CN101716702A - 多元合金无镉低银钎料 - Google Patents

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Abstract

一种多元合金无镉低银钎料，属于钎焊材料类，其特征在于各组分的质量百分含量为：银：16.0％-20.0％，锌：36.0％-42.0％，锡：1.5％-2.5％，镓：0.5％-1.5％，铟：0.5％-2.5％，镍：0.4％-0.6％，锆：0.05％-0.1％，锗：0.001％-0.1％，铈：0.03％-0.1％，镧：0.03％-0.06％，余量为铜。本发明的优点在于产品不含镉、含贵金属总量低、成本低，钎焊铜、铜合金及钢的接头强度高、铺展性好、工艺性能良好，主要技术指标与含镉银钎料B-Ag40CuZnCd相近，可取代其在钎焊产品中的应用。

Description

多元合金无镉低银钎料
技术领域
本发明属于钎焊材料类，具体涉及一种多元合金无镉低银钎料。
背景技术
传统的银钎料为含镉钎料，如BAg45CuZnCd、BAg40CuZnCdNi等，由于含镉钎料具有优良的钎焊工艺性能和技术经济性，被广泛用于家电、建筑等行业，特别是制冷配件的生产大量使用含镉钎料。但是，由于镉对人体健康的有害作用和对环境污染的不利影响，国际上对于含镉材料的使用进行了限制，如美国环境保护署(EPA)规定，镉及其化合物是17种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一，在工业产品中应限制使用；欧洲议会与欧盟部长会议组织2003年正式批准WEEE和ROHS的官方指令生效，要求2006年7月1日起禁止在电子产品中使用镉等危害元素；由国家发改委、国家环保总局、商务部、工商管理总局、海关总署、信息产业部等六部委联合会签的《电子信息产品生产污染防治管理办法》，提议2006年7月1日起投放市场的国家重点监管目录内的电子信息产品不能含有镉等有害金属元素。可见家电等行业的钎料无镉化已成为一种强制性的要求，开发无镉钎料对于提高钎焊机电产品的竞争力和保护环境与人类健康具有积极意义。
目前的无镉钎料主要是银基钎料与铜基钎料，其中银基钎料是以银、铜和锌三种合金组元为基础，通过加入或不加入其它合金元素，构成一系列钎焊材料，可用于钎焊紫铜、黄铜、碳钢、不锈钢、镍基合金及可伐合金等。由于禁止了镉元素的使用，该类钎料通常要增加贵金属Ag的含量才能获得较高的钎焊工艺性能，这使得钎料产品成本增加的同时也消耗了大量的稀缺贵金属。铜基钎料主要是Cu-P钎料，但由于钎料中含有P，在焊接钢等黑色金属时，容易在界面处形成脆性的化合物，限制了其使用。因此，要获得能够钎焊钢等黑色金属的无镉钎料，仍需要以Ag-Cu-Zn合金系为基础，通过加入多种少量合金组元来进行钎料性能的综合调整并优化各种钎料合金组元的组成比例，是获得新型无镉银钎料的主要途径。
发明内容
本发明的目的在于解决无镉银钎料含银及其它稀有贵金属含量过高、成本太大而无法推广应用的问题，提供一种多元合金无镉低银钎料，该钎料产品完全不含有毒元素镉，含银量低，钎焊工艺性能优良，满足钎焊紫铜、黄铜、碳钢、不锈钢及镍基合金等材料器件，具有与含银量40％的B-Ag40CuZnCd钎料相当综合性能。
本发明为了解决目前无镉银钎料成本过高的问题，以Ag、Cu、Zn三种金属为主要钎料合金组元，在合适的三种合金组元比例所构成的合金基础上，通过添加其他合金元素来降低钎料熔点和提高钎料性能。
本发明的技术方案如下：
本发明一种多元合金无镉低银钎料，其特征是由下列成分按重量百分比构成：银：16.0％-20.0％，锌：36.0％-42.0％，锡：1.5％-2.5％，镓：0.5％-1.5％，铟：0.5％-2.5％，镍：0.4％-0.6％，锆：0.05％-0.1％，锗：0.001％-0.1％，铈：0.03％-0.1％，镧：0.03％-0.06％。
本发明所述配方中铈和镧的质量比为1∶1.1～1∶2.0，铈和镧的总量之和在钎料合金中的质量比不低于0.08％。
本发明的优点在于：
(1)本发明的多元无镉低银钎料与传统无镉Ag-Cu-Zn钎料相比，含银量大大降低，降低了钎料成本，节约了贵金属资源。
(2)本发明通过微量多组元合金化的方法来调整钎料性能，各种合金组元的作用如下：Ga、In和Sn主要用于降低钎料熔化温度；Ni用于提高钎料在黑色金属表面的润湿铺展性能；Ge改善加Sn造成的钎料脆性并提高钎料润湿性；Zr主要用于细化钎料晶粒；复合稀土用于强化铸态钎料晶界、抑制晶粒长大并提高钎料润湿性。上述合金元素在钎料重点的作用相互补充，经过对各组元成分含量比例进行优化，使得本发明的无镉银钎料具有较低的熔化温度、良好的润湿铺展性能，与常用的含镉钎料B-Ag40CuZnCd相当。
(3)本发明的钎料微观组织均匀，具有较好的塑性，能够制备成直径为1.0-2.0mm的焊丝以供施焊，钎焊后，能够获得与传统无镉钎料B-Ag40CuZnCd相当的钎焊接头强度。此外，本发明的钎料含有的银与镓和铟等贵金属总量较低，特别降低了钎料中Ag的含量，使得钎料总成本较低，并且钎料尤其适合于铁基合金的钎焊。
本发明与其他无镉银钎料不同的是加入了多种微量元素综合调整钎料性能，特别是加入了Ge和Zr。该多元合金无镉低银钎料配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊紫铜-紫铜、黄铜-黄铜等材料组合时，对母材的润湿性能、铺展性能、焊缝力学性能与BAg40CuZnCd相当；钎焊碳钢-碳钢材料组合时，本发明的钎料对母材的润湿性能、铺展性能优于BAg40CuZnCd，焊缝力学性能与之相当。
具体实施方式
本发明一种多元合金无镉低银钎料，由下列成分按重量百分比构成：银：16.0％-20.0％，锌：36.0％-42.0％，锡：1.5％-2.5％，镓：0.5％-1.5％，铟：0.5％-2.5％，镍：0.4％-0.6％，锆：0.05％-0.1％，锗：0.001％-0.1％，铈：0.03％-0.1％，镧：0.03％-0.06％，其中铈和镧的质量比为1∶1.1～1∶2.0，铈和镧的总量之和在钎料合金中的质量比不低于0.08％。
本发明的钎料是通过如下方法进行制造的：按照规定的配方，采用市售电解铜、锌锭、白银、金属锡、金属镓、金属铟、金属镍、金属锗、铜锆合金及铈和镧的混合稀土合金，进行配料，采用常规中频冶炼炉进行熔炼，熔炼后浇铸成铸锭，经过对铸锭进行剥皮、切断，采用感应加热对铸锭进行挤压预热，然后采用热挤压的方式将钎料加工成丝材，经过多次拉伸制成所需直径的焊丝。根据生产需要，也可将金属锡、金属镓、金属铟、金属锗分别预先冶炼成合金，再加入Ag-Cu-Zn合金中进行冶炼和浇铸，通过挤压和拉丝工艺，获得钎料焊丝。
实施例1
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：39.0％，银：16.0％，锡：1.5％，镓：0.5％，铟：2.5％，镍：0.4％，锆：0.05％，锗：0.1％，铈：0.03％，镧：0.05％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝179MPa、黄铜-黄铜σb＝290MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝315MPa。
实施例2
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：39.5％，银：17.0％，锡：1.7％，镓：0.6％，铟：1.5％，镍：0.6％，锆：0.09％，锗：0.05％，铈：0.1％，镧：0.04％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝185MPa、黄铜-黄铜σb＝297MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝335MPa。
实施例3
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：36.0％，银：18.0％，锡：1.5％，镓：1.0％，铟：0.5％，镍：0.55％，锆：0.1％，锗：0.05％，铈：0.05％，镧：0.06％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB 102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝170MPa、黄铜-黄铜σb＝293MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝322MPa。
实施例4
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：40.0％，银：16.0％，锡：2.5％，镓：1.5％，铟：1.5％，镍：0.5％，锆：0.05％，锗：0.1％，铈：0.03％，镧：0.06％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB 102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝177MPa、黄铜-黄铜σb＝313MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝319MPa。
实施例5
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：38.0％，银：19.0％，锡：1.8％，镓：0.7％，铟：2.1％，镍：0.55％，锆：0.08％，锗：0.03％，铈：0.04％，镧：0.05％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝189MPa、黄铜-黄铜σb＝320MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝330MPa。
实施例6
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：36.0％，银：20.0％，锡：2.0％，镓：0.8％，铟：1.8％，镍：0.6％，锆：0.06％，锗：0.08％，铈：0.03％，镧：0.05％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝190M Pa、黄铜-黄铜σb＝315MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝328MPa。
实施例7
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：37.0％，银：17.0％，锡：2.5％，镓：0.9％，铟：2.0％，镍：0.45％，锆：0.05％，锗：0.1％，铈：0.04％，镧：0.05％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝175MPa、黄铜-黄铜σb＝310MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝315MPa。
实施例8
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：38.0％，银：18.0％，锡：1.5％，镓：1.2％，铟：2.5％，镍：0.6％，锆：0.1％，锗：0.04％，铈：0.035％，镧：0.045％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝185MPa、黄铜-黄铜σb＝317MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝328MPa。
实施例9
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：42.0％，银：16.0％，锡：1.9％，镓：1.0％，铟：1.5％，镍：0.5％，锆：0.05％，锗：0.1％，铈：0.03％，镧：0.05％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝176MPa、黄铜-黄铜σb＝300MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝330MPa。
实施例10
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：39.0％，银：19.0％，锡：2.2％，镓：0.6％，铟：1.5％，镍：0.4％，锆：0.08％，锗：0.02％，铈：0.035％，镧：0.04％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝179MPa、黄铜-黄铜σb＝296MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝317MPa。
实施例11
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：36.0％，银：20.0％，锡：2.5％，镓：0.7％，铟：2.2％，镍：0.55％，锆：0.07％，锗：0.08％，铈：0.04％，镧：0.04％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝186MPa、黄铜-黄铜σb＝311MPa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝321MPa。
实施例12
按钎料合金成分配料，合金成分的重量百分比组成为：锌：41.0％，银：17.0％，锡：2.1％，镓：1.5％，铟：0.5％，镍：0.5％，锆：0.06％，锗：0.1％，铈：0.04％，镧：0.06％，余量为铜。加工成直径2.0mm的丝材，配合FB102钎剂，用常规方法钎焊铜合金及钢，钎料在母材上润湿性能良好，将钎焊对接钎缝接头的强度数据为：紫铜-紫铜σb＝175MPa、黄铜-黄铜σb＝295M Pa、Q235碳钢-Q235碳钢σb＝319M Pa。
从上述实施实例可以看出，通过添加多种合金组元Ga、In、Sn、Ni、Zr、Ge和稀土等合金元素，并优化其含量配比，本发明的钎料产品可以在紫铜、黄铜、碳钢母材表面获得良好的润湿铺装性能，钎焊后接头强度较高，并且含有的贵金属总量较低，具有成本上的优势。本发明产品质量稳定，钎焊一致性好，钎焊工艺参数与性能指标与BAg40CuZnCd钎料相近，能够取代BAg40CuZnCd在工业中的应用。按上述成分配比得到的“多元无镉低银钎料”固相线温度在625℃左右(参考值)，液相线温度在660℃左右(参考值)。

Claims (2)

1.一种多元合金无镉低银钎料，其特征是由下列成分按重量百分比构成：银：16.0％-20.0％，锌：36.0％-42.0％，锡：1.5％-2.5％，镓：0.5％-1.5％，铟：0.5％-2.5％，镍：0.4％-0.6％，锆：0.05％-0.1％，锗：0.001％-0.1％，铈：0.03％-0.1％，镧：0.03％-0.06％。
2.根据权利要求1所述的多元合金无镉低银钎料，其特征是：所述配方中铈和镧的质量比为1∶1.1～1∶2.0，铈和镧的总量之和在钎料合金中的质量比不低于0.08％。
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