不锈钢油冷器用新型铁基钎料的设计及接头性能研究.pdf

摘要

不锈钢油冷器是发动机冷却系统的关键部件，是保证汽车发动机系统持续稳

定运转的重要环节。目前不锈钢油冷器通常使用镍基钎料或铜基钎料钎焊来实现

不同零件之间的连接，但镍基钎料熔融温度较高，成本高，而铜基钎料耐蚀性差易

造成发动机提前失效，因此急需开发一种低成本、高性能的新型铁基钎料来满足不

锈钢油冷器的连接需求。

本文设计并制备了一种新型铁基钎料FeNi10Cr16P10Si2，并对钎料性能进行

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初步验证。研究表明该钎料液相线温度为1080C，1120C下0.2g钎料在304不

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锈钢表面铺展面积达到306.6mm，静态润湿角为2.08°，具有良好的润湿与铺展

性能。采用该钎料钎焊连接304不锈钢，发现钎料对母材造成了熔蚀，焊后接头组

织由共晶区域（鱼骨状(Fe,Cr,Ni)P+(Fe,Cr,Ni)ss），固溶体区域（(Fe,Cr,Ni)ss）以及

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母材熔蚀区域（长条状(Fe,Cr,Ni)P+(Fe,Cr,Ni)ss）所组成。

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探究了不同工艺参数对接头组织及熔蚀行为的影响，结果显示在1080-1150C

钎焊温度范围内，随着温度升高接头共晶区域形成的(Fe,Cr,Ni)P含量增加，母材

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熔蚀区域宽度减小。在15-45min保温时间范围内，P元素扩散距离与保温时间呈

抛物线关系，符合菲克第二定律，熔蚀现象随保温时间增加而加剧。在20-200μm

焊缝间隙范围内，随着间隙的增加，钎料中P元素总量增大，熔蚀行为加剧。在

1120°C，保温30min，焊缝间隙100μm的最佳工艺参数下，接头强度达到了147

MPa。

为进一步提升接头性能，通过调整降熔元素的比例，提出了FeNi10Cr16P6Si6

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钎料优化方案。优化钎料液相线温度为1098C，0.2g钎料的铺展面积为149.8mm，

静态润湿角为11°。进行钎焊试验观察组织发现接头组织是由(Fe,Cr,Ni)P化合物，

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α相固溶体以及γ相固溶体所组成，其中接头熔蚀行为有较大改善，但组织中的α

相硬度大，塑性较差，对接头的性能造成了影响。探究了工艺参数对接头组织性能

的影响，优化钎料最佳工艺参数为1120°C，保温15min，焊缝间隙100μm，接头

强度达到了177MPa，接头力学性能提高17%。为了消除α相对接头性能的影响，

进一步调整合金元素比例，提出了FeNi15Cr11P6Si6钎料再优化方案。钎料的液相

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线温度为1083C，1120C下相较于FeNi10Cr16P6Si6钎料具有更加优良的润湿与

铺展性能。在1120°C，保温15min参数下使用钎料进行连接，接头组织主要由

MP化合物与MP化合物的固溶体以及(Fe,Ni,Cr)ss固溶体所组成，只有少量母材

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溶解在钎料中，接头力学性能提高18.6%，强度达到210MPa。

使用FeNi15Cr11P6Si6钎料对不锈钢油冷器产品进行钎焊试验，试验后进行压

力脉冲检测试验与耐压爆破检测试验，所焊接的产品在脉冲压力1.5MPa，循环次

数100万次的情况下未发生泄露，平均爆破压力达到15MPa，产品均通过可靠性

检测。目前已将钎料成功应用在不锈钢油冷器上，实现了产品的规模化生产。

关键词：油冷器；AISI304