了边部开裂，提高了成材率。
13、当h1不足圆柱状腔室内径的13%时，拱形钎料板抵抗变形的能力减弱，表现为预加压后拱形钎料板的中心点下塌严重；而当h1超过圆柱状腔室内径的50%时，第一腔室内的空间被过多侵占，造成产量减少。
14、示例性的，记第一腔室的直径为d，d设置为300-500mm为常规挤出腔室直径，例如可以是300mm、350mm、400mm、450mm或500mm，但不限于所列举的数值范围及具体数值，本领域技术人员可根据自身制品需求来设置第一腔室直径d。
15、当h2不足拱形钎料板厚度的80%时，拱形钎料板抵抗混合粉末的轴向压应力减弱，表现为拱形钎料板的中心点明显下塌。
16、本发明采用厚度为10-50mm的拱形钎料板有助于提高其抗变形能力，可以有效防止加工过程中拱形钎料板中心点产生严重下塌，并能够防止拱形钎料板侵占第一腔室的混合粉末填充空间。
17、当拱形钎料板中心点产生严重下塌时，将导致粉末无法获得有效预成型的坯体，所述坯体的孔隙率极高。
18、本发明所述第一腔室为能够实现加热升温的第一腔室，本发明不对第一腔室加热升温的结构做进一步限定，只要能够实现第一腔室的温度控制即可。
19、示例性的，所述第一腔室的侧壁设置有控温加热元件。
20、优选地，所述控温加热元件与第一腔室的侧壁固定连接或可拆卸连接。
21、优选地，所述第一腔室为圆柱状腔室。
22、优选地，所述圆柱状腔室的内径大于圆锥状腔室的锥底内径，以形成所述台阶结构。
23、本发明中拱形钎料板的使用能够在预加压阶段不产生明显的塑性变形，并能够抵抗挤压头传递给混合粉末的自上而下的压应力，混合粉末的压力被传递到拱形钎料板的边缘，使其能够保持较好的形状，防止拱形钎料板发生明显塑性变形而产生中心点下塌。
24、第二方面，本发明提供了一种铝合金自钎焊钎料板的制备方法，所述制备方法在第一方面所述的挤压装置中进行，包括如下步骤：
25、（1）第一腔室中填充混合粉末，使挤压头、第一腔室的侧壁以及拱形钎料板形成密闭腔室，压入挤压头实现对混合粉末的预加压，得到预变形坯体；
26、所述混合粉末包括铝硅合金粉末与钎剂粉末；
27、（2）排气后进行挤压，将预变形坯体压入第二腔室，使拱形钎料板包覆预变形坯体成型并从挤压出口挤出，得到铝合金自钎焊钎料板。
28、本发明提供的制备方法在第一方面的挤压装置中进行，利用第一方面挤压装置中拱形钎料板的设置，能够得到孔隙率≤5%的预变形坯体，进而能够制备表面光洁度高、边部开裂少且成材率高的铝合金自钎焊钎料板。
29、优选地，步骤（1）所述预加压包括第一升温、第一加压以及保温保压。
30、本发明所述第一升温与第一加压能够同时进行。
31、优选地，所述第一升温的升温速率为100℃/min以上，例如可以是100℃/min、120℃/min、150℃/min、180℃/min或200℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
32、本发明不对第一升温的方式做进一步限定，本领域技术人员能够在第一腔室的合适位置设置常规的控温加热元件，实现特定升温速率的温度控制。
33、优选地，所述第一升温的终点温度为400-450℃，例如可以是400℃、410℃、420℃、430℃、440℃或450℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
34、优选地，所述第一加压的压力为10-30mpa，例如可以是10mpa、15mpa、20mpa、25mpa或30mpa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
35、优选地，所述保温保压的时间为10-60min，例如可以是10min、20min、30min、40min、50min或60min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
36、若第一升温的升温速率过慢，未致密的混合粉末在加热段停留时间过长，会进一步加剧混合粉末的氧化；当粉末氧化严重时，铝合金粉末颗粒之间的表面结合力变差，导致挤压的板产生边部开裂。
37、本发明以100℃/min以上的升温速率将温度升高至400-450℃，有助于减少混合粉末在加热段与空气接触的时间；同时，挤压头对混合粉末施加10-30mpa的压力，使混合粉末逐渐致密化，使粉末与空气的接触面积减小，减少了混合粉末在预加压阶段的氧化。
38、本发明通过在400-450℃的温度下对混合粉末施加10-30mpa的压力，保温保压10-60min，能够促进混合粉末颗粒之间的元素扩散，在加热及保温过程中实现混合粉末之间由物理堆积向冶金结合的转变，冶金结合状态的合金相比于物理堆积的混合粉末具有更高的致密度，从而降低了预变形坯体的孔隙率。
39、当温度不足400℃、压力不足10mpa或保温保压时间不足10min时，均不利于得到孔隙率较低的预变形坯体；且当温度高于450℃、压力超过30mpa或保温保压时间大于60min时，则会导致拱形钎料板的中心点下塌严重。
40、优选地，步骤（1）所述混合粉末中钎剂粉末的质量百分数为1-15wt%，例如可以是1wt%、3wt%、5wt%、8wt%、10wt%、12wt%或15wt%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
41、当混合粉末中钎剂粉末的质量百分数不足1wt%时，过少的钎剂粉末不足以消耗铝硅合金表面的氧化膜，材料的钎焊流动性能不足；而当混合粉末中钎剂粉末的质量百分数超过15wt%时，过多的钎剂与铝硅合金粉末在挤压中难以协调变形，造成边裂严重，成型困难。
42、本发明中使用的钎剂包括常规的含f无机盐钎剂，例如氟铝酸钾、氟铝酸钠、氟硅酸钾或含羟基氟铝中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氟铝酸钾与氟铝酸钠的组合，氟铝酸钠与氟硅酸钾的组合，氟硅酸钾与含羟基氟铝的组合，或氟铝酸钾、氟铝酸钠、氟硅酸钾与含羟基氟铝的组合。
43、优选地，以质量百分数计，步骤（1）所述铝硅合金粉末中包括5-12wt%的硅以及15wt%以下的铜。
44、本发明提供的铝硅合金粉末中，需要使其硅含量在5wt%以上，例如可以是5wt%、6wt%、8wt%、10wt%或12wt%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。铝硅合金粉末中的铝硅共晶在钎焊时形成液相而实现钎焊接合，若si含量不足5wt%，则熔融的钎料不足以形成足够的液相填充焊缝，降低材料的钎焊性能；但过多的si不仅增加原材料成本，也会导致钎料的熔点增高，同样不利于保证钎焊流动性能，因此，本发明需要控制铝硅合金粉末中的硅含量为5-12wt%。
45、铝硅合金粉末中一定的cu能够降低钎料的熔点，提高熔融焊液的流动性，但过多的cu会增加挤压难度，因此，本发明需要控制铝硅合金粉末中的铜含量在15wt%以下，例如可以是5wt%、8wt%、10wt%、12wt%或15wt%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
46、优选地，硅铝合金粉末中通常含有杂质元素fe、mn以及mg，以质量百分数计，本发明所述铝硅合金中含有0.3wt%以下的fe、0.5wt%以下的mn以及0.1wt%以下的mg。
47、例如，当fe含量过多时，fe与si形成alfesi相，降低钎焊性能；而当mn含量过多时，mn与si形成almnsi相，同样会降低钎焊性能；当mg含量过多时，mg容易在铝硅合金的表面富集并氧化，降低混合粉末的挤压成型性能。
48、优选地，步骤（1）所述混合粉末中钎剂粉末的平均粒径为铝硅合金粉末平均粒径的20-120%，例如可以是20%、50%、60%、80%、100%或120%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
49、当钎剂粉末的平均粒径不足铝硅合金粉末平均粒径的20%时，混合粉末中的钎剂容易分层，均匀性下降；当钎剂粉末的平均粒径超过铝硅合金粉末平均粒径的120%时，较大的钎剂不能均匀弥散分布在铝硅合金中。
50、当钎剂粉末的平均粒径不在铝硅合金粉末平均粒径20-120%的范围内时，钎剂粉末无法在混合粉末中均匀分布，其分散不良将导致成品在钎焊时，钎料粉末的流动填充性明显降低，表现为试样的焊缝长度数值波动明显，且平均焊缝长度减小。示例性的，铝硅合金粉末的平均粒径为10-120μm，例如可以是10μm、30μm、50μm、60μm、80μm、100μm或120μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
51、优选地，步骤（1）所述混合粉末的松装密度为1.1-1.4g/cm3，例如可以是1.1g/cm3、1.2g/cm3、1.3g/cm3或1.4g/cm3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
52、当混合粉末的松装密度不足1.1g/cm3时，铝硅合金粉末与钎剂粉末之间的间隙过大，间隙之间残留的空气经挤压后残留在材料内部，在受热时，内部残留的空气膨胀，在材料表面产生气泡，降低了钎焊填充性能；而当松装密度超过1.4g/cm3时，过小的硅铝合金粉末与钎剂粉末间隙使得混合粉末在挤压过程中的流变性能降低，铝合金自钎焊钎料板开裂严重、难以成型。
53、示例性的，调节铝硅合金粉末的平均粒径以及长径比能够获得适宜的松装密度，当铝硅合金的平均粒径为10-120μm时，进一步优选铝硅合金的长径比为1-3，例如可以是1、1.5、2、2.5或3，从而使混合粉末的松装密度为1.1-1.4g/cm3。
54、优选地，本发明所述混合粉末的氧气含量在3000ppm以下，例如可以是500ppm、1000ppm、1500ppm、2000ppm、2500ppm或3000ppm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
55、优选地，步骤（2）所述排气包括：移动挤压头使密闭腔室与外界连通，然后加热排气。本发明中排气的功能在于避免挤压的板产生边部开裂，当取消排气操作时，气体无法排出时，容易造成加工过程产生边部开裂。
56、本发明在得到预变形坯体后，第一腔室内的气体被挤压而无法释放，随着挤压头远离第二腔室，密闭腔室转变为开放的腔室，并在此阶段施加更高的温度，有助于预变形坯体中的残留气体的挥发。
57、优选地，所述加热排气的温度为480-520℃，例如可以是480℃、490℃、500℃、510℃或520℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
58、优选地，所述加热排气的时间为1-5min，例如可以是1min、2min、3min、4min或5min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
59、优选地，步骤（2）所述挤压时，挤压头的压入速度不超过5mm/s，例如可以是1mm/s、2mm/s、3mm/s、4mm/s或5mm/s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
60、当挤压头的压入速度超过5mm/s时，预变形压坯在第一腔室中没有足够的时间充分致密化，混合粉末之间不能实现足够的冶金结合，当预变形压坯在挤压过程中突破挤压出口时，首先出料的部分容易形成较大开口，且边部产生明显裂纹。同时，当挤压头的压入速度过快时，材料在挤压变形过程中受到模具的内壁摩擦力增大，使材料存在较大升温，导致粘铝明显，表面质量变差。
61、作为本发明第二方面的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
62、（1）第一腔室中填充混合粉末，使挤压头、第一腔室的侧壁以及拱形钎料板形成密闭腔室，压入挤压头实现对混合粉末的预加压，得到预变形坯体；
63、所述混合粉末的松装密度为1.1-1.4g/cm3，氧气含量在3000ppm以下，包括铝硅合金粉末与钎剂粉末；混合粉末中钎剂粉末的质量百分数为1-15wt%；
64、所述预加压包括以100℃/min以上的升温速率升温至400-450℃，同时加压至10-30mpa，并保温保压10-60min；
65、（2）移动挤压头使密闭腔室与外界连通，然后于480-520℃加热排气1-5min；然后以不超过5mm/s的压入速度压入挤压头进行挤压，将预变形坯体压入第二腔室，使拱形钎料板包覆预变形坯体成型并从挤压出口挤出，得到铝合金自钎焊钎料板。
66、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
67、（1）本发明提供的挤压装置在第一腔室与第二腔室之间设置拱形钎料板，挤压头挤压时，使挤压头、第一腔室侧壁以及拱形钎料板形成一个封闭的空间，将混合粉末置于其中，通过挤压前对混合粉末进行预加压，能够获得含气量较小并具有一定塑性成型能力的预变形坯体；而后，预变形坯体在挤压头推动下，推动拱形钎料板向第二腔室运动，拱形钎料板受台阶结构的阻力，不能及时向第二腔室运动，预变形坯体推动拱形钎料板中部向第二腔室运动的速度高于边缘速度，随着变形程度的进一步增加，拱形钎料板在预变形坯体外部形成一层致密保护壳，这层致密保护壳在压力作用下包裹预变形坯体流过第二腔室，并从挤压出口挤出，防止了预变形坯体与第二腔室的直接接触，提高了铝合金自钎焊钎料板的表面光洁度，有效降低了边部开裂，提高了成材率；
68、（2）本发明提供的制备方法在第一方面的挤压装置中进行，利用第一方面挤压装置中拱形钎料板的设置，能够制备表面光洁度高、边部开裂少且成材率高的铝合金自钎焊钎料板。
1.一种制备铝合金自钎焊钎料板的挤压装置，其特征在于，所述挤压装置包括挤压模、挤压头以及拱形钎料板；
2.根据权利要求1所述的挤压装置，其特征在于，所述第一腔室为圆柱状腔室；
3.一种铝合金自钎焊钎料板的制备方法，其特征在于，所述制备方法在权利要求1或2所述的挤压装置中进行，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述预加压包括第一升温、第一加压以及保温保压。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一升温的升温速率为100℃/min以上；
6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述混合粉末中钎剂粉末的质量百分数为1-15wt%；
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述混合粉末中钎剂粉末的平均粒径为铝硅合金粉末平均粒径的20-120%；
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述排气包括：移动挤压头使密闭腔室与外界连通，然后加热排气；
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述挤压时，挤压头的压入速度不超过5mm/s。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
