CN103231183A - 一种铜基非晶钎焊料及其制备方法、带材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜基非晶钎焊料及其制备方法、带材及其制备方法，该铜基非晶钎焊料不含P元素和B元素，而由Cu、Si、Sn、Ni以及Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族元素组成。Cu、Si、Sn、Ni以及Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属按照重量比为71~83 : 0.15~0.22 : 4.0~6.8 : 13.5~14.3 : 0.02~0.06。本发明的优点在于：1、去除P元素，其优点为大大的提高了钎焊料的韧性；2、加入微量的Ti、Zr、Hf这三种IVB族元素的一种或几种组合，在不提高钎焊温度的同时，提高了钎焊强度，保证了钎焊接头的力学性能。本发明还公开了该铜基非晶钎焊料的制备方法、由该铜基非晶钎焊料制成的铜基非晶钎焊料带材及该铜基非晶钎焊料带材的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种钎焊料及其制备方法，尤其是涉及一种铜基非晶钎焊料及该铜基非晶钎焊料的制备方法、由该铜基非晶钎焊料制成的铜基非晶钎焊料带材及该铜基非晶钎焊料带材的制备方法。
背景技术
目前，公知的钎焊材料主要分为银基、镍基、铜基三种。银基钎焊料由于含银量高、熔点适中且稳定，具有优异的渗透性和流动性，焊接后有良好的强度、韧性，并且导热和导电性能优异，因此在薄膜、温控、电器装置等接触面小的工件焊接上得到了广泛的应用；并且其钎焊后表面颜色浅，可适用于银饰、眼镜等行业的加工。镍基钎焊料应用于高温合金及不锈钢零部件（如航空零部件、汽车及轮船零部件、炊具、医疗器械等）的焊接。而铜基钎焊料主要用于代替银基钎焊料，应用于精密仪表、电路和元器件、触头、热交换器等的焊接。由于多数导电部件都是由紫铜制备而成，而铜基钎焊料对紫铜有自钎作用，可以达到良好的钎焊性能。
现有铜基钎焊料，由于配方中P元素的存在，导致合金非常的脆，强度与韧性都不高，从而无法制带，而造成了其应用的局限性。
发明内容
本发明为了解决目前铜基钎焊料的室温成型问题、提高钎焊料的性能，改变了传统钎焊配方和生产工艺，而提出一种铜基非晶钎焊料及该铜基非晶钎焊料的制备方法、由该铜基非晶钎焊料制成的铜基非晶钎焊料带材及该铜基非晶钎焊料带材的制备方法。
本发明是这样实现的，一种铜基非晶钎焊料，其不含P元素和B元素，而包括Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素。
作为上述方案的进一步改进，该铜基非晶钎焊料由Cu元素、Si元素、Sn元素、Ni元素以及Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素组成。
优选地，Cu、Si、Sn、Ni以及Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属的质量分别满足以下式子：71％≤x≤83％，0.15％≤y≤0.22％，4.0％≤a≤6.8％，13.5％≤b≤14.3％、0.02％≤c≤0.06％，余量为杂质，该铜基非晶钎焊料的总质量百分比为100％；其中，x代表Cu，y代表Si、a代表Sn、b代表Ni、c代表Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属。
本发明还提供一种铜基非晶钎焊料带材，其由铜基非晶钎焊料制成，该铜基非晶钎焊料不含P元素和B元素，而包括Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素。
作为上述方案的进一步改进，该铜基非晶钎焊料由Cu元素、Si元素、Sn元素、Ni元素以及Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素组成。
优选地，Cu、Si、Sn、Ni以及Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属的质量分别满足以下式子：71％≤x≤83％，0.15％≤y≤0.22％，4.0％≤a≤6.8％，13.5％≤b≤14.3％、0.02％≤c≤0.06％，余量为杂质，该铜基非晶钎焊料的总质量百分比为100％；其中，x代表Cu，y代表Si、a代表Sn、b代表Ni、c代表Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属。
作为上述方案的进一步改进，该铜基非晶钎焊料带材的厚度在0.02~0.03mm之间。
本发明还提供一种基非晶态钎焊料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）备料：Cu、Si、Sn、Ni以及Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属按照71~83 : 0.15~0.22 : 4.0~6.8 : 13.5~14.3 : 0.02~0.06的重量比备料；
（2）合金冶炼：
①先将冶炼炉预热至所需温度；
②倒入准备好的锡，升温至全部融化，并沸腾；
③倒入准备好的铜升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
④加入准备好的硅升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
⑤加入准备好的镍升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
⑥加入准备好的IVB族金属升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
⑦倒料：将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成铜基非晶钎焊料母合金，即获得该铜基非晶钎焊料。
作为上述方案的进一步改进，在合金冶炼的步骤中：
①先将冶炼炉预热至所需温度；
②倒入准备好的锡，升温至全部融化，并沸腾5分钟；
③倒入准备好的铜升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
④加入准备好的硅升温至混合金属全部融化，并沸腾10分钟，使所加入的材料充分融合；
⑤加入准备好的镍升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
⑥加入准备好的IVB族金属升温至混合金属全部融化，并沸腾30分钟，使所加入的材料充分融合；
⑦倒料：将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成铜基非晶钎焊料母合金，即获得该铜基非晶钎焊料。
本发明还提供一种铜基非晶钎焊料带材的制备方法，其包括以下步骤：
（1）备料：Cu、Si、Sn、Ni以及Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属按照71~83 : 0.15~0.22 : 4.0~6.8 : 13.5~14.3 : 0.02~0.06的重量比备料；
（2）合金冶炼：
①先将冶炼炉预热至所需温度；
②倒入准备好的锡，升温至全部融化，并沸腾5分钟；
③倒入准备好的铜升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
④加入准备好的硅升温至混合金属全部融化，并沸腾10分钟，使所加入的材料充分融合；
⑤加入准备好的镍升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
⑥加入准备好的IVB族金属升温至混合金属全部融化，并沸腾30分钟，使所加入的材料充分融合；
⑦倒料：将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成铜基非晶钎焊料母合金，即获得该铜基非晶钎焊料；
（3）制带：
1)将该铜基非晶钎焊料母合金投入石英管甩带机，抽真空至1*10-2Pa以下；
2)向该石英管甩带机的石英管料槽中充入高纯氩气至0.1MPa以上，并再次抽真空至1*10-2Pa以下；
3)开启该石英管甩带机的高频电源，待该铜基非晶钎焊料母合金熔化之后，充入高纯氩气，并开始甩带，得到铜基非晶钎焊料带材。
作为上述方案的进一步改进，该铜基非晶钎焊料带材的厚度在0.02~0.03mm之间。
作为上述方案的进一步改进，在制带过程中，重复第二步骤2）2-3次之后再进行第三步骤3)。
本发明提供的铜基非晶钎焊料及该铜基非晶钎焊料的制备方法、由该铜基非晶钎焊料制成的铜基非晶钎焊料带材及该铜基非晶钎焊料带材的制备方法具有以下优点：
1、去除P元素，其优点为大大的提高了钎焊料的韧性；
2、加入微量的Ti、Zr、Hf这三种IVB族元素的一种或几种组合，在不提高钎焊温度的同时，提高了钎焊强度，保证了钎焊接头的力学性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的铜基非晶钎焊料不含P元素和B元素，而包括Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素，具体地，该铜基非晶钎焊料由Cu元素、Si元素、Sn元素、Ni元素以及Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素组成。在铜基非晶钎焊料中，Cu、Si、Sn、Ni以及Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属的质量分别满足以下式子：71％≤x≤83％，0.15％≤y≤0.22％， 4.0％≤a≤6.8％，13.5％≤b≤14.3％、0.02％≤c≤0.06％，该铜基非晶钎焊料的总质量百分比为100％；其中，x代表Cu，y代表Si、a代表Sn、b代表Ni、c代表Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属。也就数说，该铜基非晶钎焊料的化学分子式为CuxSiySnaNibXc。
综上所述，本发明的铜基非晶钎焊料由铜、硅、锡、镍和稀土元素根据一定比例配比而成，所制钎焊料带材具有较好的表面形成能力，表面光洁度优良，并且厚度非常的薄，一般在0.02-0.03mm。所需的原材料中以铜替代了银，从而大大降低了成本。
在添加IVB族元素，并用特殊工艺冶炼成母合金后，在不提高钎焊温度的同时，大大提高了钎焊强度，保证了钎焊接头的力学性能。同时制备工艺简单，可利用通用设备大量的生产。
本发明的铜基非晶钎焊料的制备方法的具体实施步骤如下。
1、备料：根据材料配方，按各种原料重量比备料。
2、合金冶炼：①先将冶炼炉预热至所需温度；②倒入准备好的锡，升温至全部融化，并沸腾约5分钟；③倒入准备好的铜升温至混合金属全部融化，并沸腾约5分钟，使所加入的材料充分融合；④加入准备好的硅升温至混合金属全部融化，并沸腾约10分钟，使所加入的材料充分融合；⑤加入准备好的镍升温至混合金属全部融化，并沸腾约5分钟，使所加入的材料充分融合；⑥加入准备好的钛、锆、铪等IVB族元素金属，升温至混合金属全部融化，并沸腾约30分钟，使所加入的材料充分融合；⑦倒料：将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成铜基非晶钎焊料母合金。
3、制带：制带具体步骤如下：
1)、将铜基非晶钎焊料母合金投入石英管甩带机，抽真空至1*10-2Pa以下；
2)、向石英管甩带机的石英管料槽中充入高纯氩气至0.1MPa以上，并再次抽真空至1*10-2Pa以下；
3)、重复2）步骤2-3次；
4)、开启高频电源，待铜基非晶钎焊料母合金熔化之后，充入高纯氩气，并开始甩带，得到铜基非晶钎焊料。也就是说，在制带之前，将工业级纯度原料按合金配方配料粉碎成小块装，投入采用真空感应冶炼炉（要求真空可抽至1*10-2Pa以下）中熔炼成铜基非晶钎焊料母合金，浇筑成块。
本发明采用非晶制备技术，保证了合金以及带材的均匀性，浸润性，从而提升了钎焊强度，通过改变铜基钎焊料配方，掺入IVB族元素取代传统配方中的B元素，改进了铜基钎焊料强度与韧性，在不提高钎焊温度的前提下，进一步提升了钎焊强度，保证了钎焊接头的力学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铜基非晶钎焊料，其特征在于：其不含P元素和B元素，而包括Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素。
2.如权利要求1所述的铜基非晶钎焊料，其特征在于：该铜基非晶钎焊料包括Cu元素、Si元素、Sn元素、Ni元素以及Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素。
3.如权利要求2所述的铜基非晶钎焊料，其特征在于：Cu、Si、Sn、Ni以及Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属的质量分别满足以下式子：71％≤x≤83％，0.15％≤y≤0.22％，4.0％≤a≤6.8％，13.5％≤b≤14.3％、0.02％≤c≤0.06％，余量为杂质，该铜基非晶钎焊料的总质量百分比为100％；其中，x代表Cu，y代表Si、a代表Sn、b代表Ni、c代表Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属。
4.一种铜基非晶钎焊料带材，其特征在于：其由如权利要求1至3中任意一项所述的铜基非晶钎焊料制成。
5.如权利要求4所述的铜基非晶钎焊料带材，其特征在于：该铜基非晶钎焊料带材的厚度在0.02~0.03mm之间。
6.一种如权利要求1至3中任意一项所述的铜基非晶钎焊料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
（1）备料：Cu、Si、Sn、Ni以及Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属按照71~83 : 0.15~0.22 : 4.0~6.8 : 13.5~14.3 : 0.02~0.06的重量比备料；
（2）合金冶炼：
①先将冶炼炉预热至所需温度；
②倒入准备好的锡，升温至全部融化，并沸腾；
③倒入准备好的铜升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
④加入准备好的硅升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
⑤加入准备好的镍升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
⑥加入准备好的IVB族金属升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
⑦倒料：将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成铜基非晶钎焊料母合金，即获得该铜基非晶钎焊料。
7.如权利要求6所述的铜基非晶钎焊料的制备方法，其特征在于：在合金冶炼的步骤中：
①先将冶炼炉预热至所需温度；
②倒入准备好的锡，升温至全部融化，并沸腾5分钟；
③倒入准备好的铜升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
④加入准备好的硅升温至混合金属全部融化，并沸腾10分钟，使所加入的材料充分融合；
⑤加入准备好的镍升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
⑥加入准备好的IVB族金属升温至混合金属全部融化，并沸腾30分钟，使所加入的材料充分融合；
⑦倒料：将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成铜基非晶钎焊料母合金，即获得该铜基非晶钎焊料。
8.一种如权利要求4所述的铜基非晶钎焊料带材的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
（1）备料：Cu、Si、Sn、Ni以及Ti、Zr、Hf中的至少一种IVB族金属按照71~83 : 0.15~0.22 : 4.0~6.8 : 13.5~14.3 : 0.02~0.06的重量比备料；
（2）合金冶炼：
①先将冶炼炉预热至所需温度；
②倒入准备好的锡，升温至全部融化，并沸腾5分钟；
③倒入准备好的铜升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
④加入准备好的硅升温至混合金属全部融化，并沸腾10分钟，使所加入的材料充分融合；
⑤加入准备好的镍升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
⑥加入准备好的IVB族金属升温至混合金属全部融化，并沸腾30分钟，使所加入的材料充分融合；
⑦倒料：将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成铜基非晶钎焊料母合金，即获得该铜基非晶钎焊料；
（3）制带：
1)将该铜基非晶钎焊料母合金投入石英管甩带机，抽真空至1*10-2Pa以下；
2)向该石英管甩带机的石英管料槽中充入高纯氩气至0.1MPa以上，并再次抽真空至1*10-2Pa以下；
3)开启该石英管甩带机的高频电源，待该铜基非晶钎焊料母合金熔化之后，充入高纯氩气，并开始甩带，得到铜基非晶钎焊料。
9.如权利要求8所述的铜基非晶钎焊料带材的制备方法，其特征在于：该铜基非晶钎焊料带材的厚度在0.02~0.03mm之间。
10.如权利要求8所述的铜基非晶钎焊料带材的制备方法，其特征在于：在制带过程中，重复第二步骤2）2-3次之后再进行第三步骤3)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20170510 |