CN103111770B - 一种多元银钎料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多元银钎料，其特征在于由下述重量百分比的组分组成：12-28%的Ag，37-49%的Cu，1.0-3.0%的In，0.5-2.5%的Ni，0.001-0.1%的稀土元素，余量为Zn。其含有的贵金属白银较少，比BAg40CuZnSn等高银钎料减少白银含量20%左右，大幅度降低了生产成本，节约了贵金属白银的用量。

Description

一种多元银钎料
技术领域
本发明涉及一种多元银钎料，适用于铜与铜合金、碳钢、硬质合金和不锈钢等金属材料的钎焊，可广泛应用于制冷、机械、机电、四通阀等行业的钎焊中，属于中温钎焊材料。
背景技术
在进行不同金属之间如铜与黑色金属的钎焊时，由于钎料对钎焊母材的润湿性及钎焊接头的相关力学性能有要求，所以人们大都选用含银量大于40%的高银钎料。如常见的高银钎料BAg40CuZnSn是一种广泛用于钎焊铜与碳钢部件的钎料。但随着有色金属原材特别是贵金属白银价格的上涨，造成使用高银钎料的厂家面临巨大的成本压力，削弱了在激烈的市场竞争下的企业竞争力。为此，有企业通过用Cd替换部分银以降低钎料中Ag的含量，虽然Cd能大幅度降低钎料的熔化温度、提升钎焊性能，但Cd是一种有毒元素，大量使用会造成环境污染，而且会损害制备含Cd的钎料操作人员的身体健康，添加Cd还会违反欧盟RoHS指令。
尽管如此，现有的技术中使用其他元素替换Ag所制成的钎料性能都不能和使用Cd的钎料相比：如Ag-Cu-Zn-Sn钎料中Sn的添加可有效提高流动性、润湿性，降低固、液相线温度，减小熔化区间，但其可加工性往往较差；如Ag-Cu-Zn-In钎料中In的加入可以更显著地降低固、液相线温度，减小熔化区间，提高流动性，但其本身在银、铜中的固溶度较小且价格较高，仅可作为微量元素加入；如Ag-Cu-Zn-Ni钎料中Ni的添加可提高钎料的润湿性及接头强度，对净化晶界、提高塑性、增加强度有较好的效果，并能改善加工性能，易于加工成带材，但会提高钎料的液相线温度；如Ag-Cu-Zn-Ga钎料中Ga的加入可使钎料的成分均匀化，细化钎料组织，抑制金属间化合物的生长，火焰钎焊后的钎料显微组织致密、均匀，力学性能优异，但其成本往往高于含镉银钎料。
因此，人们开始重点开发多元合金体系的银钎料用于取代含镉银钎料的使用。如公开号为CN1836823A的发明专利说明书中公开了一种含铟和铈的无镉钎料，其特征在于，按质量百分数配比是：25%-32%的铜，25%-35%的锌，0.5%-5%的铟，0.01%-1.0%的锡，0.002%-0.10%的铈，其余为银。该无镉钎料在钎焊紫铜-黄铜、黄铜-碳钢，不锈钢-镍基合金等材料组合时，对母材湿润性、铺展性好，但是该钎料中的银含量还是非常高，制造成分高，限制了其进一步的使用。
因此，研究开发出一种既符合欧盟RoHS指令，在钎焊材料中不含有害化学元素Cd，又具有良好的钎焊工艺性能，较低的熔化温度，较高的性价比的多元银钎料来替代BAg40CuZnSn等高银钎料，具有重要的经济价值及符合环境保护的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，含银量较低，成本低；不含镉元素，符合欧盟RoHS指令；钎料熔化温度低，钎焊工艺性能好的一种多元银钎料。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该多元银钎料，其特征在于由下述重量百分比的组分组成：12-28%的Ag，37-49%的Cu，1.0-3.0%的In ，0.5-2.5%的Ni，0.001-0.1%的稀土元素，余量为Zn。
本发明的多元银钎料由下述重量百分比的组分组成：19-21%的Ag，42-44%的Cu，1.5-2.5%的In ，1.0-2.0%的Ni，0.03-0.08%的稀土元素，余量为Zn。
本发明的多元银钎料由下述重量百分比的组分组成：20%的Ag，43%的Cu，2.0%的In，1.5%的Ni，0.05%的稀土元素，余量为Zn。
本发明的多元银钎料中的稀土元素为镧或铈的其中一种或者其混合物。镧和铈可以是任意比例进行混合，因为单质的稀土La和单质的稀土Ce单独对本发明的钎料所起到的作用是一样的，所以La和Ce可以采用任意比例混合，两者混合后的效果和单质的稀土La或者单质的稀土Ce的效果都是一样，由于La和Ce的混合物的价格要比单质的稀土La和单质的稀土Ce便宜很多，所以从性价比上优先选用La和Ce的混合稀土，从而可以大大降低生产成本，提高资源的利用率。La和Ce的添加可细化钎料合金的组织，改善钎料的力学性能，提高钎焊接头的强度和韧性。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、含有的贵金属白银较少，比BAg40CuZnSn等高银钎料减少白银含量20%左右，大幅度降低了生产成本，节约了贵金属白银的用量；2、钎焊铜与铜合金及黑色金属时具有优良的机械性能，经客户使用后反馈钎焊工艺性能优良，质量稳定，工艺性能指标与BAg40CuZnSn银钎料相当；3、该钎料的塑性好，可加工成各种规格、尺寸的焊条、焊丝、焊环、薄带、焊片等；4、钎料的抗拉强度可达520~558MPa，钎焊黄铜接头其抗拉强度为319~367MPa，抗剪强度为206~229MPa；钎焊碳钢等工件时，其接头抗拉强度可达455~489MPa，抗剪强度为270~309MPa；5、可广泛应用于制冷、机械、机电、四通阀等行业的电阻钎焊、火焰钎焊以及高频感应钎焊。
本发明中添加化学元素Ni，可以较大地提高钎料对不锈钢和硬质合金的润湿性能，并改善钎缝塑性，通过增加铺展面积可以提高钎焊接头的连接强度，同时还可以提高钎焊接头的抗腐蚀能力。本发明中添加化学元素In，可降低钎料的熔化温度和提高钎料的润湿性及填缝性。
本发明中添加少量稀土元素La和Ce主要是降低银钎料中有害杂质元素Pb、Bi对钎料的不良影响，La和Ce能与Pb、Bi形成LaPb、CePb、LaBi、CeBi化合物，抑制Pb单质相和Bi单质相的形成，消除低熔点单质相的先熔析出现象，从而祛除了杂质Pb、Bi对银钎料铺展、润湿性能的有害作用，另外，混合稀土La和Ce的添加可细化钎料合金的组织，改善钎料的力学性能，提高钎焊接头的强度和韧性，本发明混合稀土中的La和Ce可以是按任意比例进行混合的，从而可以大大降低本发明的生产成本，提高资源的利用率。
本发明的配方设计合理，生产成本低，性价比高，焊接铜与铜合金、硬质合金、碳钢、不锈钢及镍基合金等金属材料时，钎料熔化温度合适，润湿性、流动性好，钎焊接头表面光洁，机械强度高，钎焊工艺性能优良，质量稳定，一致性好，各项钎焊性能指标与BAg40CuZnSn相当。
本发明中多元银钎料的熔化温度范围一般为650-830℃，塑性好，可加工成各种规格、尺寸的焊条、焊丝、焊环、薄带、焊片等钎料；配合FB102(QJ102)钎剂，在铜与铜合金、碳钢、硬质合金、不锈钢及镍基合金上钎焊润湿性好、流动性好，钎料的抗拉强度可达520~558MPa，钎焊黄铜接头其抗拉强度为319~367MPa，抗剪强度为206~229MPa；钎焊碳钢等工件，其接头抗拉强度可达455~489MPa，抗剪强度为270~309MPa；具有较高的耐温和机械性能，可广泛应用于制冷、机械、机电、四通阀等行业的电阻钎焊、火焰钎焊以及高频感应钎焊。
本发明的多元银钎料，以含银量40%的钎料作为参照物，配合FB102(QJ102)钎剂，在紫铜与铜合金、碳钢、硬质合金、不锈钢等黑色金属合金上钎焊，对母材的润湿性、铺展性与之相当，钎焊黄铜接头其抗拉强度为319~367MPa，抗剪强度为206~229MPa，钎焊碳钢等工件，其接头抗拉强度可达455~489MPa，抗剪强度为270~309MPa。
本发明的多元银钎料完全没有有害元素Cd，能有效保护操作者的身体安全，对环境有好，能杜绝环境污染，钎料的钎焊力学性能指标与BAg40CuZnSn相当。因此，本发明的多元银钎料能替代BAg40CuZnSn等高银钎料。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
本实施例的多元银钎料由下述重量百分比的组分组成：12-28%的Ag，37-49%的Cu，1.0-3.0%的In ，0.5-2.5%的Ni，0.001-0.1%的稀土元素，余量为Zn。其中稀土元素为镧或铈的其中一种元素或者其混合物，稀土元素可以都为镧元素，稀土元素可以都为铈元素，稀土元素还可以为镧元素和铈元素的混合物。
本实施例中Ag使用GB/T 4135-2002《银》标准中IC-Ag99.99，Cu使用GB/T 467-2010 《阴极铜》标准中Cu-CATH-2，Zn使用GB/T 470-2008《锌锭》标准中Zn99.995，In使用YS/T 257-2009《铟锭》标准中In99.993，Ni使用GB/T 6516-2010《电解镍》标准中Ni99.96。按上述配比采用常规中频熔炼炉进行熔炼、浇铸，然后通过锯剥、挤压、拉拔、成型、清洗等工艺制备而成。根据生产需要，可将Ni预先加工成中间合金，然后加入Ag-Cu-Zn合金中熔炼、浇铸，再通过锯剥、挤压、拉拔、成型、清洗等工艺制备而成。
下述表格是实施例1至实施例24的各个组分的含量表和性能数据表。
表1：实施例1至于实施例6的各个组分的含量表
组分及参数名称 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
Ag(重量%) 12 28 17 17 17 17
Cu(重量%) 37 49 37 39 39 39
In(重量%) 1.0 3.0 1.0 1.0 1.5 1.5
Ni(重量%) 0.5 2.5 0.5 0.5 0.5 1.0
稀土元素(重量%) 0.03 0.1 0.03 0.03 0.03 0.03
Zn(重量%) 余量 余量 余量 余量 余量 余量
表2：实施例7至实施例12的各个组分的含量表
组分及参数名称 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12
Ag(重量%) 17 21 21 21 21 21
Cu(重量%) 39 39 42 42 42 42
In(重量%) 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0 2.0
Ni(重量%) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.5 1.5
稀土元素(重量%) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.08
Zn(重量%) 余量 余量 余量 余量 余量 余量
表3：实施例13至实施例18的各个组分的含量表
组分及参数名称 实施例13 实施例14 实施例15 实施例16 实施例17 实施例18
Ag(重量%) 25 25 25 25 25 27
Cu(重量%) 42 45 45 45 45 45
In(重量%) 2.0 2.0 3.0 3.0 3.0 3.0
Ni(重量%) 1.5 1.5    1.5    2.0    2.0 2.0
稀土元素(重量%) 0.08 0.08 0.08 0.08 0.1 0.1
Zn(重量%) 余量 余量 余量 余量 余量 余量
表4：实施例19至实施例24的各个组分的含量表
组分及参数名称 实施例19 实施例20 实施例21 实施例22 实施例23 实施例24
Ag(重量%) 27 27 27 27 20 20
Cu(重量%) 49 49 49 49 43 45
In(重量%) 3.0 2.5 2.5 2.5 2.0 1.5
Ni(重量%)    2.0    2.0    2.5    2.5 1.5 2.0
稀土元素(重量%) 0.1 0.1 0.1 0.05 0.05 0.05
Zn(重量%) 余量 余量 余量 余量 余量 余量
表5：实施例1至于实施例6的性能数据表
主要性能 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
钎料熔化温度(℃) 683~804 651~755 661~783 665~785 662~773 673~786
钎料抗拉强度(MPa) 558 548 526 536 538 552
钎焊碳钢的力学性能:抗拉强度(MPa) 455 458 465 474 466 470
钎焊碳钢的力学性能:抗剪强度(MPa) 299 296 285 270 278 284
钎焊黄铜的力学性能:抗拉强度(MPa) 329 356 348 352 367 361
钎焊黄铜的力学性能:抗剪强度(MPa) 209 212 223 216 220 222
表6：实施例7至于实施例12的性能数据表
主要性能 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12
钎料熔化温度(℃) 673~784 660~772 663~774 646~757 655~766 656~763
钎料抗拉强度(MPa) 556 541 543 521 536 532
钎焊碳钢的力学性能:抗拉强度(MPa) 475 468 468 467 469 471
钎焊碳钢的力学性能:抗剪强度(MPa) 289 286 289 289 288 304
钎焊黄铜的力学性能:抗拉强度(MPa) 319 355 348 352 337 341
钎焊黄铜的力学性能:抗剪强度(MPa) 206 209 217 221 224 207
表7：实施例13至于实施例18的性能数据表
主要性能 实施例13 实施例14 实施例15 实施例16 实施例17 实施例18
钎料熔化温度(℃) 651~758 651~752 648~748 665~765 661~767 645~748
钎料抗拉强度(MPa) 528 534 539 523 521 516
钎焊碳钢的力学性能:抗拉强度(MPa) 455 467 469 457 461 473
钎焊碳钢的力学性能:抗剪强度(MPa) 309 296 287 295 301 303
钎焊黄铜的力学性能:抗拉强度(MPa) 322 345 338 352 347 341
钎焊黄铜的力学性能:抗剪强度(MPa) 216 219 207 211 223 207
表8：实施例19至于实施例24的性能数据表
主要性能 实施例19 实施例20 实施例21 实施例22 实施例23 实施例24
钎料熔化温度(℃) 646~752 657~758 671~765 676~776 663~760 692~795
钎料抗拉强度(MPa) 520 523 532 538 545 537
钎焊碳钢的力学性能:抗拉强度(MPa) 465 458 462 472 489 471
钎焊碳钢的力学性能:抗剪强度(MPa) 299 276 285 277 293 301
钎焊黄铜的力学性能:抗拉强度(MPa) 342 345 352 362 360 341
钎焊黄铜的力学性能:抗剪强度(MPa) 209 219 216 223 229 217
从上述表格可以看出，本发明的多元银钎料具有较高的性能参数，各项钎焊性能指标与BAg40CuZnSn相当，但是成本大幅度下降。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种多元银钎料，其特征在于由下述重量百分比的组分组成：19-21%的Ag，42-44%的Cu，1.5-2.5%的In ，1.0-2.0%的Ni，0.03-0.08%的稀土元素，余量为Zn。
2.根据权利要求1所述的多元银钎料，其特征在于由下述重量百分比的组分组成：20%的Ag，43%的Cu，2.0%的In，1.5%的Ni，0.05%的稀土元素，余量为Zn。
3.根据权利要求1或2所述的多元银钎料，其特征在于：所述稀土元素为镧或铈的其中一种或者其混合物。
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