CN104759781B - 一种代银铜磷锡药皮钎料环及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种代银铜磷锡药皮钎料环及其制备方法，它是由环状铜磷锡钎料芯和药皮组成，所述环状钎料芯由铜磷锡钎料丝绕制而成，所述药皮占银钎料环总重量的0.5％～16.0％，药皮的厚度为0.05～0.60 mm。其制备方法步骤包括：a）铜磷锡钎料铸锭的熔炼；b）丝状铜磷锡钎料的制备；c）将铜磷锡钎料丝绕制成环状；d）将钎剂、某种低碳残留的胶粘剂、增韧剂等药皮材料按一定比例制成钎剂液，然后将钎剂液喷射涂覆到环状铜磷锡钎料芯的外部；e）干燥，制成药皮铜磷锡钎料环。本发明所述药皮铜磷锡钎料可替代含银钎料，并实现了钎剂方便、快捷、定量、高效的预加入，具有装配方便、易实现自动化生产、成本低等优点，可用于钎焊紫铜、黄铜以及含锡、铝、锰、硅等元素的铜合金。

Description

一种代银铜磷锡药皮钎料环及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种药皮钎料，特别涉及一种无银铜磷锡药皮环状钎料，属于新型焊接材料领域。
背景技术
银基钎料的熔点适中、工艺性好，并具有良好的强度、韧性、导电性和抗腐蚀性，在现代工业各领域获得广泛应用．Cu-P钎料以其低的熔点，良好的钎焊工艺性能，特有的自钎作用(对紫铜钎焊)以及低廉的价格等优点，广泛应用于铜及铜合金的钎焊，是500～800℃温度范围内理想的钎料。Cu-P钎料主要有Cu-P二元钎料和Ag-Cu-P三元钎料两类，Cu-P-Ag三元钎料是在Cu-P二元钎料中加入Ag，不仅可以降低钎料的熔点，改善钎料的塑性和润湿性，降低钎焊接头的电阻系数，还能提高钎料的强度和韧性。BCu89PAg和BCu91PAg是目前空调、制冷行业中钎焊黄铜或紫铜用量较大的两种铜磷银钎料。性能较好的铜磷银钎料和银钎料需消耗较多的贵金属白银，随着贵金属白银价格的越来越高，导致空调、制冷、机械、电器、阀门管件等行业的生产厂家的加工成本大大提高。为了降低成本，研制环保型无银或低银钎料一直是国内外钎焊领域的研究前沿和热点。目前，在钎焊铜合金方面节银、代银钎料已取得了相当的进展，可在铜磷钎料中加锡，可进一步降低钎料的熔化温度，同时提高钎料的抗拉强度和延展性。钎焊铜和铜合金时，它能成功地替代传统的含银钎料，具有很好的经济效益和巨大的社会效益。然而，但靠磷去除锡的氧化膜比较困难，需另加钎剂。钎焊时用丝或条状铜磷锡钎料粘钎剂使用或加热前预先将钎剂预先涂覆在待焊接头处，此种钎焊工艺复杂、生产效率低、不易准确控制钎剂的用量，经常出现钎剂添加过多或添加不均匀现象，造成钎剂浪费钎剂残渣较难清洗，易腐蚀接头。目前，国内暂无药皮钎料环制造技术的应用，但已有相关专利发表。专利CN202804495 U公开了“一种涂有药皮的钎料”，它将药皮压涂到钎料棒上，此种方法只能生产药皮较厚的钎料棒，不能用于生产非条、棒状的药皮钎料。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种环保、熔点低、成本低廉、容易准确控制钎剂用量的代银铜磷锡药皮钎料环及其制备方法。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的代银铜磷锡药皮钎料环是由环状铜磷锡钎料芯和药皮组成，所述药皮均匀覆盖于环状铜磷锡钎料芯的表面。
本发明所述的环状铜磷锡钎料芯为单圈结构，也可是由单根铜磷锡钎料芯绕制而成的轴向多环圈结构，且每两相邻的环圈之间的间距为0～1 mm。所述环状铜磷锡钎料芯为圆环圈状或扁圆环圈状。
本发明中所述的药皮重量占钎料环总重量的0.5％～16.0％；药皮的厚度为0.05～0.60 mm。
本发明的制备方法是采用下述步骤来实现的：
a）铜磷锡钎料铸锭的熔炼；
b）丝状铜磷锡钎料的制备；
c）将铜磷锡钎料丝绕制成环状；
d）将重量比为50%～70%的钎剂、1%～5%的胶粘剂、1%～4%的增韧剂、20%～50%的溶剂制成钎剂液，然后将钎剂液喷射涂覆到环状铜磷锡钎料芯的外部，干燥后，即制成药皮铜磷锡钎料环。
本发明中所述铜磷锡钎料铸锭是由下述重量比的原料制备而成，其中：P6.8%～7.2%，Sn0.4%～3%，Zr0.02%～0.5%，Si0.01%～0.4%，稀土0.01%～0.025%，其余为Cu。
采用本发明的代银铜磷锡药皮钎料环钎焊含铝元素的铜合金时，所述钎剂可由下述重量比的原料制备而成，其中：10%～20%的硅氟酸钠、30%～40%的氟化钾、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐；也可是由下述重量比的原料制备而成，其中：10%～20%的氟铝酸钾、30%～40%的氟化钾、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐。
采用本发明的代银铜磷锡药皮钎料环钎焊含铝、锰、硅等元素的铜合金时，所述钎剂由下述重量比的原料制备而成，其中：5%-10%的硼酸锂、35%～45%的氟化钾、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐。
更具体说：本发明所述钎料芯为铜磷锡合金，含有适量P元素，熔化后液态钎料中的P可以还原铜表面已生成的氧化铜、氧化亚铜，起到清除氧化膜的自钎剂作用，因此本发明所述药皮相对其它药皮焊料的含量较少。
本发明所述钎料的药皮由钎剂液喷射涂覆到环状铜磷锡钎料芯的外部制得。钎焊普通铜合金时，钎剂可使用QJ102等银钎剂；钎焊含铝、锰、硅等元素的铜合金时，合金表面的氧化铝、氧化锰等难以去除，钎剂需重新配制，所述钎剂可根据被焊母材添加去除铝、锰、硅等元素氧化物的钎剂组分。钎焊含铝元素的铜合金时，所述钎剂为10%～20%的硅氟酸钠或氟铝酸钾、30%～40%的氟化钾或氟化锂、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐。钎焊含锰、硅等元素的铜合金时，所述银钎剂加入5%～10%的硼酸锂。所述钎剂液采用的粘接剂燃烧后碳残留在10 ppm以下，溶剂为二乙二醇单乙基醚醋酸酯、丙酮等，并添加1%～4%的增韧剂，以保证药皮具有足够的塑、韧性和防潮性。
本发明采用细丝径钎料制成钎料环，能够增大钎料与待焊工件的接触面积，从而保证在相同温度下加快热量传导速度，进而加快钎料熔化速度，缩短钎料的融化时间，避免待焊工件产生过热或过烧的隐患。此外，本发明所述药皮钎料环的圈数可以是多圈，可提供足够量的填充合金，适用于铜合金薄壁管路钎焊场合。
本发明的有益效果如下：
本发明所述药皮铜磷锡钎料熔化温度低，流动性好，具有良好的润湿和铺展性能，质量可靠，钎焊铜和铜合金时，它能成功地替代传统的含银钎料，具有很好的经济效益和巨大的社会效益。本发明实现了钎剂方便、定量、高效的预加入，具有装配方便、易实现自动化生产、成本低等优点，有效降低了焊剂的使用量，可获得精密光亮、质量稳定的接头，并大大减轻了钎焊过程的劳动强度和环境污染。可用于钎焊紫铜、黄铜、青铜等大多数铜合金，特别适用于含锡、锰、铝、硅等元素的铜合金钎焊，是一种性能优良、成本低廉的新型无银铜钎料，可广泛应用于空调、制冷、机械等行业的管路钎焊。
附图说明
图1多圈代银铜磷锡药皮钎料环示意图。
图2为图1的侧视图。
图中序号：1-环状铜磷锡钎料芯，2-药皮。
图3为单圈代银铜磷锡药皮钎料环示意图。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
如图1、2所示，本发明的代银铜磷锡药皮钎料环是由环状铜磷锡钎料芯1和药皮2组成，所述药皮2均匀覆盖于环状铜磷锡钎料芯1的表面；所述的药皮重量占钎料环总重量的0.5％～16.0％；药皮的厚度为0.05～0.60 mm。
本发明所述的环状铜磷锡钎料芯是由单根铜磷锡钎料芯绕制而成的轴向多环圈结构，且每两相邻的环圈之间的间距为0～1 mm。也可为单圈结构（参见图3）。所述环状铜磷锡钎料芯为圆环圈状或扁圆环圈状。
本发明的制备方法是采用下述步骤来实现的：
a）铜磷锡钎料铸锭的熔炼；
b）丝状铜磷锡钎料的制备；
c）将铜磷锡钎料丝绕制成环状；
d）将重量比为50%～70%的钎剂、1%～5%的胶粘剂、1%～4%的增韧剂、20%～50%的溶剂制成钎剂液，然后将钎剂液喷射涂覆到环状铜磷锡钎料芯的外部，干燥后，即制成药皮铜磷锡钎料环。
本发明中所述铜磷锡钎料铸锭是由下述重量比的原料制备而成，其中：P6.8%～7.2%，Sn0.4%～3%，Zr0.02%～0.5%，Si0.01%～0.4%，稀土0.01%～0.025%，其余为Cu。
采用本发明的代银铜磷锡药皮钎料环钎焊含铝元素的铜合金时，所述钎剂由下述重量比的原料制备而成，其中：10%～20%的硅氟酸钠、30%～40%的氟化钾、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐。
采用本发明的代银铜磷锡药皮钎料环钎焊含铝元素的铜合金时，所述钎剂由下述重量比的原料制备而成，其中：10%～20%的氟铝酸钾、30%～40%的氟化钾、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐。
采用本发明的代银铜磷锡药皮钎料环钎焊含铝、锰、硅等元素的铜合金时，所述钎剂由下述重量比的原料制备而成，其中：5%-10%的硼酸锂、35%～45%的氟化钾、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐。
实施例1：
该实施例的制备方法步骤如下：a）将Cu、Cu-P中间合金、Sn、Cu-Si中间合金、Zr和稀土按比例配好并进行熔炼浇铸成Φ50 mm的棒状BCu90P7Sn2.5ZrSi钎料合金铸锭（合金成分为：6.8%～7.2%的P，0.4%～3%的Sn，0.02%～0.5%的Zr，0.01%～0.4%的Si，0.01%～0.025%的稀土，其余为Cu），切去冒口然后将铸锭车削去除氧化皮，待用；b）将钎料挤压设备系统升温至460 ℃，将车削去除氧化皮后的铸锭置于马弗炉内预热，预热温度为470 ℃，将预热好的铸锭放入挤压设备的模筒内，挤压成Φ1.1 mm的钎料丝，并拉拔至Φ0.8 mm银钎料丝；c）将拉拔好的铜磷锡钎料丝用稀酸清洗，并钝化处理，清洗后放入制环设备的料盘内，将铜磷锡钎料丝绕制成内径为Φ6.0 mm的多圈环状钎料；d）将添加活性剂的QJ102银钎剂、QPAC40胶粘剂、增韧剂、溶剂等药皮材料分别按60：3：4：33的比例称重，混合到一起制成药皮材料混合物，将所述的药皮材料混合物置于容器内并加入一定量的溶剂，制成钎剂溶液，然后将钎剂液喷射涂覆到环状铜磷锡钎料芯的外部；e）干燥，即得到成品代银铜磷锡药皮钎料环。
实施例2：
与实施例1不同的是所述钎剂成分为10%硅氟酸钠或氟铝酸钾、35%的氟化钾或氟化锂、20%的氟硼酸钾、35%的硼酐。实施例一所述铜磷锡药皮钎料可用来钎焊普通铜合金，本实施方案可用来钎焊含铝元素的铜合金。
实施例3：
与实施例1不同的是所述钎剂成分为，5%-10%的硼酸锂、35%～45%的氟化钾、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐，本实施方案可钎焊含锰、铝、硅、铅等元素的铜合金。
实施例4：
与实施例1不同的是通过调整铜磷锡钎料丝的预热温度及成型加热温度并合理调整模具，可制成内径为Φ8.0 mm的单圈环状钎料，并增加压平工艺。
本发明的提供了一种环保、熔点低、成本低廉、容易准确控制钎剂用量的代银铜磷锡药皮钎料环，钎焊铜和铜合金时，它能成功地替代传统的含银钎料，具有很好的经济效益和巨大的社会效益。本发明实现了钎剂方便、定量、高效的预加入，具有装配方便、易实现自动化生产、成本低等优点，有效降低了焊剂的使用量，可获得精密光亮、质量稳定的接头，并大大减轻了钎焊过程的劳动强度和环境污染。可用于钎焊紫铜、黄铜、青铜等大多数铜合金，特别适用于含锡、铝、锰、硅等元素的铜合金钎焊，是一种性能优良、成本低廉的新型无银铜钎料，可广泛应用于空调、制冷、机械等行业的管路钎焊。

Claims (6)

1.一种代银铜磷锡药皮钎料环，它是由环状铜磷锡钎料芯和药皮组成，其特征在于：所述药皮均匀覆盖于环状铜磷锡钎料芯的表面，所述药皮重量占钎料环总重量的0.5％～16.0％；药皮的厚度为0.05～0.60 mm；所述环状铜磷锡钎料芯为单圈或是由单根铜磷锡钎料芯绕制而成的轴向多环圈结构，且每两相邻的环圈之间的间距为0～1 mm。
2.根据权利要求1所述的代银铜磷锡药皮钎料环，其特征在于：所述环状铜磷锡钎料芯为圆环圈状或扁圆环圈状。
3.一种用于制备权利要求1所述代银铜磷锡药皮钎料环的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
a）铜磷锡钎料铸锭的熔炼；所述铜磷锡钎料铸锭是由下述重量比的原料制备而成，其中：P6.8%～7.2%，Sn0.4%～3%，Zr0.02%～0.5%，Si0.01%～0.4%，稀土0.01%～0.025%，其余为Cu；
b）丝状铜磷锡钎料的制备；
c）将铜磷锡钎料丝绕制成环状；
d）将重量比为50%～70%的钎剂、1%～5%的胶粘剂、1%～4%的增韧剂、20%～50%的溶剂制成钎剂液，然后将钎剂液喷射涂覆到环状铜磷锡钎料芯的外部，干燥后，即制成药皮铜磷锡钎料环。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：采用所述的代银铜磷锡药皮钎料环钎焊含铝元素的铜合金时，所述钎剂由下述重量比的原料制备而成，其中：10%～20%的硅氟酸钠、30%～40%的氟化钾、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐。
5.根据根据权利要求3所述的方法，其特征在于：采用所述的代银铜磷锡药皮钎料环钎焊含铝元素的铜合金时，所述钎剂由下述重量比的原料制备而成，其中：10%～20%的氟铝酸钾、30%～40%的氟化钾、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐。
6.根据根据权利要求3所述的方法，其特征在于：采用所述的代银铜磷锡药皮钎料环钎焊含铝、锰、硅等元素的铜合金时，所述钎剂由下述重量比的原料制备而成，其中：5%-10%的硼酸锂、35%～45%的氟化钾、15%～25%的氟硼酸钾、30%～40%的硼酐。
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