CN104923938A - 一种含锰、锡的多元银钎料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含锰、锡的多元银钎料，它由Ag、Cu、Sn、Mn、Ni和Zn组成，所述各组分的重量百分比分别为：Ag：19~22.5wt.%，Zn：28~36wt.%，Cu：36~40wt.%，Sn：1.0~3.0wt.%，Mn：3.5~6.5wt.%，Ni：0.5~2.0wt.%，微量元素R：0.01~0.3wt.%，微量元素R是由镧、铈、硅中的一种或一种以上组成。本发明还包括上述多元银钎料的制备方法，采用中频熔炼炉进行熔炼、浇铸，熔炼时各组分依次按照Ag、Cu、Ni、Sn、Mn、Zn、Cu-R合金顺序加入熔炼，再通过浇铸、锯剥、挤压、拉拔、成型、清洗工艺制备而成。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、可用于取代BAg45CuZnCd、BAg45CuZnCd银钎料，明显降低白银含量且性能指标参数与BAg45CuZn、BAg45CuZnCd接近，拥有良好的性价比；2、钎焊紫铜、黄铜与不锈钢时具有优良的机械性能；3、该钎料的加工塑性较好；4、该产品熔化温度为700~770℃。

Description

一种含锰、锡的多元银钎料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含锰、锡等元素的多元银钎料及其制备方法，适用于不锈钢和紫铜、黄铜等铜合金的钎焊，属于一种中温钎焊材料。
背景技术
在进行铜及铜合金与铁等黑色金属及其合金的钎焊时，考虑到钎料对钎焊母材的润湿性及钎焊接头相关的力学性能，人们大都选用银钎料。如常见的BAg45CuZnCd、BAg45CuZn，广泛用于钎焊紫铜、黄铜与不锈钢的钎焊，具有较低的熔化温度，钎焊过程中的能耗低。但随着贵金属原材料价格的不断上涨，造成使用高银钎料来钎焊的厂家面临巨大的成本压力。但如果简单降低钎料银含量，则钎料熔化温度较高，如BAg21CuZn钎料熔化温度一般在670-850℃。
一些企业通过增加Cd的含量来降低银含量，Cd的加入，大幅度降低了钎料的熔化温度，提升了钎焊性能，较好地降低了银含量，曾经一度被广泛试验，但Cd本身是有毒元素，不利于操作者的健康且对环境存在污染，不符合欧盟RoHS指令，随着人们对环保的愈加重视，逐渐被其他无害元素所取代。
根据现有的研究结果表明，其他单一元素的加入不足以与Cd相比，如Ag-Cu-Zn-Sn钎料中Sn的加入可有效提高流动性、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；Ag-Cu-Zn-In钎料中In的加入可以降低固、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；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。但多元素添加往往由于元素相互间作用及加入量的影响，导致钎料本身强度不足，影响了生产应用。
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，而提供一种含银量在21%左右的银钎料及其制备方法，不含镉元素，钎料熔化温度较多，钎料强度高的多元银钎料用于钎焊紫铜、黄铜与不锈钢。
本发明解决上述技术问题问题所采用的技术方案包括：一种含锰、锡的多元银钎料，它由Ag、Cu、Sn、Mn、Ni和Zn组成，所述各组分的重量百分比分别为：Ag：19~22.5wt.%, Zn：28~36wt.%,； Cu：36~40wt.%；Sn：1.0~3.0wt.%，Mn：3.5~6.5wt.%，Ni：0.5~2.0wt.%，微量元素R：0.01~0.3wt.%，微量元素R是由镧、铈、硅中的一种或一种以上组成。
本发明所述各组分的重量百分比分别为：Ag：20~22wt.%, Zn：30~35wt.%, Cu：36~40wt.%，Sn：1.5~2.5wt.%，Mn：4.0~6.0wt.%，Ni：0.5~1.5wt.%，微量元素R：0.01~0.1wt.%，微量元素R是由镧、铈、硅中的一种或一种以上组成。
本发明所述各组分的重量百分比分别为：20.7wt.%的Ag，38wt.%的Cu，2wt.%的Sn，6wt.%的Mn，1.0wt.%的Ni，0.03wt.%的R，余量为Zn。
本发明解决上述技术问题问题所采用的技术方案还包括上述多元银钎料的制备方法，采用中频熔炼炉进行熔炼、浇铸，熔炼时各组分依次按照Ag、Cu、Ni、Sn、Mn、Zn、Cu-R合金顺序加入熔炼，再通过浇铸、锯剥、挤压、拉拔、成型、清洗工艺制备而成。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、可用于取代BAg45CuZnCd、BAg45CuZnCd银钎料，明显降低了白银含量百分比24个百分点，且性能指标参数与BAg45CuZn、BAg45CuZnCd接近，拥有良好的性价比；2、钎焊紫铜、黄铜与不锈钢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BAg45CuZn、BAg45CuZnCd银钎料相当；3、该钎料的加工塑性较好，可加工成各种规格、尺寸的焊条、焊丝、焊环、薄带、焊片等；4、该产品熔化温度为700~770℃。
本发明中Sn的加入可有效提高流动性、润湿性，降低固、液相线温度，减小熔化区间，Mn能够提高钎料的高温强度，同时可降低钎料合金的固液相线温度、改善润湿性能，钎焊时具有二次脱氧的功能。Ni的添加可增加钎料对不锈钢的润湿性和钎焊接头的强度。少量Si的添加，能有效抑制Zn蒸气的挥发，在熔炼时减少Zn的损耗，同时控制钎料的润湿铺展能力。镧、铈元素的添加可细化钎料组织，改善钎料深加工性能。
由Ag-Cu-Zn三元相图可得到，本产品主要成分Ag、Cu、Zn落于β相的范围内，具有较好的加工特性，添加的微量R可细化钎料合金的组织，进一步改善钎料的力学性能，提高钎焊接头的强度和韧性，并通过比例控制调节钎料的润湿性能。
附图说明
图1是本发明实施例的Ag-Cu-Zn三元相图。
具体实施方式
1）本发明中的银钎料使用白银IC-Ag99.99、一号标准铜、国标Zn99.995、DJMnD、Sn99.95AA、Ni99.96和Cu-R合金，按上述配比，采用常规中频熔炼炉进行熔炼、浇铸，熔炼时各组分依次按照Ag、Cu、Ni、Sn、Mn、Zn、Cu-R合金顺序加入熔炼，再通过浇铸、锯剥、挤压、拉拔、成型、清洗等工艺制备而成。铜-微量元素合金（Cu-R合金）在熔炼前先按照配比通过现有技术准备好并在最后添加，由于微量元素R通过Cu-R合金方式加入，使得熔炼后微量元素R的损耗大幅降低，微量元素R的含量相对稳定，提高了产品的质量。所得到的钎料熔化温度范围为700~770℃，可加工成各种规格、尺寸的焊条、焊丝、焊环、薄带、焊片等钎料；配合银钎剂，在紫铜、黄铜和不锈钢上钎焊润湿性好、流动性好，具有较高的机械性能，可应用于紫铜、黄铜和不锈钢的钎焊。
本发明的一种含锰、锡的多元银钎料，产品不含镉、含贵金属总量低、成本低，钎焊紫铜、黄铜及不锈钢的接头强度高、铺展性好、工艺性能良好,主要技术指标与银钎料BAg45CuZn、BAg45CuZnCd相近，可取代其在钎焊紫铜、黄铜、其他铜合金与不锈钢产品中的应用。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。
各实施例中的具体参数参见表1-表4，表1为本发明实施例1至实施例6相关数据表，表2为本发明实施例7至实施例12相关数据表，表3为本发明实施例13至实施例18相关数据表，表4为本发明实施例19至实施例24相关数据表，各表具体如下。
表1-实施例1至实施例6相关数据表 
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 20.7 19 20 21 22 22.5
Cu 38 40 39 38 37 36
Zn 32.3 32.2 32.6 33.2 33.5 33.5
Mn 6 3.5 4.0 4.5 5 6.5
Sn 2 3 2.5 2 1.5 1
Ni 1 2.0 1.7 1.2 1.0 0.5
R 0.03 0.3 0.2 0.1 0.05 0.01
熔化温度 700.9-764.2 700-745 700.3-749 700.5-755 701-766 702-769
紫铜与不锈钢钎焊接头拉伸结果 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜
黄铜与不锈钢钎焊接头拉伸强度（MPa） 345 376 367 362 351 341
表2-实施例7至实施例12相关数据表
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 21 19 20 21 22 22.5
Cu 40 39 38 37 36 38
Zn 29.7 33.3 33.7 34.3 34.5 31.5
Mn 6 3.5 4 4.5 5 6.5
Sn 2 3 2.5 2 1.5 1
Ni 1 2 1.7 1.2 1 0.5
R 0.3 0.2 0.1 0.05 0.01 0.03
熔化温度 701-766 700-750 700.3-752 700.5-756 701-767 702-769
紫铜与不锈钢钎焊接头拉伸结果 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜
黄铜与不锈钢钎焊接头拉伸强度（MPa） 346 373 368 358 356 351
表3-实施例13至实施例18相关数据表
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 21 19 20 21 22 22.5
Cu 39 38 37 36 38 40
Zn 33.2 33.8 34.2 34.8 31 30
Mn 3.5 4 4.5 5 6.5 6
Sn 2 3 2.5 2 1.5 1
Ni 1 2 1.7 1.2 1 0.5
R 0.3 0.2 0.1 0.05 0.01 0.03
熔化温度 704-753 703-741 702-745 701-751 703-759 702-766
紫铜与不锈钢钎焊接头拉伸结果 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜
黄铜与不锈钢钎焊接头拉伸强度（MPa） 352 371 366 354 359 341
表4-实施例19至实施例24相关数据表
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 20 19 20 21 22 22.5
Cu 38 37 36 38 40 39
Zn 33.7 34.6 35.2 31.5 30 32.5
Mn 4 4.5 5 6.5 6 4
Sn 2 3 2.5 2 1.5 1
Ni 2 1.7 1.2 1 0.5 1
R 0.3 0.2 0.1 0.05 0.01 0.03
熔化温度 704-763 703-747 702-753 703-756 703-765 705-768
紫铜与不锈钢钎焊接头拉伸结果 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜 断裂于紫铜
黄铜与不锈钢钎焊接头拉伸强度（MPa）   367 363 352 351 355
本发明的配方设计合理，生产成本低，性价比高，钎焊紫铜、黄铜和不锈钢时，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，钎焊温度较低。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种含锰、锡的多元银钎料，其特征是由银、铜、锡、锰、镍、锌和微量金属组成，所述各组分的重量百分比分别为：19~22.5重量百分比的银，36~40重量百分比的铜，28~36重量百分比的锌，1.0～3.0重量百分比的锡，3.5~6.5重量百分比的锰，0.5~2.0重量百分比的镍，0.01~0.3重量百分比的微量金属，所述微量金属由镧、铈、硅中的一种或多种组成。
2.根据权利要求1所述的含锰、锡的多元银钎料，其特征是：所述各组分的重量百分比分别为：20~22重量百分比的银，36~40重量百分比的铜，30~35重量百分比的锌，1.5～2.5重量百分比的锡，4~6重量百分比的锰，0.5~1.5重量百分比的镍，0.01~0.1重量百分比的微量金属。
3.根据权利要求1或2所述的含锰、锡的多元银钎料的制备方法，其特征是：采用中频熔炼炉进行熔炼、浇铸，熔炼时各组分依次按照银、铜、镍、锡、锰、锌和铜-微量元素合金顺序加入熔炼，再通过浇铸、锯剥、挤压、拉拔、成型、清洗工艺制备而成。
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