硬钎焊(brazing)和软钎焊(soldering)是通常用于将相同或不同的两 金属接合在一起的两种方法。这些工艺典型地包括通过将诸如铝或金属合金 的硬钎焊组分沉积在接合表面(即将被接合的表面)附近或接合表面之间， 而将金属件接合在一起。随后将硬钎焊填充合金和接合表面加热到焊接温 度，该焊接温度典型地在硬钎焊合金的熔点之上但在将接合的部件的熔点之 下。此后硬钎焊组分熔化，通过毛细管作用流入到接合处，并形成焊接接合 表面的焊脚和密封。
在大多数情况下，这些工艺除了需要填料合金之外还需要化学焊剂。焊 剂使得基底金属准备好接收填料合金，由此产生牢固的接合。焊剂通常分为 以下两类：腐蚀性的(必须去除)和非腐蚀性的(残留在部件上)。
历史上，合金和焊剂在两个分开的步骤中施加。然而，近些年来，已经 发展出了出越来越多的选择，其中将填料合金和焊剂结合成一个完备的形 式。这些发展产生了为铝基和银基的硬钎焊合金。
例如，Omni科技有限公司(Epping，New Hampshire)开发了一种以商 标SIL-CORETM出售的焊剂芯金属丝(flux core wire)。为了实现上述目标， Omni采用了窄片形式的铝，将一些粉末状焊剂沉积在中间的下面，然后形 成绕焊剂的窄片卷。此后该材料经过拉拔模(draw die)以减小直径并使得 焊剂内部紧凑。通过该工艺，Omni提供了多种直径的金属丝以及不同焊剂 组分。此外，焊剂的量可以根据需要而改变。该材料可用到线轴、大线圈和 定做的形状。本申请的发明人认为Omni使用了由Solvay化学公司出售的 牌焊剂。品牌是被最广泛认可的非腐蚀性铝焊剂之 一。该产品在美国专利No.5781846中进行了描述，该专利通过引用并入于 此，如同在此充分地阐述一样。Omni认为SIL-CORETM产品不含有接合剂。
S.A.Day有限公司(纽约布法罗)生产了一种以DAYROD名称出售的 涂覆铝焊剂的杆。该杆包括切成12英寸的杆并浸渍在铝焊剂浴中的铝金属 丝。浸渍之后，悬挂该杆使其干燥。Day没有使用牌焊剂。相 反地，Day使用了混合有聚合物基粘合剂系统的相似配方。该粘合剂允许焊 剂保持柔软且不易碎。涂覆焊剂的杆能够弯曲或扭曲并且焊剂不会脱落。
Day还生产了涂覆焊剂的环。Day从Bellman-Melcor(有限)公司购买 了金属环。该环随后在机器上加载，即将薄的焊剂涂层涂覆到每个环的外边 缘上。尽管最终产品是可接受的，但是该产品生产非常慢因此也非常昂贵。 与杆类似，环可被随意处理而焊剂仍保持完好。
Protechno-Richard(法国)提供了一种非常类似于Omni产品的产品。
Kin-Met(韩国)提供了一种挤压产品。粉末状的铝钎焊合金被与粉末 状焊剂混合。该组合物受压并被挤压成最终形式。
Wolverine和Omni合作以制造用于银基材料的焊剂涂层。由柔软的粘合 剂系统制造的科技产品以SILVACOTETM名称出售。SILVACOTETM是连续涂 覆、涂覆焊剂的钎焊材料。
为了解决上述问题和其它问题，并且为了提供现有类型的钎焊金属丝不 能够提供的优点和方面而提供了本发明。本发明的特征和优点的全部讨论延 缓到参考附图进行的详细说明中。

本发明涉及一种用于硬钎焊或软钎焊操作的金属丝(wire)。该金属丝包 括伸长主体、槽和焊剂溶体。伸长主体由金属材料制成。该主体具有外表面。 槽沿该主体的至少一部分形成。该槽具有开口。焊剂溶体在槽内并且沿主体 的长度沉积，并且焊剂溶体的表面通过槽内的开口而露出。
金属材料可以是铝合金、银合金、铜合金和/或锌合金。
伸长主体可具有大致椭圆形的横截面形状、大致矩形的横截面形状和/ 或大致肾形的横截面形状。
槽可具有大致矩形形状。
焊剂溶体可以是非腐蚀性或腐蚀性的焊剂溶体。
焊剂溶体可包括基于聚合物的粘合剂。
开口可以是大约0.030英寸。
开口可以是金属丝的主轴的大约30％至70％。
槽可以是大约0.020英寸深。
槽具有的深度可以是金属丝的主轴的大约10％至50％。
伸长主体可形成具有内壁和相对的外壁的环状孔。槽可形成内壁的一部 分。槽内的焊剂溶体可形成内壁的一部分，并且槽内的焊剂溶体的顶面可位 于跨过槽的开口的直线或假想平面的下面。直线可完全地沿环的内壁设置。
本发明还涉及一种用于硬钎焊或软钎焊操作的金属丝。该金属丝包括伸 长主体、槽和焊剂溶体。伸长主体由金属材料制成。该主体的长度基本上大 于宽度。该伸长主体还具有外表面。槽沿该主体的长度的一部分形成且具有 开口。焊剂溶体在槽内并且沿主体的部分长度沉积。焊剂溶体覆盖外表面的 一部分。焊剂溶体的一部分通过槽内的开口而露出。
本发明还涉及一种用于硬钎焊或软钎焊操作的金属丝的制备方法。该方 法包括步骤：提供伸长的金属丝；沿伸长的金属丝的长度的至少一部分形成 槽；以及将焊剂溶体沉积到槽内。该伸长的金属丝具有基本上大于横截面宽 度的长度和外部露出表面。槽具有开口。焊剂溶体沉积到槽内使得焊剂溶体 的一部分在开口中露出。
槽可基本上跨越伸长的金属丝的整个长度。
开口可基本上跨越伸长的金属丝的长度。
焊剂溶体可包括金属组分和聚合物基组分。
聚合物基组分可以是丙烯酸酯类聚合物。
金属材料可以是铝基粉末。
本发明还涉及另外一种用于硬钎焊或软钎焊操作的金属丝的制备方法。 该方法包括步骤：提供伸长的金属丝，该伸长的金属丝具有基本上大于横截 面宽度的长度和外部露出表面；沿伸长的金属丝的长度的至少一部分形成 槽，该槽具有开口；通过开口将焊剂溶体沉积到槽内，其中伸长的金属丝的 外表面的一部分由焊剂溶体覆盖，并且焊剂溶体的一部分在开口中露出；以 及使槽内的焊剂溶体固化。
该方法还可包括步骤：在固化步骤之后将伸长的金属丝切成预定长度； 和形成伸长的金属丝的环孔。环孔的形成步骤可包括产生内壁和相对的外壁 的附属步骤，该内壁包括容纳焊剂溶体的槽。
沉积焊剂溶体的步骤还可包括下列附属步骤：提供包括一定量的焊剂溶 体的腔室；使伸长的金属丝通过腔室内的入口；通过腔室内的出口从腔室中 移去伸长的金属丝；和使金属丝通过邻近出口设置的模具(die)；该模具具 有穿过该模具的通道，其中通道的形状调节残留在伸长的金属丝上的焊剂溶 体的量和位置。
固化步骤可包括以下步骤：提供电源；以及将伸长的金属丝电连接到电 源。
本发明的另一方面涉及一种用于硬钎焊或软钎焊操作的金属丝。该金属 丝包括金属材料的伸长主体；沿伸长主体的长度形成的槽，该槽具有开口； 和槽内的焊剂溶体，该焊剂溶体包括焊剂材料和粘合材料。
粘合材料可以是聚合物基材料。该聚合物基材料可包括从由丙烯酸酯类 聚合物(acrylic polymer)和由二氧化碳的共聚作用产生的聚合物所组成的 组中选择的聚合物。该聚合物可以是聚碳酸亚烃酯(poly alkylene carbonate)。
焊剂溶体可以是铝基的或铯基的。
伸长主体的金属材料可以是铝合金，或金属材料可以是包含至少2％重 量铝的锌/铝合金，该锌/铝合金。
本发明的其它特征和优点从下面结合附图的说明中变得显而易见。

为了理解本发明，本发明将通过参考附图的例子进行描述，其中：
图1是横断本发明的第一钎焊金属丝的长度截取的截面视图；
图2是横断本发明的第二钎焊金属丝的长度截取的截面视图；
图3是横断本发明的第三钎焊金属丝的长度截取的截面视图；
图4是横断本发明的第四钎焊金属丝的长度截取的截面视图；
图5是本发明的典型钎焊金属丝的纵向截面的透视图；
图6是本发明形成环孔的金属丝的透视图；
图7是图6中的环孔的截面图；
图8是本发明的典型钎焊金属丝的纵向截面的透视图；
图9是图8中的形成环孔形式的钎焊金属丝的顶视图；
图10是形成本发明的金属丝的制造方法的示意图；
图11是一对用于使槽卷入伸长的金属丝内的工作卷的局部截面视图；
图12是焊剂溶体腔室和用于去除本发明的金属丝上的过多的焊剂溶体 的模具/擦拭器的透视图；和
图13是用于使用本发明形成环孔的金属丝接合一对管状件的方法的截 面图。

虽然本发明容许许多不同形式的实施例，但是本发明在附图中示出且在 此在本发明的详细的优选实施例中进行描述，并基于以下理解：本公开应被 认为是本发明原理的举例，并且不打算将本发明的宽泛方面限于示出的实施 例。
本发明涉及一种硬钎焊/软钎焊金属丝，用于在包括铝的场合的多金属组 合物中使用。这些材料的最终用途通常在于工业场合，例如汽车和汽车部件 制造业以及其它的热传递场合，包括空调和制冷设备制造业。当然，也可以 具有其它应用场合。本发明的硬钎焊/软钎焊金属丝可以用于许多不同的材 料，包括铝合金、锌合金、铜合金和银合金等。金属丝自身能够由铝合金、 银合金、铜合金和/或锌合金制成。
金属丝
本发明包括实心金属丝10而不是窄片或窄带，该金属丝优选地非常坚 固，并且在安装到部件上时不会运动。这很重要，因为在空调的场合中，通 常以环形供应硬钎焊金属丝。该环摩擦配合管或紧密地设置在管周围。由于 当前的环的形状，硬钎焊金属丝通常不能够紧抓在部件上，导致环移动或完 全跌落，由本发明的金属丝10形成的环特别地构造成使得不易于由围绕部 件的摩擦配合塑性变形。结果是环在硬钎焊或软钎焊加工之前不易于移动或 跌落。本发明的这个重要方面在下面将更加详细地进行描述。
参考图1至图5，示出了具有伸长主体12的金属丝10，该主体12具有 沿外表面18的长度重新形成的槽14。金属丝10由以直径为大约0.031英寸 至0.125英寸(0.787mm至3.18mm)供应的金属材料制成，优选地为0.079 英寸至0.090英寸(2.00mm至2.29mm)，或其中的任何范围或范围的组合。 金属丝10已经卷成或重新形成新的几何形状，例如大致矩形构造或具有大 约0.105英寸(2.67mm)的长轴D1和大约0.048英寸(1.22mm)的短轴C1 的大致椭圆形构造。重新形成的金属丝10的整体形状还可以被描述为肾形、 U形或C形截面。外表面18中的不连续部分20以及因此金属丝10的形状 由在外表面中形成的槽14产生。本领域普通技术人员将可以理解金属丝10 的尺寸可以基于消费者的需求而显著地改变。
槽14典型地具有大致矩形或圆锥形横截面形状，具有大约0.030英寸 (0.76mm)的开口A1和大约0.020英寸(0.51mm)的深度B1。优选地，开 口A1是重新形成的金属丝的主轴或金属丝的起始直径的大约30％至70％， 并且槽14具有的深度B1是重新形成的金属丝的主轴或金属丝的起始直径的 大约10％至50％。此外，本领域普通技术人员将理解槽14的尺寸可以基于 消费者的需求而显著地改变。
槽14至少部分地填充有一定量的焊剂溶体22。金属丝10的每单位长度 的焊剂溶体22的量由金属丝的最终用途来确定。然而，优选的是焊剂溶体 22的整个容量都沉积在槽14中，并且焊剂溶体通过槽14中的开口而露出。 因而，金属丝的外表面18的剩余部分没有焊剂溶体22。焊剂溶体22的顶面 优选地位于跨越槽14的开口A1的顶面的假想直线或平面24的下方。(参见 图3)
焊剂溶体22优选地包括结合有焊剂材料的聚合物基粘合剂。因为焊剂 溶体22包括聚合物基粘合剂，因此金属丝10实际可被控制成为任何形状而 不扰动焊剂溶体22。因此，本发明的金属丝10可设置在线轴、线圈或直杆 上，并且最重要地是被制成来定制常规执行器(order custom perform)，例如 环等。还可提供尺寸不受限制并具有不同焊剂配方以及不同的合金/焊剂比率 的金属丝10。
参考图6至图7，本发明的金属丝10已经形成执行器(peform)。该执 行器可以是杆、栓或任何其它常规形状。在示出的实施例中，执行器是环孔 30。该环30被形成为使得承载焊剂溶体22的槽14形成环30的内壁32。环 30的外壁34没有焊剂溶体22。通过将焊剂/聚合物溶体22定位在环30的内 壁上可以实现两个优点。首先，焊剂溶体22内的焊剂被定位为邻近将被接 合的部件之一。其次，焊剂溶体22处于压缩状态而不是处于张紧状态，其 中溶体22倾向于保留在槽14中，而不是剥落、脱落(pealing)或离开金属 丝10。
对于环30的内壁的结构，假想的直线或平面24完全沿环30的内壁32 定位，焊剂溶体22的顶面优选地在该假想的直线或平面24的下方。因此， 槽14的开口A1也完全沿环30的内壁32定位。换句话说，焊剂溶体22形 成内壁32的一部分。更特别地，焊剂溶体22的顶面形成至少一部分内壁32。
参考图8，示出了本发明的金属丝10的替代实施例。在该实施例中，多 个槽14在金属丝10中形成。槽14沿伸长主体12的横向长度形成。换句话 说，形成槽14的金属丝10的长度横断金属丝10的伸长主体12。每个槽14 如上所述，每个槽14至少部分地填充有焊剂溶体22，优选地填充到假想直 线或平面24下方的高度。同样地，金属丝10的形状和尺寸如上所述。
图9示出了图8中的金属丝20，该金属丝重新形成环孔30。该环30被 形成为使得承载焊剂溶体22的槽14形成环30的内壁32。在该示例中，环 30的外壁34包括每个槽14的一段或一部分，因此每个槽22中的焊剂溶体 22也形成环30的外壁34的一部分。该构造实现了前面实施例的优点，并且 另外的优点在于，当熔化或液化时，焊剂溶体22中的焊剂沿与伸长主体12 的长度横断的方向从每个槽14自由地流动。本领域普通技术人员将理解槽 14能够被完全沿环的内壁32容纳，类似于图6至7中的单个槽14，或一定 百分比的槽14能够被完全沿环34的内壁32容纳，并且一些百分比的槽14 形成环的内壁32和外壁34的一部分。本领域普通技术人员仍将理解一定百 分比的槽14可完全容纳在内壁32上，一定百分比的槽24也可完全容纳在 外壁34上，并且一些百分比的槽14可形成环30的内壁32和外壁34的一 部分。换句话说，槽14可绕伸长主体12的外表面18的周边分布。
本发明的金属丝具有许多优点。例如，原料便宜并且工艺速度显著地比 结合金属丝和焊剂的任何其它产品要快。与Omni产品相比较，本发明的金 属丝10包括沿金属丝10的长度露出的焊剂溶体22。焊剂溶体22没有被封 闭。因此，这允许焊剂溶体22中的焊剂在金属丝合金熔化之前熔化并且离 开金属丝。
焊剂溶体
焊剂溶体22优选地以下面的方式进行制备。首先，粒状的或珠状的聚 合物在溶剂中溶解以形成液态悬浮液。聚合材料可来自丙烯酸酯类聚合物， 例如由S.A.Day Mfg.Co.制造的专利丙烯酸酯类聚合物。然而，优选地， 聚合材料来自二氧化碳而不是石油，该聚合材料是用酶可降解的，并且该聚 合材料是生物相容的，其中热分解产生碳化物，该碳化物可蒸发以完全被去 除，剩下最少的灰烬残留物。燃烧产物是非毒性的(主要是二氧化碳和水)。 因而，聚合物通常是热塑性的，优选为共聚物，更优选的是通过CO2和一种 或更多的环氧化物的共聚作用产生的聚碳酸亚烃酯。
一旦聚合物在溶剂中溶解，随后加入粉末形式的焊剂。取决于期望的最 终用途，可以使用任何合适的腐蚀性的和非腐蚀性的焊剂。结果形成的溶体 是浓厚的均匀的混合物，具有类似糊状的粘度用以堵塞。
制造方法
如图10至图12所示，槽14通过滚轧成形操作而形成。轧辊100具有 上辊102和互补的下辊104，该轧辊100使得金属丝10具有特定地预先设计 的形状。上辊102和下辊104的轮廓由轧制金属丝的期望特性而确定，该特 性即设计成适应金属丝每单位长度所要求的具体容量的焊剂或焊剂/金属丝 中的金属比率。简而言之，互补的辊102和104的轮廓在辊102和104的咬 合处形成金属丝的轮廓，并且辊102和104可以改变以用于不同要求的轮廓。
随着金属丝10离开轧制操作，焊剂溶体22添加到槽14。这是通过将焊 剂溶体22引入到分配筒108中而实现。以附图标记112示意性示出的外部 压力源强制溶体22从筒108进入保持腔室或模制腔室116，其中在腔室116 内产生溶体22的浴场。被强制从筒108到腔室116的焊剂溶体22的量由计 量装置控制。
重新形成的金属丝10通过腔室116的一端处的开口进入到腔室116，使 得溶体22涂覆在金属丝10的整个表面。溶体22还通过开口A1进入槽14， 并且填充或部分地填充金属丝的外表面18上的槽14。于是被涂覆的金属丝 10穿过橡胶擦拭器或模具120而离开腔室116，该橡胶擦拭器或模具120包 括成形的开口或通道124。当金属丝10离开腔室时，过多的溶体22被擦去 或被清理，仅留下期望量的焊剂溶体22在金属丝10上，优选地仅在槽14 内。换句话说，模具控制留在槽14中的溶体的量，使得溶体22均匀地分布 在槽内，并且确保没有过多的溶体22保留在金属丝10上。
一旦槽14填充有期望量的溶体22，溶体被干燥或固化以在槽14中形成 固体。可以使用任何方法，包括紫外线、红外线、受热的流体压力等。在本 实施例中，电极128a、128b电连接到被涂覆的金属丝10，其中来自电源132 的电流将金属丝10加热到期望的温度，通常在100℉至250℉(38℃至121℃) 之间，优选地在125℉至175℉(52℃至79℃)之间，最优选地为150℉(66℃)， 或其中的任何范围或范围的组合。
一旦溶体充分干燥，金属丝10被缠绕以用于输送或进一步加工。
使用方法
本发明的一个例子如图13所示。第一管状金属部件200将接合到第二 管状金属部件204。第一管状部件200穿过由制成的金属丝形成的环30，例 如图6、7和9示出的环孔30。环30的承载焊剂的槽14设置成邻近第一管 状部件200的外表面202。第二管状部件204具有径向向外张开的凸缘208， 以帮助将第一管状部件200的端部引导到第二管状部件204。与现有技术中 的环不同，来自本发明的环30的焊剂的流动在焊剂加热时不受限制并自由 流动，以使得一旦环30的合金熔化就允许第一管状部件200与第二管状部 件204接合。
在第二示例中，结合前述例子描述的环30是诸如4047铝的铝软化回火 合金。第一管状部件200和第二管状部件204由铝或铝合金制成。通过将 Empower Materials Inc制造的QPAC牌聚合物珠溶解在甲基乙基酮(MEK) 溶剂中，制得焊剂溶体22。焊剂是非腐蚀性的铝焊剂，例如熔点大约为1049 ℉至1062℉(565℃至572℃)的NOCOLOK牌氟化钾铝(aluminum potassium fluoride)，或由S.A.Day Mfg.Co.出售的焊剂B，该焊剂B包含熔 点大约为1055℉(560℃)的四氟铝酸钾(potassium tetrafluoroaluminate) 和四氟铝酸铯(cesium tetrafluoroaluminate)。
MEK溶剂特别有用。MEK溶剂是很好蒸发的，因此少量的热量将固化 溶体22。因此，该例子中的焊剂能够在100℉(38℃)和250℉(121℃) 之间的期望范围内液化并从焊剂溶体22离开，最优选地为大约150℉(66 ℃)，或其中的任何范围或范围的组合。这些范围将充分地蒸发溶剂，而不 会导致剩余的焊剂/聚合物混合物22变得易脆。
在第三示例中，管状部件200和204是熔点大约为1150℉至1200℉ (620℃至650℃)的铝或铝合金。金属丝由熔点大约为850℉至950℉ (454℃至510℃)的锌/铝合金制成，例如合金包括至少大约2％的铝，优 选地为大约65％至85％的锌和15％至35％的铝，并且最优选地为78％的锌 和22％铝且熔点大约900℉(482℃)，或其中的任何范围或范围的组合。槽 14填充有在大约788℉至900℉(420℃至482℃)时活化的聚合物/焊剂 混合物22，优选地如上所述的铯基聚合物焊剂，其中包含56％至66％的铯、 27％至32.2％的氟和8.6％至11.4％的铝或大约6.4％的硅，或其中的任何范围 或范围的组合。最优选地，焊剂溶体22包括铯基焊剂，该焊剂的活化温度 大约为865℉(463℃)，例如德国Frankfurt的Chemetall GmbH生产的那些 焊剂。
虽然对具体实施例进行了示例和描述，但是没有显著脱离本发明精神的 大量修改是可能的，并且保护范围仅由所附权利要求的范围限制。
相关申请
本申请要求2006年5月25日提交的临时专利申请No.60/808416和2007 年5月24日提交的非临时专利申请No.11/753045的权益。