CN105033500A - 一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料及制备方法 - Google Patents

一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种焊接铜及铜合金时无焊料外溢的无银钎料及制备方法。本发明的目的是针对现有用于铜及铜合金焊接的钎料含银量较高，外溢导致焊接成本提高的不足之处，提供一种焊接铜及铜合金时无焊料外溢的无银钎料及制备方法，该钎料可以替代含银6wt％以下的银磷铜钎料用于钎焊铜及铜合金。本发明采用的技术方案是通过如下方式完成的：一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料，由P、Cu、Sn、Si、和Zr组成，各组分的质量百分比分别为：6％～8％的P、1％～4％的Sn、0.01％～0.2％的Si和0.02～0.1％的Zr，余量为Cu。本发明与现有的含银焊接钎料相比，具有焊接成本低、焊接无外溢的特点。

Description

一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料及制备方法
技术领域
本发明涉及材料焊接领域，特别是一种焊接铜及铜合金时无焊料外溢的无银钎料及制备方法。
背景技术
铜及铜合金的钎焊广泛应用于制冷、机电等行业，其中母材为黄铜、紫铜的阀体和管接头配件的连接普遍采用含银量6％以下的银磷铜钎料焊接，焊后经常会有钎料外溢流到母材表面的现象，影响到产品的后续加工、装配和外观；而且钎料含银成本相对较高，因此钎料的外溢现象必须严格控制，以免造成零部件的报废，而由钎料着手控制焊接时的钎料外溢是最为经济有效的办法。
发明内容
本发明的目的是针对现有用于铜及铜合金焊接的钎料含银量较高，外溢导致焊接成本提高的不足之处，提供一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料及制备方法，该钎料可以替代含银6wt％以下的银磷铜钎料用于钎焊铜及铜合金。
本发明采用的技术方案是通过如下方式完成的：一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料，其特征在于该焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料由P、Cu、Sn、Si、和Zr组成，各组分的质量百分比分别为：6％～8％的P、1％～4％的Sn、0.01％～0.2％的Si和0.02～0.1％的Zr，余量为Cu。
在所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料中，所述的P为P97.5、P98.5、P99中的一种。
在所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料中，所述的Sn为Sn99.99A、Sn99.95A、Sn99.95AA、Sn99.90A、Sn99.90AA中的一种。
在所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料中，所述的Cu为Cu-CATH-1、Cu-CATH-2、Cu-CATH-3中的一种。
在所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料中，所述的Si为Si-1、Si-2、Si-3中的一种，Zr为Zr-1、Zr-3、Zr-5中的一种。
一种制备上述焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料的方法，该方法包括以下步骤：
⑴熔炼：将Zr、Si分别与铜预先熔炼成二元合金，得到Zr的质量分数为50％的Cu-Zr合金和Si的质量分数为15.5％的Cu-Si合金；将赤磷和电解铜放入中加热炉中加热至1000～1300℃，待完全熔化并充分搅拌后，加入Sn及预先熔炼的Cu-Zr合金、Cu-Si合金，继续熔炼至所有原料完全熔化后充分搅拌，温度降至900～1000℃保温10min，随后浇注得到铸锭；
⑵挤压：将步骤⑴中所得的铸锭加热到350～550℃进行挤压，得到挤压丝；
⑶成型：将步骤⑵中所得到的挤压丝加工成所需形状的焊料。
在所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料的制备方法中，所述的步骤⑶中采用拉拔的方法得到丝材，再将丝材加工成成型的焊料。
在所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料的制备方法中，所述的步骤⑶中采用轧制的方法得到带材，再将带材加工成成型的焊料。
本发明的优点在于：
1、钎料不含贵金属元素Ag，成本较低。
2、钎料的熔点适中，其固相限680～720℃，液相限740～790℃，最低钎焊温度700～750℃，适合于焊接铜及铜合金。
3、钎料的加工性能良好，可以通过配比、熔炼、浇铸、挤压、拉丝或轧制等加工方法加工成丝材和带材等不同形状规格的钎料。
通过在上述成分范围内调整各组分的含量，钎料的流动性可以根据实际的焊接条件进行调节，焊接铜及铜合金时钎料可以很好的填满焊缝但又不会出现钎料的外溢现象，焊缝美观，适合于阀件、管接头等对钎料外溢要求较高的零部件的焊接。
钎料的上述优点是通过如下的原理实现的：
P、Cu是无银钎料的主元素，其对钎料的加工性能和焊接性能有较大的影响。为满足钎料在加工性能方面的要求，同时保证钎料熔点不会太高，P含量控制在6～8wt％，铜为余量。
Sn可以显著的降低钎料的熔点，提高焊料的流动性，但常温下Sn在Cu中固溶度很小，容易与Cu形成金属间化合物，虽然降低了钎料的熔化温度，也降低了钎料的塑性，使钎料的加工性能降低，因此其加入量优选为1～4wt％。
微量的Si可以增加钎料的润湿能力，改善液态焊料表面特性和焊缝表面质量，在熔化的焊料表面形成一层膜，包裹着焊料，在焊接时使焊料不会漫淌、外溢，同时Si可以改善钎料的塑性和抗腐蚀能力，但由于Si易烧损，熔炼的时候损耗难以控制，因此其含量优选为0.01～0.2wt％。
Zr属于活性元素，添加量在0.02～0.1％时，Zr能够与液态合金中的氧及氧化物等反映，净化金属液，同时降低焊料的含气量，使焊料在焊接的时候能够有效减少气孔出现的几率，对阀门、管件等要求较严格的母材焊接能够得到性能较好的焊接接头。
本发明合金虽然加入多种微量元素，使钎料的流动性、润湿性大大提高，同时由于Si的特殊作用又不会使焊料在焊接时任意外溢、流淌，保证了焊接的可靠性，从而能够得到高性能的焊接接头。
本发明与现有的含银焊接钎料相比，具有焊接成本低、焊接无外溢的特点。
具体实施方式
钎料的制备：按照表1中的配比称取制备焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料的原料，按照下述步骤制备得到焊接铜及铜合金无外溢现象的无银钎料，即
⑴熔炼：将Zr、Si分别与铜预先熔炼成二元合金，得到Zr的质量分数为50％的Cu-Zr合金和Si的质量分数为15.5％的Cu-Si合金；将赤磷和电解铜放入中加热炉中加热至1000～1300℃，待完全熔化并充分搅拌后，加入Sn及预先熔炼的Cu-Zr合金、Cu-Si合金，继续熔炼至所有原料完全熔化后充分搅拌，温度降至900～1000℃保温10min，随后浇注得到铸锭；
⑵挤压：将步骤⑴中所得的铸锭加热到350～550℃进行挤压，得到挤压丝；
⑶成型：将步骤⑵中所得到的挤压丝加工成所需形状的焊料。
制备过程中，在熔炼前将Zr、Si分别和Cu预先熔炼成中间合金再进行添加，而且待其它元素金属都已完全熔化后再添加中间合金，通过中间合金的预处理，不仅降低了Zr、Si的熔化温度，而且减少了由于氧化而造成的烧损，其它组分的原材料采用赤磷、纯锡和纯铜。
本发明钎料的实施例及与现有BCu93P-B及BCu91PAg钎料的性能比较见表1。钎料的熔化温度采用差热分析仪测量，升温速率为15℃/min，保护气体为N2，采用高纯氧化铝坩埚；焊接母材为长、宽、厚为40mm×5mm×3mm的紫铜与黄铜对接，焊接为氧-乙炔火焰钎焊，并涂以102钎剂焊接，焊接时无银钎料流动、润湿良好，而且没有钎料外溢现象，焊后焊缝表面光亮、致密，BCu93P焊后焊缝表面不够致密，有气孔、麻点等缺陷，BCu91PAg在焊接时有焊料外溢现象，接头强度采用津岛AGS-J电子万能拉伸机测试。
表1：本发明钎料的实施例及与现有钎料的性能比较

Claims (8)

1.一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料，其特征在于该焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料由P、Cu、Sn、Si、和Zr组成，各组分的质量百分比分别为：6％～8％的P、1％～4％的Sn、0.01％～0.2％的Si和0.02～0.1％的Zr，余量为Cu。
2.根据权利要求1所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料，其特征在于所述的P为P97.5、P98.5、P99中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料，其特征在于所述的Sn为Sn99.99A、Sn99.95A、Sn99.95AA、Sn99.90A、Sn99.90AA中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料，其特征在于所述的Cu为Cu-CATH-1、Cu-CATH-2、Cu-CATH-3中的一种。
5.根据权利要求1或2所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料，其特征在于所述的Si为Si-1、Si-2、Si-3中的一种，Zr为Zr-1、Zr-3、Zr-5中的一种。
6.一种制备上述焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
⑴熔炼：将Zr、Si分别与铜预先熔炼成二元合金，得到Zr的质量分数为50％的Cu-Zr合金和Si的质量分数为15.5％的Cu-Si合金；将赤磷和电解铜放入中加热炉中加热至1000～1300℃，待完全熔化并充分搅拌后，加入Sn及预先熔炼的Cu-Zr合金、Cu-Si合金，继续熔炼至所有原料完全熔化后充分搅拌，温度降至900～1000℃保温10min，随后浇注得到铸锭。
⑵挤压：将步骤⑴中所得的铸锭加热到350～550℃进行挤压，得到挤压丝。
⑶成型：将步骤⑵中所得到的挤压丝加工成所需形状的焊料。
7.根据权利要求6所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料的制备方法，其特征在于所述的步骤⑶中采用拉拔的方法得到丝材，再将丝材加工成成型的焊料。
8.根据权利要求6所述的一种焊接铜及铜合金时无外溢现象的无银钎料的制备方法，其特征在于所述的步骤⑶中采用轧制的方法得到带材，再将带材加工成成型的焊料。
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