CN101486136A - 一种Cu-Sn-Sb无银中温钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种Cu－Sn－Sb无银中温钎料及其制备方法，按质量百分比计组成为：Sn 8％－12％，Sb 1％－4％，P 0.1％－0.4％，Ni 0.05％－1％，余量为Cu；本发明适用于制冷行业钢和铜的钎焊如压缩机壳体构件的钎焊，本发明解决现有技术钎料成本高，力学性能差的缺陷，通过Sn、Sb和P、Ni，提供一种成本低、制备方法简单、润湿性好，且力学性能优良的中温钎料。

Description

一种Cu-Sn-Sb无银中温钎料及其制备方法

技术领域

木发明属于用于钎焊的钎料技术领域，具体涉及无银中温钎料合金，特别应用于制冷行业钢结构与铜的钎焊。

背景技术

制冷行业中压缩机构件是冰箱的核心构件，其质量的优劣和运行的稳定性对冰箱和空调的质量具有决定性的影响。

钎焊是压缩机制备的关键工序，即在封装过程中需要将压缩机碳钢壳体和纯铜管钎焊为一体，钎焊接头的优劣将决定压缩机的关键技术指标气密性和疲劳性能。传统用于钎焊压缩机的钎料是B-Ag40CuZnCd，虽然该含镉银钎料对压缩机壳体焊接性能优良，但金属镉是一种不可降解的有毒元素，对人体健康和环境会造成极大的危害。因而，世界上许多国家陆续制订了一系列的法律和法规，限制镉的使用，其中影响力最大的是欧盟于2003年颁布的WEEE指令(《报废电子电器设备指令》)和RoHS指令(《电器和电子设备中限制使用某些有害物质指令》)。我国也于2003年3月拟定了相应的《电子信息产品生产污染防治管理办法》。欧盟和我国的指令都明确规定：2006年7月1日前停止使用含镉材料(豁免产品除外)。

在绿色制造这一大趋势下，压缩机壳体也开始了无镉化钎焊。目前用于压缩机钎焊用的无镉钎料主要有B-Ag25CuZn和B-Ag20CuZn，这两种钎料虽然在熔点和焊接性能等方面能满足压缩机构件的要求，但由于钎料中Ag含量偏高，钎料价格昂贵，导致钎料使用厂商的制造成本较高，这不仅限制了该系列钎料的广泛应用，也在一定程度上制约了制冷行业的发展，且现有技术中无镉钎料的力学性能较差，可能导致焊点失效，对产品的可靠性存在较大影响。

因而，开发出满足性能要求的无银、无镉钎料，从而大幅度降低钎料材料成本，对提高钎料和制冷行业的市场竞争力具有极为重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中的压缩机壳体钎焊用钎料的缺陷，本发明之目的在于提供本发明的Cu-Sn-Sb无银、无镉中温钎料，这种钎料不含有Ag等贵金属元素，成本很低，而且具有熔点低、润湿性好、综合力学性能优异等优点。

为达到发明目的本发明采用的技术方案是：

一种Cu-Sn-Sb无银中温钎料，其特征在于以该钎料总质量计它由以下质量百分数的组分组成：

Sn       8％—12％

Sb       1％—4％

P        0.1％—0.4％

Ni       0.05％—1％

Cu       余量。

进一步，钎料总质量计它由以下质量百分数的组分组成：

Sn      8％—12％

Sb      1％—4％

P       0.1％—0.4％

Ni      0.05％—1％

RE    0.001％—0.3％

Cu    余量。

较优选的方案是，以该钎料总质量计它由以下质量百分数的组分组成：

Sn      10％

Sb      2％

P       0.3％

Ni      0.42％

RE      0.1％

Cu      余量。

本发明另一目的是提供上述钎料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Cu熔炼，熔炼温度为1300℃，将P压入铜液中，制成Cu-P中间合金；或将原料配方中一定量的Cu与全部量RE一起熔炼，熔炼温度为1250℃，得Cu-RE中间合金，将剩余量的Cu熔炼后将P压入铜液中，制成Cu-P中间合金；

(2)取上述Cu-P中间合金或和Cu-RE中间合金，与原料配方中的Sn，Sb，Ni和Cu一起熔炼，熔炼温度为1100℃，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制模具上，自然冷却即得。

在本发明中，添加8％—12％的Sn元素显著降低钎料的熔点，并提高钎料对压缩机壳体的润湿性能。Sn含量小于8％时其作用不明显；而Sn含量大于12％时，钎料的塑性变差，导致制备工艺困难。为此本发明钎料Sn含量选择在8％—12％范围内。

添加1％—4％的Sb元素可降低钎料的熔点，并可提高钎料合金的塑性。当Sb含量少于1％时，其作用不明显；然而Sb含量大于4％时，钎料强度过高，并且热塑性变差，导致制备性能变差。本发明无铅软钎钎料Sb含量选择在1％—4％范围内。

Ni与Cu可无限固溶，添加0.05％—1％的Ni元素既能细化钎料合金组织，又能提高钎料的塑性。Ni含量小于0.05％时，其作用不明显；然而Ni含量大于1％时，钎料熔点偏高，钎料的润湿性变差。本发明钎料Ni含量选择在0.05％-1％范围内。

添加0.1％—0.4％的P元素可提高钎料的抗氧化性能，降低熔融钎料的产渣量。P含量小于0.1％时，其作用不明显；而P含量大于0.4％时，会弱化钎焊接头的力学性能。本发明钎料P含量选择在0.1％-0.4％范围内。

如果在上述钎料中添加0.001％—0.3％RE元素能细化钎料合金的组织，提高钎料的力学性能。RE含量少于0.001％时，其作用不明显；然而RE含量超过0.3％时，RE易偏聚于晶界，导致钎料合金力学性能较差。本发明钎料RE含量选择在0.001％—0.3％范围内。

相比现有技术的压缩机用钎料，本发明的有益效果在于本发明钎料无银无镉，对人体和环境危害小，经对以下本发明实施例钎料的测试与计算表明，因为不含金属银，成本可降低30％以上，力学性能好，对压缩机壳体有优良的润湿铺展性能。本发明钎料能在满足压缩机壳体钎焊性能要求的前提下，大幅度降低了钎料成本，制备方法简单，适合工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

实施例1

将25.8Kg的Cu放入石墨坩锅中熔炼，熔炼温度为1300℃；Cu熔化后，用周边带有小孔的石墨钟罩将4.2Kg的P压入铜液中，并不断搅拌；保温4小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含14％P的Cu—P中间合金。

取上述Cu—P中间合金0.29Kg，纯Sn2.1Kg，纯Sb0.5Kg，纯Ni0.05Kg和纯Cu17.06Kg，置入石墨中频炉内熔炼，熔炼温度为1100℃，保温时间为40分钟，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制模具上，获得Cu-Sn-Sb无银、无镉中温钎料。

实施例2

将18.8Kg的Cu和1.2Kg的RE放入氧化铝坩锅，置入真空中频感应熔炼炉内熔炼，熔炼温度为1250℃，保温1.5小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含6％RE的Cu—RE中间合金。

取上述Cu—RE中间合金0.233Kg，实施例1中Cu—P中间合金0.36Kg，纯Sn1.7Kg，纯Sb0.7Kg，纯Ni0.016Kg和纯Cu17.52Kg，置入石墨中频炉内熔炼，熔炼温度为1100℃，保温时间为40分钟，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制模具上，获得Cu-Sn-Sb无银、无镉中温钎料。

实施例3

取上述Cu—RE中间合金0.533Kg，实施例1中Cu—P中间合金0.471Kg，纯Sn2.24Kg，纯Sb0.4Kg，纯Ni0.084Kg和纯Cu16.272Kg，置入石墨中频炉内熔炼，熔炼温度为1100℃，保温时间为40分钟，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制模具上，获得Cu-Sn-Sb无银、无镉中温钎料。

实施例4

取上述Cu—RE中间合金0.4Kg，实施例1中Cu—P中间合金0.229Kg，纯Sn1.96Kg，纯Sb0.3Kg，纯Ni0.16Kg和纯Cu16.951Kg，置入石墨中频炉内熔炼，熔炼温度为1100℃，保温时间为40分钟，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制模具上，获得Cu-Sn-Sb无银、无镉中温钎料。

选用目前压缩机壳体钎焊用量最大的B-Ag20CuZn中温无镉钎料作为对比，实施例和对比例的成份见表1所示。

表1 钎料组分与含量

各实施例和对比例的成本见表2所示。

各金属的价格以2009年1月14日“金属报价网”上公布的金属价格为准：Sn：99.25元/Kg；Sb：28.75Kg/Kg；P：17.09元/Kg；Ni：8.7元/Kg；RE：58.12元/Kg；Cu：29.05元/Kg；Ag：2360元/Kg；Zn：11.4元/Kg。

表2为本发明实施例和对比例钎料的成本对比。由表2可见，本发明钎料成本远低于对比例，约为对比例的7％。这对于降低生产成本，提高市场竞争力具有极为重要的意义。

表2 实施例和对比例的 成本

 

实施例与对比例	成本(元/Kg)
		实施例1	36.14
实施例2	34.98
		实施例3	36.83
实施例4	35.78
		对比例	489.06

采用差热分析仪测试各实施例和对比例的熔化温度，测试结果见表3。由测试结果可见，本申请钎料熔点较对比例钎料熔点略高，但可在910℃的温度进行良好地钎焊，满足压缩机壳体的无镉钎焊工艺要求。

表3 钎料及钎焊后接头性能测试结果

 

	熔化温度范围(℃)	钎焊后接头抗拉强度(MPa)
			实施例1	814～930	355
实施例2	821～943	335
			实施例3	810～925	372
实施例4	826～932	341
			对比例	770～835	314

根据JIS-Z3198-2-2003标准，采用电子万能材料试验机测试压缩机壳体材料碳钢与紫铜钎焊后接头的力学性能，试验温度为25℃室温，测试结果见表3。由结果可见，采用本发明钎料获得的钎焊接头抗拉强度均高于对比例。

按GB/T 11364-2008《钎料润湿性性试验方法》国家标准进行了扩展率测试，铺展基板为：与压缩机壳体相同材质的碳钢板，厚度为1mm；紫铜板，厚度为0.5mm。各钎料扩展率测试工艺均相同，测试温度为910℃，时间为20s，并采用相同的助焊剂(牌号：FB102)，测试结果见表4。由结果可见，本申请钎料扩展率与对比例相差不大，即具有良好的润湿和铺展性能。

表4 钎料润湿性能测试结果

 

	对碳钢的扩展率(％)	对紫铜的扩展率(％)
			实施例1	90.3	91.8
实施例2	89.1	90.6
			实施例3	91.6	92.0
实施例4	89.9	90.7
			对比例	90.2	91.4

通过上述钎料性能测试，本发明Cu-Sn-Sb无银、无镉中温钎料不仅力学性能高，对压缩机壳体和紫铜具有良好的润湿铺展性能，熔点满足压缩机壳体钎焊工艺要求，而且具有极低的成本，这对于降低制冷企业的生产成本，提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。

Claims (4)

1.一种Cu-Sn-Sb无银中温钎料，其特征在于以该钎料总质量计它由以下质量百分数的组分组成：

Sn       8％—12％

Sb       1％—4％

P        0.1％—0.4％

Ni       0.05％—1％

Cu       余量。

2.如权利要求1所述的Cu-Sn-Sb无银中温钎料，其特征在于以该钎料总质量计它由以下质量百分数的组分组成：

Sn       8％—12％

Sb       1％—4％

P        0.1％—0.4％

Ni       0.05％—1％

RE       0.001％—0.3％

Cu       余量。

3、如权利要求2所述的Cu-Sn-Sb无银中温钎料，其特征在于以该钎料总质量计它由以下质量百分数的组分组成：

Sn       10％

Sb       2％

P        0.3％

Ni       0.42％

RE       0.1％

Cu       余量。

4、一种如权利要求1或2所述Cu-Sn-Sb无银中温钎料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将Cu熔炼，熔炼温度为1300℃，将P压入铜液中，制成Cu-P中间合金；或将原料配方中一定量的Cu与全部量RE一起熔炼，熔炼温度为1250℃，得Cu-RE中间合金，将剩余量的Cu熔炼后将P压入铜液中，制成Cu-P中间合金；

(2)取上述Cu-P中间合金或和Cu-RE中间合金，与原料配方中的Sn，Sb，Ni和Cu一起熔炼，熔炼温度为1100℃，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制模具上，自然冷却即得。