CN102554501A - 铜磷银合金态丝状钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铜磷银合金及其制备方法，铜磷银合金的成分质量百分比为：P，4.80-5.30％；银，14.50-15.50％；铜，余量。制备方法：按成分组成及配比选用炉料，依次放入感应炉中熔炼，充氮气保护至熔化；将熔化液铸锭浇铸，温度控在800-850℃；扒皮，去掉浇铸帽口2-3cm，确保没缩孔；铸锭退火，始终进行抗氧化保护。制备方法：首先得到铜磷银合金熔炼液，继续用多孔挤压模挤压得到均匀的丝材；用15％硫酸洗液进行酸洗；先用对焊机将上述得到的铜磷银合金态丝材抻出尖部以用于穿模，再进一步拉丝；较直处理，最终得到成品。继而用洗液滚洗→水洗→乙醇脱水→吹干。其具有较优秀的钎料品质，使成品CuPAg合金丝状钎料相对熔点低、韧性好，能够满足高性能应用场合的性能要求。

Description

铜磷银合金态丝状钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钎焊材料，尤其涉及一种铜磷银(CuPAg)三元合金丝状钎料及其制备方法。

背景技术

铜磷钎料由于工艺性能好，价格低，在钎焊铜和铜合金方面得到广泛的应用。

磷在铜中起两种作用：能显著降低铜的熔点。当P的质量百分比为8.4％时，铜与磷形成熔化温度为714℃的低熔点共晶，其组织由Cu+Cu3P组成。Cu3P为脆性相。随着铜的含磷量增加，Cu3P相增多，超过共晶成分的铜磷合金由于太脆而无实用价值。Cu3P相给铜磷钎料带来脆性，它的韧性比银基钎料差得多，只能在热态下挤压或轧制。磷的另一种功能是空气中钎焊铜时起自钎剂作用。

对于一些高性能应用的场合(如航空专用材料的焊接)，对于钎焊材料在钎焊铜和铜合金方面的熔化温度和韧性都有其特殊的要求，目前的铜磷钎料无法满足这种高尖端的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜磷银(CuPAg)合金及其制备方法，该铜磷银(CuPAg)合金可以作为制造具有较优秀品质的丝状钎料的原材料，其具有较优秀的钎料品质，使成品CuPAg合金丝状钎料相对熔点低、韧性好，能够满足高性能应用场合的性能要求。

为实现上目的，本发明采取以下设计方案：

一种铜磷银合金，其特征在于成分组成及质量百分比为：P，4.50-5.50％；银，14.0-16.0％％；铜，余量。

优选的成分组成及质量百分比为：P，4.80-5.30％；银，14.50-15.50％；铜，余量。

所述铜磷银合金的制备方法步骤如下：

a)按上述的铜磷银合金成分组成及配比选用炉料，将炉料依次放入中频感应炉中进行熔炼，同时充入氮气保护，至全部熔化；

b)对铸锭模具清洁处理，将铜磷银合金的熔化液进行铸锭浇铸，温度控制在800-850℃；

c)对铸锭进行扒皮，使铸锭表面光滑；将浇铸帽口去掉2-3cm，直至确保没有缩孔；

d)铸锭退火，设定温度为530℃，达到设定温度后保温3小时；退火过程中始终进行抗氧化保护。

熔炼时充入氮气的气流量为0.1-0.2MPa。

退火过程中进行的抗氧化保护是始终吹氮气，或加入木炭加热，或使用煤气炉加热。

所述的炉料是由全部单纯原材料，或是部分单纯原材料与中间合金搭配后满足上述的铜磷银合金的配比关系。

本发明的另一目的是提供一种铜磷银(CuPAg)合金丝状钎料及其制备方法，成品钎料具有较优秀的钎料品质，与现有同类钎料比熔点低、韧性好，能够满足高性能应用场合的焊接要求。由该方法制备的CuPAg合金丝状钎料可以进一步降低钎料的熔化温度和改进其韧性。

为实现上目的，本发明采取以下设计方案：

一种铜磷银合金态丝状钎料，由上述的铜磷银合金制得。

一种铜磷银合金态丝状钎料的制备方法，首先按上述的铜磷银合金，继续下列步骤：

e)用多孔挤压模挤压，其中，挤压垫放置到挤压机保温套上并对保温套进行加热，设定温度为430℃，同时加热挤压垫；挤压模具的加热温度为450℃～550℃，得到均匀的丝材；

f)加压后的丝用15％硫酸洗液进行酸洗；

g)拉丝模加热备用，拉丝模加热备用，先用对焊机将上述得到的铜磷银合金态丝材抻出尖部以用于穿模，再进一步拉丝；

h)将上步骤得到的丝材较直处理，最终得到成品。

拉丝过程用块状肥皂或热肥皂液对被处理的铜磷银合金丝进行润滑。对得到的成品铜磷银合金态丝状钎料进行酸洗，继而用洗液滚洗→水洗→乙醇脱水→吹干。

本发明的优点是：

(1)用本发明铜磷银合金制得的合金态丝状钎料不仅可以进一步降低铜磷类合金的熔化温度，在韧性方面亦得到较大的改善。

(2)本发明采用特殊工艺方法，克服了材料本身的难加工性；有效减少了金属在熔炼过程中的氧化，改善了铸锭内部组织，对产品质量有显著提高。铸锭的机加工处理过程，减少了氧化皮对成品的不利影响。

(3)本发明焊接强度高，性能稳定。

(4)本发明制得的合金态丝状钎料熔化温度为645-800℃之间，极适于铜和铜合金的钎焊，钎焊的力学性能良好，不易开裂。

具体实施方式

本发明铜磷银合金的成分组成及质量百分比为：P，4.50-5.50％；银，14.0-16.0％；铜，余量。优选的方案是：P，4.80-5.30％；银，14.50-15.50％；铜，余量。

本发明的主要创新点在于：在上述配比的铜磷银合金成分范围内经特殊工艺方法先制得合金，再进一步拉丝得到铜磷银合金态丝状钎料。

下面是本发明制备CuPAg合金态丝状钎料整个过程(包括CuPAg中间合金的制备)，具体方法如下：

一、熔炼

熔铸设备：100Kg中频感应炉；石墨粘土坩埚；铸铁模模具；

辅料：坩埚钳、木炭、氮气、测温热偶、花生油。

熔铸：

1.1在使用前，对铸锭模具进行处理。用粗砂纸打磨，去锈去油斑，然后在模具上抹花生油，油不要过多，以免影响铸锭质量。

1.2原材料：选用外购的CuP中间合金，取样送理化室做化学分析；对返回料(本发明所制备的CuPAg合金的下角料)锯头、压余、埚底余料可100％回吃；车削要先熔铸成铸锭，分析杂质含量是否符合要求后再使用，回吃不能超过50％。

1.3配料：按标准要求成分计算加入炉料量(包括CuP中间合金，Ag)，准确称重。

1.4操作：将配好的原料依次(先放入Ag和Cu单纯材料，后放入CuP中间)放入炉中进行熔化→充氮气保护，使液面少与空气接触，气流量为0.1-0.2MPa→当炉料全部熔化时，加温10-20分钟精炼→出炉前对溶液进行测温，温度控制在800-850℃，温度过高容易吸气，过低不易气的排出→出炉时加入木炭使炉内产生还原性气氛→浇铸→修整铸锭→炉后分析合格后转入下道工序。

浇铸应采用立式模浇铸，人工操作要求做到均匀、平稳、不断流，并注意补缩。铸锭出模温度不宜过高，表面颜色暗下来后再出模，随着模具温度的升高，出模时间也要加长。出模后的铸锭不要用冷水冲凉，以免铸锭开裂。

每炉取第一根，中间的一根和最后一根铸锭进行炉后分析，保证成分均匀可靠。

二、表面处理

对铸锭进行扒皮，减少氧化皮等有害物在挤压时进入到丝材内部，造成缺陷。加工后的铸锭表面要光滑，允许有极少的较浅凹坑。

将浇铸帽口去掉2-3cm，确保没有缩孔。

扒皮后的铸锭不宜长时间滞留于大气中(不超过3天)，尽快安排下道工序加工。

三、挤压

使用设备：350T卧式挤压机；箱式加热炉；

挤压模具：多孔挤压模

退火：先将表面处理后的铸锭装炉进行热处理。设定温度为530℃。到温后保温3小时。退火过程中始终进行吹氮气保护，或加入木炭或使用煤气炉加热方式，减少表面氧化。然后将模具放入模具加热炉进行热处理。设定温度为500℃。将挤压垫放置到挤压机保温套上进行加热。设定温度为430℃。

挤压：挤压前，将挤压垫圆面均匀抹上一层机油与石墨粉调制的润滑物，以减少摩擦阻力，同时便于与压余分离。挤压时，开始挤压速度为10速档，当挤出料头后马上换至2速档使之匀速出丝。

由多名工作人员牵引外拉或上绕丝机。牵引时注意力量不要太大，以免造成丝材尺寸不均匀，葫芦状。

酸洗：配成15％硫酸洗液(85％的水、15％浓硫酸)，将上述得到的铜磷银合金丝用该硫酸洗液浸泡10-15分钟，尽可能去搅拌，使酸洗更加充分。酸洗后捞出，用高压水枪冲洗，使表面氧化物冲洗干净，露出铜色。

四、拉丝

使用设备：立式拉丝机；

拉丝：先将所使用的模具置于水中进行加热；再将CuPAg合金丝在对焊机上进行抻尖，用于穿模，能穿过Φ2.0mm模具即可。

在拉拔过程中，拉丝速度不宜过快。将干肥皂穿于丝上起到润滑作用，拉丝速度为150-200转/分钟，最高不得超过300转/分钟。

五、较直

将丝穿入较直机模上，松紧度以较直出来后丝的直顺为准。

按要求调好定尺即可。

六、成品清洗：

成品进行酸洗，用洗液滚洗→水洗→乙醇脱水→吹干。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说点：

实施例1：

熔铸CuPAg合金铸锭68.3kg，化学分析铸锭成分为Ag：14.76％，P：5.13％：。经过挤压，拉拔，裁定尺矫直后得出成品49.91kg成才率73％。产品质量良好，能够满足使用要求。

实施例2：

熔铸CuPAg合金铸锭334.99kg，化学分析铸锭成分Ag：15.32％，P：4.74％：。经过挤压，拉拔，裁定尺矫直后得出成品237.64kg，成才率70.93％。产品质量良好，能够满足使用要求。

对于CuPAg合金各种配比的取值不再一一列举，凡采用含P，4.5-5.5％；银，14-16％；铜，余量范围内(优选的方案为：P，4.80-5.30％；银，14.50-15.50％；铜，余量)的铜磷银合金制作合金态丝状钎料均应属于本发明申请专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种铜磷银合金，其特征在于成分组成及质量百分比为：P，4.50-5.50％；银，14.0-16.0％％；铜，余量。

2.根据权利要求1所述的铜磷银合金，其特征在于优选的成分组成及质量百分比为：P，4.80-5.30％；银，14.50-15.50％；铜，余量。

3.一种铜磷银合金态丝状钎料，其特征在于：由权利要求1或2所述的铜磷银合金制得。

4.一种权利要求1或2所述的铜磷银合金的制备方法，其特征在于方法步骤如下：

a)按权利要求1或2所述的铜磷银合金成分组成及配比选用炉料，将炉料依次放入中频感应炉中进行熔炼，同时充入氮气保护，至全部熔化；

b)对铸锭模具清洁处理，将铜磷银合金的熔化液进行铸锭浇铸，温度控制在800-850℃；

c)对铸锭进行扒皮，使铸锭表面光滑；将浇铸帽口去掉2-3cm，直至确保没有缩孔；

d)铸锭退火，设定温度为530℃，达到设定温度后保温3小时；退火过程中始终进行抗氧化保护。

5.根据权利要求4所述铜磷银合金态丝状钎料的制备方法，其特征在于：熔炼时充入氮气的气流量为0.1-0.2MPa。

6.根据权利要求4所述铜磷银合金态丝状钎料的制备方法，其特征在于：退火过程中进行的抗氧化保护是始终吹氮气，或加入木炭加热，或使用煤气炉加热，加热温度为退火炉的设定温度530℃。

7.根据权利要求4所述铜磷银合金态丝状钎料的制备方法，其特征在于：所述的炉料是由全部单纯原材料或是部分单纯原材料与中间合金搭配后满足权利要求1或2所述的铜磷银合金的配比关系，炉料按先放单纯原材料，后放中间合金的次序依次放入中频感应炉中进行熔炼。

8.一种权利要求3所述的铜磷银合金态丝状钎料的制备方法，其特征在于方法步骤如下：

e)将权利要求4得到的成品铜磷银合金用多孔挤压模挤压，挤压模具的加热温度为450℃～550℃，得到均匀的丝材；

f)加压后的铜磷银合金丝用15％硫酸洗液进行酸洗。

g)拉丝模加热备用，先用对焊机将上述得到的铜磷银合金态丝材抻出尖部以用于穿模，再进一步拉丝；

h)将上步骤得到的丝材较直处理，最终得到成品铜磷银合金态丝状钎料。

9.根据权利要求8所述铜磷银合金态丝状钎料的制备方法，其特征在于：拉丝过程用块状肥皂或热肥皂液对呗处理的铜磷银合金丝进行润滑。

10.根据权利要求9所述铜磷银合金态丝状钎料的制备方法，其特征在于：对得到的成品铜磷银合金态丝状钎料进行酸洗，继而用洗液滚洗→水洗→乙醇脱水→吹干。