CN1038183C - 复合钎料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合钎料，由三层结构组成，两外层为一种银钎料合金，其特征是：芯层为一种铜基合金，其成分及其重量百分比为：Sn3.0～6.5，P或Si中之一种0.1～0.3，Cu余量。所说的复合钎料的制造方法为三层叠轧复合，并进行复合面间的扩散焊接热处理，最后精轧到0.3mm厚度得成品。本发明复合钎料主要用于钎接硬质合金/钢工件，其接头抗剪强度高，抗冲击性能好。本发明复合钎料制造方法简单，工序少，制造成本较低，适合连续批量生产。

Description

本发明涉及硬质合金和钢钎接用复合钎料，特别涉及银合金钎料间夹有芯层的三层复合钎料带材的构成及其制造方法。
硬质合金和钢钎接面积≥10×10mm2钎焊场合，用普通合金钎料钎焊时，由于硬质合金和钢的线膨胀系数差异很大，钎后冷却过程中，钢会产生明显收缩，而硬质合金收缩甚微。结果，不是由于钎料层被局部撕裂而使钎接头强度下降，就是使硬质合金产生龟裂，为了消除硬质合金和钢钎焊后所产生的这种应力破坏现象，在现有的技术中，使用着一种银钎料/铜/银钎料三层层状复合钎料，特开昭63-44476公开了这样一种复合钎料的制造方法，即在2mm厚、130mm宽、500mm长的银合金钎料板靠中间铜板一侧电镀上一层5μm铜，然后把这两块银钎料板间夹入一块4mm厚、130mm宽、500mm长的铜板，在500℃加热后，以5.0吨/cm2的压力压制，得到复合板坯料，然后再轧制成厚度0.30mm的复合钎料带材，钎焊时，中间层铜不熔化，在钎后冷却过程中，铜将把钎后由于二种被钎焊金属因膨胀系数巨大差异所产生的应力部分地吸收掉，从而提高钎接头强度和消除硬质合金开裂现象。这类复合钎料中间层纯铜质软，塑性高，能很好地吸收钎后残余应力，但是，在实用中发现，在钎件受高剪切力和较大冲击负荷下，破坏断口处均可见铜的痕迹，即在中间铜层破坏，再者，在制造中由于芯层铜的变形抗力远远低于银钎料的变形抗力，材料的制造工序复杂，成本较高。
特开昭56-165587也公开了一种复合银钎料，其结构形式主要有两种，一种为圆柱形两层复合钎料，其内层为银基合金，其外层为铜基合金，另一种形式为三层板式结构复合钎料，其芯层为银基合金，其两外层为铜基合金。但是，这种复合钎料在钎焊时芯层合金和外层合金同时熔化，合金化后形成钎料合金，从而不适用于钎接面积≥10×10mm2的硬质合金和钢的钎接。
本发明的目的，在于克服现有技术的缺点，提供一种改进的复合钎料，以有效地钎焊硬质合金和钢的构件，使用本发明的复合钎料，既可有效地吸收钎焊后由于两种被钎焊金属因膨胀系数巨大差异所产生的应力，又可提高钎接头的强度，特别是抗剪强度，接头的抗冲击性能优于纯铜芯材制品。
本发明的技术方案是，在特开昭63-44476的基础上，改变芯层的组成，即将芯层由纯铜改为一种铜基合金。
本发明的复合钎料由三层结构组成，其两外层为一种现有技术银钎料合金1，其成分及其重量百分比为： Ag48～50，Cu18.0～28.0，Zn20.0～21.0，Mn2.0～8.0，Ni0.3～5.0，其熔化温度为670～690℃；本发明的特征是：所说的复合钎料的芯层为一种铜基合金2，其成分及其重量百分比为：Sn3.0～6.5，P或Si中之一种0.1～0.3，Cu余量，且银钎料层与芯层厚度比例，即银钎料层∶芯层∶银钎料层＝1∶(1.5～2.0)∶1，复合钎料带总厚度为0.3±0.05mm。
本发明复合钎料的制造方法包括三层结构复合轧制，及随后的扩散焊接热处理，和最后精轧，其特征是有以下具体工序：
A、按设计的芯层铜基合金2成分预先制成1.0～4.0mm厚、100～150mm宽的板材一片；
B、按设计的两外层银钎料合金1成分预先制成0.5～2.0mm厚、100～150mm宽的板材两片；
C、用机械或化学方法清洁工序A和B所制得的板材，并在500～600℃温度下退火2～4小时；
D、将经过上述处理的银钎料合金和铜基合金板材层叠在一起，铜基合金片夹在两银钎料合金片之间，三者的长度基本相同，然后将其送入总压力为350～400吨的轧机进行复合轧制，得到三层结构的复合钎料坯带；
E、将工序D所制得的复合钎料坯带在300～550℃下保温4～8小时，进行复合面间扩散焊接热处理，使复合面牢固地结合成一体；
F、精轧，将经过工序E的复合钎料坯带精轧到所需要的厚度0.3mm；
G、采用上述制造方法，可以获得按预先设计的不同的银钎料层与芯层厚度比例，即银钎料层∶芯层∶银钎料层＝1∶(1.5～2.0)∶1，而复合钎料带总厚度为0.3±0.05mm。
同现有技术相比，本发明复合钎料及其制造方法有如下优点：
1.钎接头处铜合金芯层由于相对柔软，HB≤100，可以有效地吸收残存在硬质合金和钢结合面间的应力45～60％，其作用与纯铜相当；
2.使用本发明复合钎料，在钎焊YG8硬质合金和65Mn钢时，其接头抗剪强度可达220～270MPa，比纯铜芯层结构同类产品提高15～42％，接头的抗冲击负荷能力也有了明显改善；
3.制造方法简单，工序少，制造成本较低，特别适合连续批量生产。
附图说明：
图1是本发明的复合钎料的结构示意图，其中1是银钎料合金，2是芯层铜基合金。
实施例1
用纯度≥99.9％的合金元素按已知技术方法制备出厚1.0mm、宽100mm的银钎料合金板材两片，厚2.0mm、宽100mm的铜基合金板材一片，银钎料合金成分及其重量百分比为：Ag49，Cu18.0，Zn20.0，Mn8.0，Ni5.0，铜基合金成分及其重量百分比为： Sn3.0，P0.3，Cu余量，用酒精清洗上述板材，并在600℃下退火2小时，将经过上述处理的板材层叠在一起，铜基合金板夹在两银钎料合金板之间，三者长度相同，然后将其送入轧机在400吨压力下进行复合轧制，得到三层结构的复合钎料坯带，将钎料坯带在450℃下保温5小时，进行扩散焊接热处理，然后再精轧到0.3mm厚，即得成品复合钎料。
实施例2
用纯度≥99.9％的合金元素按已知技术方法制备出厚0.5mm、宽100mm的银钎料合金板材两片，厚1.0mm、宽100mm的铜基合金板材一片，银钎料合金的成分及重量百分比与实施例1相同；铜基合金成分及其重量百分比为：Sn3.0，Si0.3，Cu余量，用酒精清洗上述板材，并在550℃下退火4小时，将经过上述处理的板材层叠在一起，铜基合金板夹在两银钎料合金板之间，三者长度相同，然后将其送入轧机在350吨压力下进行复合轧制，得到三层结构的复合钎料坯带，将钎料坯带在400℃下保温5小时，进行扩散焊接热处理，然后再精轧到0.3mm厚，即得成品复合钎料。
实施例3
用纯度≥99.9％的合金元素按已知技术方法制备出厚1.0mm、宽150mm的银钎料合金板材两片，厚1.5mm、宽150mm的铜基合金板材一片，银钎料合金的成分及其重量百分比与实施例1相同；铜基合金成分及其重量百分比为：Sn4.0，Si0.2，Cu余量，用酒精清洗上述板材，并在600℃下退火3小时，将经过上述处理的板材层叠在一起，铜基合金板夹在两银钎料合金板之间，三者长度相同，然后将其送入轧机在350吨压力下进行复合轧制，得到三层结构的复合钎料坯带，将钎料坯带在500℃下保温6小时，进行扩散焊接热处理，然后再精轧到0.3mm厚，即得成品复合钎料。
实施例4
用纯度≥99.9％的合金元素按已知技术方法制备出厚2.0mm、宽100mm的银钎料合金板材两片，厚4.0mm、宽100mm的铜基合金板材一片，银钎料合金的成分及其重量百分比与实施例1相同；铜基合金成分及其重量百分比为：Sn4.0，P0.2，Cu余量，用酒精清洗上述板材，并在600℃下退火4小时，将经过上述处理的板材层叠在一起，铜基合金板夹在两银钎料合金板之间，三者长度相同，然后将其进入轧机在400吨压力下进行复合轧制，得到三层结构的复合钎料坯带，将钎料坯带在550℃下保温6小时，进行扩散焊接热处理，然后再精轧到0.3mm厚，即得成品复合钎料。
实施例5
与实施例1基本相同，只是铜基合金成分及其重量百分比为Sn5.0，P0.2，Cu余量。
实施例6
与实施例1基本相同，只是铜基合金成分及其重量百分比为Sn5.0，Si0.2，Cu余量。
实施例7
与实施例1基本相同，只是铜基合金成分及其重量百分比为Sn6.0，P0.1，Cu余量。
实施例8
与实施例2基本相同，只是铜基合金成分及其重量百分比为Sn6.0，Si0.1，Cu余量。
实施例9
与实施例3基本相同，只是铜基合金成分及其重量百分比为Sn6.5，P0.1 5，Cu余量。
实施例10
与实施例4基本相同，只是铜基合金成分及其重量百分比为Sn6.5，Si0.15，Cu余量。
用本发明的上述复合钎料和银钎料/铜/银钎料结构的复合钎料(对比例1)在730℃下采用高频感应加热钎焊YG8硬质合金/65Mn钢工件，然后在工件上实测钎接头的抗剪强度，并进行对比，其结果如表1所示，从表1可见，本发明的复合钎料的钎接头的抗剪强度比纯铜芯层复合钎料钎接头的抗剪强度平均提高15～42％。
表1
试样编号  抗剪强度(MPa)
实施例1     230
实施例2     220
实施例3     248
实施例4     254
实施例5     255
实施例6     250
实施例7     265
实施例8     260
实施例9     270
实施例10    265
对比例1     190

Claims (2)

1.一种复合钎料，由三层结构组成，其两外层为一种现有技术银钎料合金(1)，其成分及其重量百分比为：Ag48～50，Cu18.0～28.0，Zn20.0～21.0，Mn2.0～8.0，Ni0.3～5.0，本发明的特征是：所说的复合钎料的芯层为一种铜基合金(2)，其成分及其重量百分比为：Sn3.0～6.5，P或Si中之一种0.1～0.3，Cu余量，且银钎料层与芯层厚度比例，即银钎料层∶芯层∶银钎料层＝1∶(1.5～2.0)∶1，复合钎料带总厚度为0.3±0.05mm。
2.一种复合钎料的制造方法，包括三层结构复合轧制，及随后的扩散焊接热处理和最后精轧，其特征是有以下具体工序：
A、按设计的芯层铜基合金(2)成分预先制成1.0～4.0mm厚、100～150mm宽的板材一片；
B、按设计的两外层银钎料合金(1)成分预先制成0.5～2.0mm厚、100～150mm宽的板材两片；
C、用机械或化学方法清洁工序A和B所制得的板材，并在500～600℃温度下退火2～4小时；
D、将经过上述处理的银钎料合金和铜基合金板材层叠在一起，铜基合金片夹在两银钎料合金片之间，三者的长度基本相同，然后将其送入总压力为350～400吨的轧机进行复合轧制，得到三层结构的复合钎料坯带；
E、将工序D所制得的复合钎料坯带在300～550℃下保温4～8小时，进行复合面间扩散焊接热处理，使复合面牢固地结合成一体；
F、精轧，将经过工序E的复合钎料坯带精轧到所需要的厚度0.3mm；
G、采用上述制造方法，可以获得按预先设计的不同的银钎料层与芯层厚度比例，即银钎料层∶芯层∶银钎料层＝1∶(1.5～2.0)∶1，而复合钎料带总厚度为0.3±0.05mm。
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