CN102814600B - 一种陶瓷钎焊用非晶箔带钎料 - Google Patents

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Abstract

一种陶瓷钎焊用非晶箔带钎料，其特征是含有组分及质量百分比为：Cu43～70％，Ti25～40％，Ni5～17％，还含有组分及质量百分比的Sn、Ce或Y0.1～2％。本发明钎料是一种不含有昂贵Ag金属，易于装配和施焊的非晶箔带钎料。该钎料具有延展性，可避免晶态钎料的脆性，使其在钎焊复杂结构时更加易于装配和填隙。钎料的熔化范围为895～1060℃，钎焊温度为950～1100℃，适用于真空钎焊陶瓷/陶瓷或陶瓷/金属。

Description

一种陶瓷钎焊用非晶箔带钎料
技术领域
本发明涉及一种钎焊用钎料，特别涉及一种陶瓷钎焊用钎料。
背景技术
陶瓷具有优良的高温力学性能、耐腐蚀性能、抗磨损性能等，被用作热机的关键部件，在内燃机和热交换器制造等方面具有广阔的应用前景。活性钎焊在陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属的连接中具有突出的优势。常用的陶瓷钎焊用活性钎料有Ag-Cu-Ti、Ti-Ni-Cu等。组成为Ag69Cu26Ti5的Ag-Cu-Ti钎料钎焊温度850～880℃，对陶瓷润湿性良好，接头气密，接头强度达60～100MPa，但该钎料含Ag量大，成本高，而且Ag抗氧化差，钎焊后的工件使用温度低，这限制了陶瓷优异高温性能的发挥。组成为Ti61.5Ni28.5Cu10的Ti-Ni-Cu钎料钎焊温度900～980℃，适合Si3N4陶瓷的高温使用，避免了使用昂贵的Ag金属，但该钎料存在大量活性元素Ti，导致钎料脆性增大，使钎焊陶瓷的接头强度降低。
Ti-Ni-Cu钎料的使用形式为粉状或箔片状。粉状钎料成分均匀，但在复杂结构件和精密件的预装配和施焊过程中，应用受到限制。箔片状钎料可以满足复杂件和精密件的装配和施焊要求，受到广泛应用。箔状钎料可以使用纯镍板、紫铜板和纯钛板轧制成复合钎料箔带，但该法制备的复合钎料箔带在钎焊热循环过程中各组分的均匀性受到影响，容易形成偏析和气孔等缺陷。采用快速凝固技术制备成非晶箔状钎料，可以避免轧制方法制备复合钎料箔带的不利影响。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种可以避免Ag-Cu-Ti钎料含有昂贵Ag金属，Ti-Ni-Cu复合钎料箔带钎焊强度低、成分不均匀等不利影响的易于装配和施焊的非晶箔带钎料。
为实现上述目的，本发明的陶瓷钎焊用非晶箔带钎料的含有组分及质量百分比为：Cu43～70％，Ti25～40％，Ni5～17％。
本发明的陶瓷钎焊用非晶箔带钎料还含有组分及质量百分比的Sn、Ce或Y0.1～2％。
本发明的陶瓷钎焊用非晶箔带钎料的最佳组分及百分比为Cu53％，Ti35％和Ni12％。
与现有技术相比，本发明的陶瓷钎焊用非晶箔带钎料具有以下优点：
1.成分均匀，具有良好的柔韧性。非晶箔带钎料按设计成分配置好母合金，在快速凝固装备上重熔，直接喷制而成，制成的非晶钎料成分均匀，不存在成分偏析和气孔缺陷，同时钎料具有良好的柔韧性，便于钎焊复杂结构时的装配和施焊。
2.润湿性好。非晶态是不稳定结构，在钎焊热循环过程中，非晶钎料释放晶态转化热量，加剧钎料的原子扩散运动，从而提高钎料的润湿能力。
3.提高钎焊接头性能。非晶箔带钎料厚度为40～80微米，进一步减小钎接间隙，能够充分发挥毛细作用，从而获得致密的钎焊接头。
DSC熔化曲线测试表明，本发明的箔带钎料在熔化过程中，在461.2℃时出现晶态转化峰，见图1；X射线衍射图检测出现了馒头峰，这表明，箔带钎料为非晶态，见图2。
本发明的非晶箔带钎料中，Ti为活性元素，它在一定的温度下能直接和陶瓷发生反应，生成一定厚度的化合物反应层，是直接钎焊陶瓷并形成有效连接的主要元素。Ti含量控制在2540％。Ti含量过低，界面反应不充分，接头强度不高；Ti含量过高，导致钎料脆性增大，接头的焊接残余应力无法通过钎料变形释放，焊缝易产生裂纹。Ni元素在钎料的高温强度和塑性方面能起到积极的效果。Ni含量控制在517％。Ni含量过低，钎料的高温强度和塑性效果不明显；Ni含量过高，会与Ti形成Ni-Ti化合物，降低钎料中Ti的活性，恶化钎料对陶瓷的浸润性，增大钎料的脆性，降低接头的连接强度，因此，在保证钎料的高温性能的前提下，尽可能降低钎料中的Ni含量。Cu元素使钎料具备良好的流动性和填缝性能，并与Ni形成固溶体，降低钎料熔融温度。
通过在合金中添加适量的Sn，调节合金的熔点，增加钎料的流动性和填缝能力；添加微量稀土元素Ce或Y，可细化晶粒，改善接头的力学性能和钎料的润湿性。
附图说明
图1为实施例2非晶钎料样品的DSC曲线图；
图2为实施例2非晶钎料样品的X射线衍射图。
具体实施方式
将纯度为99.9％以上的Cu、Ti、Ni和Sn、Ce或Y按照配比置于真空电弧熔炼炉中，在高纯氩气下熔炼得到钎料合金锭；将钎料合金装入石英玻璃管，并装入真空快淬炉中，在真空状态下，加热石英玻璃管内的合金钎料锭；向石英玻璃管中通入高纯氩气，将熔融的合金连续不断地喷射到高速转动的冷却铜辊上，制得非晶箔带钎料。
实施例1
钎料的组分和质量百分比为Cu70％，Ti25％，Ni5％。
实施例2
钎料的组分和质量百分比为Cu53％，Ti35％，Nil2％。
实施例3
钎料的组分和质量百分比为Cu43％，Ti40％，Ni17％。
实施例4
钎料的组分和质量百分比为Cu68％，Ti25％，Ni5％，Sn2％。
实施例5
钎料的组分和质量百分比为Cu52.9％，Ti35％，Ni12％，Ce0.1％。
实施例6
钎料的组分和质量百分比为Cu44.9％，Ti40％，Ni15％，Y0.1％。
通过上述方法得到的非晶箔带钎料厚度40～55μm，带宽10～15mm，拥有良好的韧性，可用于Si3N4陶瓷钎焊。
采用真空钎焊方式钎焊Si3N4/Si3N4陶瓷，对接接头尺寸为3mm×4mm×40mm，钎料质量15mg，钎缝间隙0.1mm，钎焊温度高于钎料熔点50℃，保温时间10min，焊后随炉冷却。接头的室温力学性能在万能试验机上进行，加载速率为0.1mm/min。用求积仪测试钎料在Si3N4陶瓷上的铺展面积。试验结果见表1。
该钎料具有延展性，可避免晶态钎料的脆性，使其在钎焊复杂结构时更加易于装配和填隙。钎料的熔化范围为895～1060℃，钎焊温度为950～1100℃，适用于真空钎焊陶瓷/陶瓷或陶瓷/金属。
表1非晶箔带钎料及Ti61.5Ni28.5Cu10的性能
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种陶瓷钎焊用非晶箔带钎料，其特征是由以下组分及质量百分比组成：Cu 43～68%，Ti 25～40%，Ni 5～17%，Ce、Y或Sn0.1～2%。
2.根据权利要求1所述的陶瓷钎焊用非晶箔带钎料，其特征是组分及质量百分比为：Cu52.9%，Ti35%，Ni12%，Ce0.1%。
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