CN104722951B

CN104722951B - 一种锰镍钴钯金钎料及其制备方法

Info

Publication number: CN104722951B
Application number: CN201510122021.5A
Authority: CN
Inventors: 龙伟民; 钟素娟; 纠永涛; 张青科; 沈元勋; 张雷; 孙华为; 马力; 马佳; 鲍丽
Original assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Current assignee: Ningbo Academy of Intelligent Machine Tool Co Ltd of China Academy of Machinery
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: CN104722951A

Abstract

一种锰镍钴钯金钎料及其制备方法，该钎料组成成分及各成分的重量百分比为：Mn61~66%、Ni15~19%、Co12~14%、Pd2~2.5%、Au0.8~1.2%、Ti0.8~1.2%、Al0.8~1.2%，余量为不可避免的杂质；该钎料的制备方法采用将Mn、Ni、Co和Pd制成块状金属混合物，再与Au、Ti和Al在熔盐中熔炼，最后在石英管中冷却。本发明的钎料中金的含量低，相比金基钎料成本较低；本发明在熔融态的盐中进行钎料熔炼，与传统的真空熔炼相比，生产成本大大节约，而且比较环保，能耗也低；石英管价格比较便宜，用石英管抽取熔炼好的钎料，快捷方便，使用成本低。

Description

一种锰镍钴钯金钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种锰镍钴钯金钎料及其制备方法。

背景技术

金基钎料具有抗蚀性强、蒸汽压低并有很好的流动性及润湿性等优点，Au-Ni系钎料具有广济的应用。Au-18Ni钎料是Au-Ni系钎料中钎焊工艺性能和钎焊接头综合性能最好、应用最广泛的钎料，其突出的优点是：它对多种金属都有良好的润湿性和流布性能，其钎焊接头有很高的强度、优良的耐蚀性和较好的高温抗蠕变性能，在电子工业、飞机、导弹和卫星的制造中得到广泛应用。但在Au-18Ni钎料中，金的含量很高，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种锰镍钴钯金钎料及其制备方法，所制得的钎料的性能和Au-18Ni钎料性能相当，但成本远低于Au-18Ni钎料的成本。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种锰镍钴钯金钎料，所述钎料的组成成分及各成分的重量百分比为：Mn61~66%、Ni15~19%、Co12~14%、Pd2~2.5%、Au0.8~1.2%、Ti0.8~1.2%、Al0.8~1.2%，余量为不可避免的杂质。其中，Mn、Ni、Co、Pd、Ti和Al的颗粒粒度为250~400目。

一种锰镍钴钯金钎料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照所述配比称取Mn、Ni、Co和Pd颗粒，并将四种组分均匀混合在一起，备用；

步骤二、将步骤一混合好的颗粒放入干冰酒精溶液中，使颗粒温度达到－45℃以下，取出全部颗粒并置于球磨机中，在颗粒温度不超过30℃的条件下研磨至颗粒粒度低于400目时，停止研磨，并将研磨好的粉末烘干至其含水率低于0.05%，备用；

步骤三、将烘干后的粉末置于热压机的模具中，在压强＞100MPa，温度为880~920℃的条件下热压45~75min，制成块状金属混合物，备用；

步骤四、将块状金属混合物置于熔融态的食盐中进行熔炼，块状金属混合物熔化后，按照所述配比加入Au箔、Ti和Al颗粒，加热熔合60~70min，当熔盐自然冷却至1100~1150℃时，取石英管插入到熔盐中，把熔盐下部熔炼好的钎料吸入到石英管中，备用；

步骤五、将石英管自然冷却至800℃以下，然后将石英管置于液氮中冷却至室温，将石英管敲碎即得到熔炼好的锰镍钴钯金钎料。

本发明中，步骤二中研磨好的粉末的烘干是在氮气气氛、不低于110℃的条件下进行的，确保金属不被氧化。

而且，本发明中Ni的含量为15~19%，在此含量下，Au－Ni合金的液相线和固相线几乎重合，避免钎料在熔盐中的熔化、冷却过程发生偏析现象；同样的，Au与Pd能形成连续固溶体，合金的固相线和液相线之间温度的间隔较小，具有耐蚀性、高温抗氧化性，可用作高温技术中的钎料；且具有良好的塑性，易于加工成型。

本发明中，钯能够提高钎料的润湿性，使钎料在基体上的润湿角大幅减小，改善钎料的流动性；钴能够降低钎料对基体的溶蚀，提高钎料的高温性能；镍能够提高钎料的耐腐蚀性能，改善钎料的润湿性。

本发明待制成块状金属混合物后，依次加入Au、Ti和Al，Mn、Ni、Co和Pd元素与氧的亲和力较小，可以较早时间的熔化；而Au、Ti和Al与氧的亲和力较大，可后续加入到熔盐中，减少氧化烧损。

有益效果：（1）、本发明制备的钎料中，Co的熔点较高，能够与Ni形成固溶体，提高钎料合金中Ni基基体的再结晶温度；Ti和Al颗粒能够与Ni形成γ-Ni₃(AlTi)相，具有强化Ni基基体的作用，使Au－Ni合金对其余金属具有良好的润湿性和流布性能，钎焊的接头具有强度高、耐蚀性好和良好的高温抗蠕变性能。

（2）、本发明的步骤二是对Mn、Ni、Co和Pd颗粒的冷处理、研磨及烘干步骤，其中，冷处理使金属的脆性增大，达到同样成品率所用的研磨时间降低；研磨时机械能瞬间转化的热能被低温介质吸收。

（3）、本发明的步骤四中，将块状金属混合物置于熔融态的食盐中进行熔炼，一方面能够防止钎料氧化；另一方面，由于熔盐的热容量大、导热性好，能够迅速而均匀地加热金属，因此，生产效率高，且脱碳不明显。

（4）、本发明将盛装钎料的石英管冷却至800℃以下后，置于液氮中急冷，由于石英的热膨胀系数较小，由温差造成的温度应力可以忽略不计，耐急冷急热能够强。急冷一方面能够降低钎料冷却过程中的热应力和组织应力，另一方面，能够发生扩散，导致元素重新分布，使金属元素和γ-Ni₃(AlTi)相的数量、尺寸和分布获得最佳配合，提高钎料的力学性能。

（5）、本发明的钎料中金的含量低，相比金基钎料成本较低；本发明在熔融态的盐中进行钎料熔炼，与传统的真空熔炼相比，生产成本大大节约，而且比较环保，能耗也低；石英管价格比较便宜，用石英管抽取熔炼好的钎料，快捷方便，使用成本低。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的锰镍钴钯金钎料及其制备方法作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种锰镍钴钯金钎料，钎料的组成成分及各成分的重量百分比为：Mn61~66%、Ni15~19%、Co12~14%、Pd2~2.5%、Au0.8~1.2%、Ti0.8~1.2%、Al0.8~1.2%，余量为不可避免的杂质，且所述钎料内部生成有γ-Ni₃(AlTi)非氧化物增强相；Mn、Ni、Co、Pd、Ti和Al的颗粒粒度为250~400目。

实施例1

一种锰镍钴钯金钎料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照Mn 65.4%、Ni 17.11%、Co 12.48%、Pd 2%、Au 1.0%、Ti 1.0%和Al 1.0%的配比称取各组分，余量为杂质成分，其中，Mn、Ni、Co、Pd、Ti和Al的颗粒粒度为250目；将称取的Mn、Ni、Co和Pd四种组分均匀混合在一起，备用；

步骤二、将步骤一混合好的颗粒放入干冰酒精溶液中，使颗粒温度达到－45℃，取出全部颗粒并置于球磨机中，在颗粒温度不超过30℃的条件下研磨至颗粒粒度低于400目时，停止研磨，其中，研磨时间不低于2h；然后，将研磨好的粉末在115℃、氮气气氛下烘干至其含水率低于0.05%，备用；

步骤三、将烘干后的粉末置于热压机的模具中，在压强＞100MPa，温度为885℃的条件下热压60min，制成块状金属混合物，备用；

步骤四、将块状金属混合物置于熔融态的食盐中进行熔炼，块状金属混合物熔化后，按照所称取的组分，依次加入Au箔、Ti和Al颗粒，加热熔合65min，当熔盐自然冷却至1100℃，取石英管插入到熔盐中，把熔盐下部熔炼好的钎料吸入到石英管中，备用；

步骤五、将石英管自然冷却至800℃，然后将石英管置于液氮中冷却至室温，将石英管敲碎即得到熔炼好的锰镍钴钯金钎料。

本发明通过将部分金属压制成块状金属混合物，再与Au箔/丝/块、Ti和Al一起在熔盐中熔炼，钎料上面是一层隔绝空气的盐，把石英管插入到熔盐下层，把钎料抽到石英管里，石英管只是把熔炼好的钎料抽出来，相对于现有技术的真空熔炼，效率较高，效果良好。

本发明的原料中含有Co、Ti和Al，在钎料冷却凝固时易发生偏析，而在石英管中急冷处理，避免由于偏析导致钎料中合金元素分布不均匀的问题。

本发明制得的锰镍钴钯金钎料，含有金镍固溶体组织，熔点较高；对待焊接件结构性能的适应性较大，且钎焊接头适合于多种介质环境工作。该实施例制得的钎料的屈服强度＞630 MPa。

实施例2

一种锰镍钴钯金钎料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照Mn 66%、Ni 15.46%、Co 13.62%、Pd 2.5%、Au 0.8%、Ti 0.8%和Al 0.8%的配比称取各组分，余量为杂质成分，其中，Mn、Ni、Co、Pd、Ti和Al的颗粒粒度为400目；然后将称取的Mn、Ni、Co和Pd四种组分均匀混合在一起，备用；

步骤二、将步骤一混合好的颗粒放入干冰酒精溶液中，使颗粒温度达到－50℃，取出全部颗粒并置于球磨机中，在颗粒温度不超过30℃的条件下研磨至颗粒粒度低于400目时，停止研磨，其中，研磨时间不低于2h；然后，将研磨好的粉末在110℃、氮气气氛下烘干至其含水率低于0.05%，备用；

步骤三、将烘干后的粉末置于热压机的模具中，在压强＞100MPa，温度为920℃的条件下热压50min，制成块状金属混合物，备用；

步骤四、将块状金属混合物置于熔融态的食盐中进行熔炼，块状金属混合物熔化后，按照所称取的组分，依次加入Au箔、Ti和Al颗粒，加热熔合70min，当熔盐自然冷却至1150℃，取石英管插入到熔盐中，把熔盐下部熔炼好的钎料吸入到石英管中，备用；

步骤五、将石英管自然冷却至780℃，然后将石英管置于液氮中冷却至室温，将石英管敲碎即得到熔炼好的锰镍钴钯金钎料。

实施例3

一种锰镍钴钯金钎料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照Mn 61.04%、Ni 19%、Co 14%、Pd 2.33%、Au 1.2%、Ti 1.2%和Al 1.2%的配比称取各组分，余量为杂质成分，其中，Mn、Ni、Co、Pd、Ti和Al的颗粒粒度为300目；然后将称取的Mn、Ni、Co和Pd四种组分均匀混合在一起，备用；

步骤二、将步骤一混合好的颗粒放入干冰酒精溶液中，使颗粒温度达到－55℃，取出全部颗粒并置于球磨机中，在颗粒温度不超过30℃的条件下研磨至颗粒粒度低于400目时，停止研磨，其中，研磨时间不低于2h；然后，将研磨好的粉末在113℃、氮气气氛下烘干至其含水率低于0.05%，备用；

步骤三、将烘干后的粉末置于热压机的模具中，在压强＞100MPa，温度为900℃的条件下热压70min，制成块状金属混合物，备用；

步骤四、将块状金属混合物置于熔融态的食盐中进行熔炼，块状金属混合物熔化后，按照所称取的组分，依次加入Au箔、Ti和Al颗粒，加热熔合60min，当熔盐自然冷却至1130℃，取石英管插入到熔盐中，把熔盐下部熔炼好的钎料吸入到石英管中，备用；

步骤五、将石英管自然冷却至750℃，然后将石英管置于液氮中冷却至室温，将石英管敲碎即得到熔炼好的锰镍钴钯金钎料。

对实施例1~3制得的钎料进行钎焊，（1）、比较钎焊接头的强度，在同一母材的前提下，实施例1~3三个试样的钎焊接头的抗拉强度依次为794 MPa、853 MPa和828.6 MPa；对钎焊接头进行观察，发现三个试样的钎缝拉断处均存在缩颈现象，表明三个实施例制得的钎料的强度均能够达到母材的强度；（2）、对实施例1~3三个试样的XRD衍射图进行分析发现：钎料无衍射锐峰，只有漫散射峰；观察钎料外表，边界整齐，表面平整无孔洞，厚度均匀。（3）、将实施例1~3制得的三个试样，在VDBF-250型真空钎焊扩散焊机对相同的母材进行焊接，焊接工艺参数为：钎焊温度均为800℃，保温时间为10min，真空度＜0.01MPa；然后在室温下，在AG-I250KN精密万能试验机上，分别对使用对实施例1~3钎焊后的材料进行拉伸剪切实验，测定出各剪切强度。其中，实施例1~3三个试样的剪切强度分别为296 MPa、318 MPa和312 MPa。

Claims

1.一种锰镍钴钯金钎料，其特征在于：所述钎料的组成成分及各成分的重量百分比为：Mn61~66%、Ni15~19%、Co12~14%、Pd2~2.5%、Au0.8~1.2%、Ti0.8~1.2%、Al0.8~1.2%，余量为不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种锰镍钴钯金钎料，其特征在于：所述Mn、Ni、Co、Pd、Ti和Al的颗粒粒度为250~400目。

3.如权利要求1所述的一种锰镍钴钯金钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按照所述配比称取Mn、Ni、Co和Pd颗粒，并将四种组分均匀混合在一起，备用；

4.根据权利要求3所述的一种锰镍钴钯金钎料的制备方法，其特征在于：步骤二中研磨好的粉末的烘干是在氮气气氛、不低于110℃的条件下进行的。