CN101745753A - 一种无银铜基钎焊料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无银铜基钎焊料及其生产工艺，无银铜基钎焊料由以下质量百分比计的原料组成：Ni 27～30％，Si 1.5～2.5％，Fe 0.1～1.5％，B 1.2～2.0％，且Cu为余量。生产无银铜基钎焊料的工艺包括以下步骤：一、配料；二、将配料后获得的混合粉末放入真空感应熔炼炉内进行熔炼并获得铸锭；三、采用热挤压设备对铸锭进行两次热挤压；四、热轧；五、热拉拔；六、采用拉丝机进行冷拉精整。本发明生产工艺步骤简单、实现方便、所用设备少、投入成本低且所生产的无银铜基钎焊料廉价实用、性能优良，能有效解决无银铜基钎焊料的熔点问题及其在焊接不锈钢或高温合金过程中的润湿性问题。
Description
技术领域
本发明属于钎焊料生产制造技术领域，尤其是涉及一种无银铜基钎焊料及其生产工艺。
背景技术
目前，国内外对银基钎料添加Cu、Ni、Cr、Si、P、Sn、Co、Zn、Mn、B等元素的熔炼工艺、加工工艺及钎料性能已有较为深入的研究和报导，这些研究成果已在钎焊领域得到广泛应用。但由于银属于贵金属，价格比较昂贵，使用起来成本比较高，这大大制约了银基钎料的使用和发展。为了解决此问题，近几年国内外学者纷纷将银基钎料的研究与开发方向指向了无银化领域，并已经取得了比较理想的成果，满足了某些特殊领域的使用要求的。用在某些特殊领域的合金或不锈钢，不仅需要较高的工作温度，还需要有较高的工作强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种廉价实用、性能优良且具有较好的润湿性及良好的接头焊接强度的无银铜基钎焊料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种无银铜基钎焊料，其特征在于：由以下质量百分比计的原料组成：Ni 27～30％，Si 1.5～2.5％，Fe 0.1～1.5％，B 1.2～2.0％，且Cu为余量。
同时，本发明还提供了一种生产工艺步骤简单、实现方便、生产成本低且所生产无银铜基钎焊料性能优越的无银铜基钎焊料生产工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：
步骤一、配料：按照配比对称量好的所有原料粉末均匀混配，获得混合粉末；
步骤二、铸锭：将步骤一中所述的混合粉末放入真空感应熔炼炉内进行熔炼并获得无银铜基钎焊料铸锭，且进行熔炼时，真空感应熔炼炉内的真空度≤10-3pa；
步骤三、热挤压：采用热挤压设备对步骤二中所述的无银铜基钎焊料铸锭进行两次热挤压，并获得无银铜基钎焊料圆柱棒一；其中第一次热挤压的挤压温度为920±20℃且其挤压比为2.25±0.25，第二次热挤压的挤压温度为880±20℃且其挤压比为3.4±0.35；两次热挤压速度均为25±5cm/s；
步骤四、热轧：采用热轧机对步骤三中所述的无银铜基钎焊料圆柱棒一进行热轧，并获得无银铜基钎焊料圆柱棒二；且进行热轧时，温度为850±20℃，道次加工率为20～30％；
步骤五、热拉拔：采用拉拔设备对步骤四中所述的无银铜基钎焊料圆柱棒二进行热拉拔，并获得无银铜基钎焊料细丝；且进行热拉拔时，拉拔温度为800～880℃，拉拔速度为15～30mm/s，拉拔道次加工率为15～20％；
步骤六、冷拉精整成型：采用拉丝机对步骤五中所述的无银铜基钎焊料细丝进行冷拉精整，道次加工率为10±5％，获得符合设计尺寸的无银铜基钎焊料成品。
上述步骤六中所述的拉丝机为圆盘拉丝机。
上述步骤五中所述的采用拉拔设备对所述无银铜基钎焊料圆柱棒二进行热拉拔时，采用辊模拉伸法进行热拉拔。
上述步骤四中所述采用热轧机对步骤三中所述的无银铜基钎焊料圆柱棒一进行热轧之前，需先采用砂轮打磨机对所述无银铜基钎焊料圆柱棒一表面进行打磨，去除表面缺陷及夹杂。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所生产的无银铜基钎焊料廉价实用、性能优良，且对适用于特殊领域的合金和不锈钢，具有较好的润湿性及良好的接头焊接强度，是同性能银基钎料的理想替代品。本发明所生产的无银铜基钎焊料熔点在1100～1150℃，钎焊温度在1000℃以上，并且由它焊接的不锈钢或高温合金件在600℃时的焊接强度大于360MPa，适合于某些高温、高强度下工作的不锈钢或高温合金部件的焊接过程。
2、使用价值高，所生产的无银铜基钎焊料所生产的接头具有良好的导电、导热性能。因为Cu的导电、导热性仅次于银。为了不影响钎焊效果，用Cu元素来代替银基钎料中的银元素，并添加一些其它元素，使新的无银钎料在性能上无限度的靠近原有的银钎料。本发明无无银铜基钎焊料的主要成分是Cu、Ni元素，Ni的加入可提高钎料的高温强度，但镍又使钎料的熔点明显提高，为了降低钎料的熔点，加入了适量的Si和B元素，这两种元素的添加同时可改善钎料的润湿性，提高钎料在不锈钢上的铺展能力。在添加量的问题上，如果B、Si元素含量较低，在钎焊过程中则会出现钎料对母材不润湿或不充分润湿、母材由于钎料熔点过高而出现晶粒长大或局部变形等情形；如果B、Si元素含量较高则又会钎料塑性降低脆性增强，使钎料极难加工，因而各组成元素间的配比非常重要。
3、生产工艺步骤简单、实现方便、所用设备少且投入成本低，能有效解决无银铜基钎焊料的熔点问题及其在焊接不锈钢或高温合金过程中的润湿性问题。
综上所述，本发明生产工艺步骤简单、实现方便、所用设备少、投入成本低且所生产的无银铜基钎焊料廉价实用、性能优良，能有效解决无银铜基钎焊料的熔点问题及其在焊接不锈钢或高温合金过程中的润湿性问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
本发明所述的无银铜基钎焊料，包括以质量百分比计的27～30％Ni，1.5～2.5％Si，0.1～1.5％Fe和1.2～2.0％B，且Cu为余量。如图1所示，本发明所述的一种无银铜基钎焊料的生产工艺，包括以下步骤：
步骤一、配料：按照配比对称量好的所有原料粉末均匀混配，获得混合粉末；
步骤二、铸锭：将步骤一中所述的混合粉末放入真空感应熔炼炉内进行熔炼并获得无银铜基钎焊料铸锭，且进行熔炼时，真空感应熔炼炉内的真空度≤10-3pa；
步骤三、热挤压：采用热挤压设备对步骤二中所述的无银铜基钎焊料铸锭进行两次热挤压，并获得无银铜基钎焊料圆柱棒一；其中第一次热挤压的挤压温度为920±20℃且其挤压比为2.25±0.25，第二次热挤压的挤压温度为880±20℃且其挤压比为3.4±0.35；两次热挤压速度均为25±5cm/s；
步骤四、热轧：采用热轧机对步骤三中所述的无银铜基钎焊料圆柱棒一进行热轧，并获得无银铜基钎焊料圆柱棒二；且进行热轧时，温度为850±20℃，道次加工率为20～30％；
步骤五、热拉拔：采用拉拔设备对步骤四中所述的无银铜基钎焊料圆柱棒二进行热拉拔，并获得无银铜基钎焊料细丝；且进行热拉拔时，拉拔温度为800～880℃，拉拔速度为15～30mm/s，拉拔道次加工率为15～20％；
步骤六、冷拉精整成型：采用拉丝机对步骤五中所述的无银铜基钎焊料细丝进行冷拉精整，道次加工率为10±5％，获得符合设计尺寸的无银铜基钎焊料成品。
实施例1
本实施例中，所生产的无银铜基钎焊料，包括以质量百分比计的29％Ni粉，2.3％Si粉，1.0％Fe粉和1.8％B粉，且Cu粉为余量。所述B粉为纯度为99.5％。
制备上述无银铜基钎焊料的工艺过程，包括以下步骤：
步骤一、配料：按照配比对称量好的所有原料均匀混配，获得混合粉末。
步骤二、铸锭：将步骤一中所述的混合粉末放入真空感应熔炼炉内进行熔炼并获得外径尺寸为Φ150mm的无银铜基钎焊料铸锭，且进行熔炼时，真空感应熔炼炉内的真空度≤10-3pa。
步骤三、热挤压：采用热挤压设备对步骤二中所述的无银铜基钎焊料铸锭进行两次热挤压，并获得无银铜基钎焊料圆柱棒一；其中第一次热挤压的挤压温度为920±20℃且其挤压比为2.25，第二次热挤压的挤压温度为880±20℃且其挤压比为3.4。经两次热挤压后，获得Φ40mm的无银铜基钎焊料圆柱棒一。两次热挤压速度均为25cm/s。
步骤四、热轧：采用热轧机对步骤三中所述的无银铜基钎焊料圆柱棒一进行热轧，并获得Φ10mm的无银铜基钎焊料圆柱棒二；且进行热轧时，温度为850±20℃，道次加工率为20～30％。
本步骤中，采用热轧机对所述无银铜基钎焊料圆柱棒一进行热轧之前，需先采用砂轮打磨机对所述无银铜基钎焊料圆柱棒一表面进行打磨，去除表面缺陷及夹杂。
步骤五、热拉拔：采用拉拔设备对步骤四中所述的无银铜基钎焊料圆柱棒二进行热拉拔，并获得Φ3mm的无银铜基钎焊料细丝；且进行热拉拔时，拉拔温度为800～880℃，拉拔速度为15～30mm/s，拉拔道次加工率为15～20％。并且所述采用拉拔设备对所述无银铜基钎焊料圆柱棒二进行热拉拔时，采用辊模拉伸法进行热拉拔。
步骤六、冷拉精整成型：采用拉丝机对步骤五中所述的无银铜基钎焊料细丝进行冷拉精整，道次加工率为10±5％，获得符合设计尺寸的无银铜基钎焊料成品。本实施例中，所述拉丝机为圆盘拉丝机。
本实施例中，采用差热法测试所生产无银铜基钎焊料的钎料熔点为1132.39℃，并且使用所生产的无银铜基钎焊料钎焊不锈钢(1Cr18Ni9Ti)时，焊接温度控制在650℃左右，室温及600℃温度下抗拉、抗剪性能良好，抗拉强度σb≥550Mpa，τ≥360Mpa，σb600℃≥390Mpa，τ600℃≥88Mpa。
实施例2
本实施例中所生产的无银铜基钎焊料包括以质量百分比计的27％Ni粉，1.5％Si粉，0.1％Fe粉和1.2％B粉，且Cu为余量。
本实施例中，制备无银铜基钎焊料时，与实施例1不同的是：步骤三中进行热挤压时，第一次热挤压的挤压温度为920℃且其挤压比为2.0，第二次热挤压的挤压温度为880℃且其挤压比为3.05；两次热挤压速度均为20cm/s。步骤四中进行热轧时，温度为850℃，道次加工率为20％。步骤五中进行热拉拔时，拉拔温度为800℃，拉拔速度为15mm/s，拉拔道次加工率为15％，步骤六中冷拉精整成型时，道次加工率为10％。本实施例中，其余制备工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例3
本实施例中所生产的无银铜基钎焊料包括以质量百分比计的28％Ni粉，2.5％Si粉，1.5％Fe粉和1.2％B粉，且Cu为余量。
本实施例中，制备无银铜基钎焊料时，与实施例1不同的是：步骤三中进行热挤压时，第一次热挤压的挤压温度为940℃且其挤压比为2.5，第二次热挤压的挤压温度为900℃且其挤压比为3.75；两次热挤压速度均为30cm/s。步骤四中进行热轧时，温度为870℃，道次加工率为30％。步骤五中进行热拉拔时，拉拔温度为880℃，拉拔速度为30mm/s，拉拔道次加工率为20％。步骤六中进行冷拉精整成型时，道次加工率为15％。本实施例中，其余制备工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例4
本实施例中所生产的无银铜基钎焊料包括以质量百分比计的30％Ni粉，1.9％Si粉，0.5％Fe粉和2.0％B粉，且Cu为余量。
本实施例中，制备无银铜基钎焊料时，与实施例1不同的是：步骤三中进行热挤压时，第一次热挤压的挤压温度为930℃且其挤压比为2.5，第二次热挤压的挤压温度为890℃且其挤压比为3.75；两次热挤压速度均为28cm/s。步骤四中进行热轧时，温度为860℃，道次加工率为25％。步骤五中进行热拉拔时，拉拔温度为840℃，拉拔速度为28mm/s，拉拔道次加工率为18％。步骤六中进行冷拉精整成型时，道次加工率为12％。本实施例中，其余制备工艺步骤和工艺参数均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种无银铜基钎焊料，其特征在于：由以下质量百分比计的原料组成：Ni 27～30％，Si 1.5～2.5％，Fe 0.1～1.5％，B 1.2～2.0％，且Cu为余量。
2.一种生产如权利要求1所述的无银铜基钎焊料的工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：
步骤一、配料：按照配比对称量好的所有原料粉末均匀混配，获得混合粉末；
步骤二、铸锭：将步骤一中所述的混合粉末放入真空感应熔炼炉内进行熔炼并获得无银铜基钎焊料铸锭，且进行熔炼时，真空感应熔炼炉内的真空度≤10-3pa；
步骤三、热挤压：采用热挤压设备对步骤二中所述的无银铜基钎焊料铸锭进行两次热挤压，并获得无银铜基钎焊料圆柱棒一；其中第一次热挤压的挤压温度为920±20℃且其挤压比为2.25±0.25，第二次热挤压的挤压温度为880±20℃且其挤压比为3.4±0.35；两次热挤压速度均为25±5cm/s；
步骤四、热轧：采用热轧机对步骤三中所述的无银铜基钎焊料圆柱棒一进行热轧，并获得无银铜基钎焊料圆柱棒二；且进行热轧时，温度为850±20℃，道次加工率为20～30％；
步骤五、热拉拔：采用拉拔设备对步骤四中所述的无银铜基钎焊料圆柱棒二进行热拉拔，并获得无银铜基钎焊料细丝；且进行热拉拔时，拉拔温度为800～880℃，拉拔速度为15～30mm/s，拉拔道次加工率为15～20％；
步骤六、冷拉精整成型：采用拉丝机对步骤五中所述的无银铜基钎焊料细丝进行冷拉精整，道次加工率为10±5％，获得符合设计尺寸的无银铜基钎焊料成品。
3.按照权利要求2所述的一种无银铜基钎焊料生产工艺，其特征在于：步骤六中所述的拉丝机为圆盘拉丝机。
4.按照权利要求2或3所述的一种无银铜基钎焊料生产工艺，其特征在于：步骤五中所述的采用拉拔设备对所述无银铜基钎焊料圆柱棒二进行热拉拔时，采用辊模拉伸法进行热拉拔。
5.按照权利要求2或3所述的一种无银铜基钎焊料生产工艺，其特征在于：步骤四中所述采用热轧机对步骤三中所述的无银铜基钎焊料圆柱棒一进行热轧之前，需先采用砂轮打磨机对所述无银铜基钎焊料圆柱棒一表面进行打磨，去除表面缺陷及夹杂。
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