CN106238956A - 一种低熔点钎焊材料、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低熔点钎焊材料、制备方法及其应用，该钎焊材料由以下质量百分比组分组成：锌：75％～88％；锡：6％～9％；硅：0.25％～0.45％；铝：0％～0.3％；余量为铜。具体制备方法为：将原料中的全部硅和占总量8.96％～54.55％的铜熔炼成铜硅合金，之后与剩余的铜、锌、铝一起充分熔炼，再加入锡，浇铸、粉碎，即得。若制备两种各原料物质成分比例不同的钎焊材料，将其按不同比例混合后研磨，可得不同颜色的低熔点钎焊材料。本发明的钎焊材料具有较低的熔化温度、良好的润湿性、较低的生产成本和对环境友好的特点，且颜色可调，能够适应多种工艺品的需求。

Description

一种低熔点钎焊材料、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种低熔点钎焊材料、制备方法及其应用，属于焊接材料技术领域。

背景技术

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件。随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对灯饰、首饰、餐具、头饰等金属饰品或工艺品等的外观设计、表面质量和材料性能有了更高的要求。目前，对于金属饰品或工艺品钎焊常用的是镍基、银基和铅锡合金等材料。镍基钎料呈纯白色，银基钎料呈古铜色，颜色呈现较为单一，且这两种钎料还存在熔化温度高、使用不方便和生产成本高的特点。铅锡合金钎料虽然熔点低、流动性好，但是含有较高含量的铅和镉，对人类健康和环境卫生构成威胁，也进一步限制了它的使用范围。

专利公布号CN105234581A公开了一种钎焊材料，按质量百分比组成包括以下组分：Zn：7.0～8.5％，Si：1.25～2.49％，Ge：0.45～0.65％，Mg：0.55～0.70％，Sn：1.8～2.3％，Ti：0.1～0.3％，Cu：2.25～3.25％，C：0.5～0.8％，In：0.6～1.8％，稀土元素：2.55～2.65％，其余为Al。该发明能够增加钎焊材料的润湿性，但其组成成分中含有成本昂贵的稀土元素，对于熔化温度高和生产成本高等问题没有进行根本性的解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种低熔点钎焊材料，该材料的熔化温度低。

另外，本发明的另一个目的是提供一种该低熔点钎焊材料的制备方法。

此外，本发明的另一个目的是提供了该低熔点钎焊材料的应用。

为了实现以上目的，本发明低熔点钎焊材料所采用的技术方案是：该钎焊材料由以下质量百分比的组分组成：锌：75％～88％；锡：6％～9％；硅：0.25％～0.45％；铝：0％～0.3％；余量为铜。在钎焊材料中加入75％～88％的锌，可以有效的降低熔点，在锌铜合金的基础上引入硅和铝，可以通过调节二者含量使钎料色泽与焊件颜色一致。

一种低熔点钎焊材料的制备方法，：包括以下步骤：

1)按质量百分比称取各原料组分，将原料中的全部硅和占总量8.96％～54.55％的铜熔炼成铜硅合金；

2)将原料中的锌、铝、剩余的铜以及步骤1)中制备的铜硅合金一起混合熔炼，待金属液充分融合后加入锡，继续熔炼；

3)步骤2)中各物质熔炼结束后，浇铸形成长铸锭，之后粉碎，即得。

所述步骤1)中铜与硅的质量比为84:16。

所述步骤2)中混合熔炼的方式为，加入坩埚中熔炼，其上用木炭覆盖，加热温度为1100℃。

所述步骤3)中粉碎方式为，用多刀头刀在水下机械磨削，可以有效防止钎焊材料被氧化。

该低熔点钎焊材料的制备方法，还包括以下步骤：

4)取另外一组各物质含量不同的原料，按照步骤1)～3)制备钎焊材料B；

5)将步骤3)和步骤4)制得的两种钎焊材料以任意比例混合进行研磨，得到不同颜色的低熔点钎焊材料。

所得不同颜色的低熔点钎焊材料使用方便，结构为粉状，解决了金属饰品及工艺品等精细产品钎料添加难的问题。

所述步骤5)研磨过程在滚筒球磨机中进行，研磨之前向内滴入浓度为95％～99％的工业酒精，通入氮气排尽球磨机中的空气后，进行封闭研磨。在研磨过程中加入酒精起到降低研磨过程温度的作用。

所述步骤5)研磨过程中研磨温度为0～50℃。

一种低熔点钎焊材料在首饰、灯饰、餐具、头饰等工艺品中的应用。

本发明钎焊材料熔点低于目前常用的银基和镍基钎焊材料的熔点，具有熔点低(熔点在430～600℃)、润湿性好的优点；该钎焊材料色泽多样可调，可以根据被焊件的颜色调节钎料成分使二者颜色保持一致，增加了使用的便利性；该钎焊不含有贵金属元素以及有毒有害元素，生产成本低、绿色环保；该钎焊材料可以广泛应用在首饰、灯饰、头饰等工艺品中。

附图说明

图1为实施例1的DSC曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例的低熔点钎焊材料由以下2种质量百分比的组分构成：

a)锌Zn：76％；锡Sn：6.5％；硅Si：0.3％；铝Al：0.1％；铜Cu：17.1％；

b)锌Zn：87％；锡Sn：8.5％；硅Si：0.4％；铝Al：0.25％；铜Cu：3.85％；

具体实验步骤包括：

1)取a)中铜与硅质量比为84:16的金属混合物(即原料a)中全部的硅和占总量9.21％的铜)在真空炉中熔炼成铜硅合金；

2)将锌、铝、剩余的铜及步骤1)中铜硅合金一起放入坩埚中熔炼，并在各组分上方用木炭覆盖，加热温度1100℃，待液态合金充分融合后加入金属锡，之后继续熔炼；

3)再次充分融合后，将液态合金倒入胎具中，自然冷却并凝固，得长铸锭，之后用梳子刀在水下将其削成细粉，得钎焊材料A；

4)以上述同样的方法制作b)中合金，得钎焊材料B；

5)将上述钎焊材料A和钎焊材料B分别按质量比例1:1，1:2，1:5，1:10放入滚筒球磨机中，向内滴加95％工业酒精，通入氮气排尽球磨机中的空气后，控制温度在0℃进行封闭研磨，即得到颜色由浅灰到灰渐变的低熔点钎焊材料。

实施例2

本实施例的低熔点钎焊材料由以下2种质量百分比的组分构成：

a)锌Zn：79％；锡Sn：7％；硅Si：0.4％；铝Al：0.25％；铜Cu：13.35％；

b)锌Zn：85％；锡Sn：8％；硅Si：0.3％；铝Al：0.1％；铜Cu：6.6％；

具体实验步骤包括：

1)取a)中铜与硅质量比为84:16的金属混合物(即原料a)中全部的硅和占总量15.73％的铜)在真空炉中熔炼成铜硅合金；

2)将锌、铝、剩余的铜及步骤1)中铜硅合金一起放入坩埚中熔炼，并在各组分上方用木炭覆盖，加热温度1100℃，待液态合金充分融合后加入金属锡，之后继续熔炼；

3)再次充分融合后，将液态合金倒入胎具中，自然冷却并凝固，得长铸锭，之后用梳子刀在水下将其削成细粉，得钎焊材料A；

4)以上述同样的方法制作b)中合金，得钎焊材料B；

5)将上述钎焊材料A和钎焊材料B分别按质量比例1:1，1:3，1:5，1:10放入滚筒球磨机中，向内滴加98％工业酒精，通入氮气排尽球磨机中的空气后，控制温度在15℃进行封闭研磨，即得到颜色由浅灰到灰渐变的低熔点钎焊材料。

实施例3

本实施例的低熔点钎焊材料由以下2种质量百分比的组分构成：

a)锌Zn：83％；锡Sn：7％；硅Si：0.25％；铝Al：0.1％；铜Cu：6.5％；

b)锌Zn：77％；锡Sn：7％；硅Si：0.45％；铝Al：0.3％；铜Cu：15.25％；

具体实验步骤包括：

1)取a)中铜与硅质量比为84:16的金属混合物(即原料a)中全部的硅和占总量20.20％的铜)在真空炉中熔炼成铜硅合金；

2)将锌、铝、剩余的铜及步骤1)中铜硅合金一起放入坩埚中熔炼，并在各组分上方用木炭覆盖，加热温度1100℃，待液态合金充分融合后加入金属锡，之后继续熔炼；

3)再次充分融合后，将液态合金倒入胎具中，自然冷却并凝固，得长铸锭，之后用梳子刀在水下将其削成细粉，得钎焊材料A；

4)以上述同样的方法制作b)中合金，得钎焊材料B；

5)将上述钎焊材料A和钎焊材料B分别按质量比例1:1，1:2，1:5，1:8放入滚筒球磨机中，向内滴加97％工业酒精，通入氮气排尽球磨机中的空气后，控制温度在25℃进行封闭研磨，即得到颜色由浅灰到灰渐变的低熔点钎焊材料。

实施例4

本实施例的低熔点钎焊材料由以下质量百分比的组分构成：

锌Zn：86％；锡Sn：8％；硅Si：0.35％；铝Al：0.25％；铜Cu：5.4％；

具体实验步骤包括：

1)取铜与硅质量比为84:16的金属混合物(即原料中全部的硅和占总量34.00％的铜)在真空炉中熔炼成铜硅合金；

2)将锌、铝、剩余的铜及步骤1)中铜硅合金一起放入坩埚中熔炼，并在各组分上方用木炭覆盖，加热温度1100℃，待液态合金充分融合后加入金属锡，之后继续熔炼；

3)再次充分融合后，将液态合金倒入胎具中，自然冷却并凝固，得长铸锭，之后用梳子刀在水下将其削成细粉，即得。

实施例5

本实施例的低熔点钎焊材料由以下质量百分比的组分构成：

锌Zn：78％；锡Sn：7％；硅Si：0.25％；铝Al：0.1％；铜Cu：14.65％；

具体实验步骤包括：

1)取铜与硅质量比为84:16的金属混合物(即原料中全部的硅和占总量8.96％的铜)在真空炉中熔炼成铜硅合金；

2)将锌、铝、剩余的铜及步骤1)中铜硅合金一起放入坩埚中熔炼，并在各组分上方用木炭覆盖，加热温度1100℃，待液态合金充分融合后加入金属锡，之后继续熔炼；

3)再次充分融合后，将液态合金倒入胎具中，自然冷却并凝固，得长铸锭，之后用梳子刀在水下将其削成细粉，即得。

实施例6

本实施例的低熔点钎焊材料由以下2种质量百分比的组分构成：

a)锌Zn：80％；锡Sn：7.5％；硅Si：0.25％；铝Al：0.3％；铜Cu：11.95％；

b)锌Zn：82％；锡Sn：8％；硅Si：0.45％；铝Al：0.15％；铜Cu：9.4％；

具体实验步骤包括：

1)取a)中铜与硅质量比为84:16的金属混合物(即原料a)中全部的硅和占总量10.98％的铜)在真空炉中熔炼成铜硅合金；

2)将锌、铝、剩余的铜及步骤1)中铜硅合金一起放入坩埚中熔炼，并在各组分上方用木炭覆盖，加热温度1100℃，待液态合金充分融合后加入金属锡，之后继续熔炼；

3)再次充分融合后，将液态合金倒入胎具中，自然冷却并凝固，得长铸锭，之后用梳子刀在水下将其削成细粉，得钎焊材料A；

4)以上述同样的方法制作b)中合金，得钎焊材料B；

5)将上述钎焊材料A和钎焊材料B分别按质量比例1:1，1:2，1:7，1:10放入滚筒球磨机中，向内滴加99％工业酒精，通入氮气排尽球磨机中的空气后，控制温度在40℃进行封闭研磨，即得到颜色由浅灰到灰渐变的低熔点钎焊材料。

实施例7

本实施例的低熔点钎焊材料由以下2种质量百分比的组分构成：

a)锌Zn：75％；锡Sn：6％；硅Si：0.45％；铝Al：0.3％；铜Cu：18.25％；

b)锌Zn：88％；锡Sn：9％；硅Si：0.25％；铝Al：0％；铜Cu：2.75％；

具体实验步骤包括：

1)取a)中铜与硅质量比为84:16的金属混合物(即原料a)中全部的硅和占总量12.95％的铜)在真空炉中熔炼成铜硅合金；

2)将锌、铝、剩余的铜及步骤1)中铜硅合金一起放入坩埚中熔炼，并在各组分上方用木炭覆盖，加热温度1100℃，待液态合金充分融合后加入金属锡，之后继续熔炼；

3)再次充分融合后，将液态合金倒入胎具中，自然冷却并凝固，得长铸锭，之后用梳子刀在水下将其削成细粉，得钎焊材料A；

4)以上述同样的方法制作b)中合金，得钎焊材料B；

5)将上述钎焊材料A和钎焊材料B分别按质量比例1:1，1:2，1:4，1:10放入滚筒球磨机中，向内滴加96％工业酒精，通入氮气排尽球磨机中的空气后，控制温度在50℃进行封闭研磨，即得到颜色由浅灰到灰渐变的低熔点钎焊材料。

实验例

本实验例为了测试实施例1所制得钎焊材料的熔点数值，取实施例1所制备其中一种钎焊材料(即钎焊材料A：钎焊材料B比例为1:1)进行DSC曲线测试，测定结果如图1所示，从图中可知所制得的钎焊材料熔点为592℃，熔点较低。

Claims (9)

1.一种低熔点钎焊材料，其特征是：该钎焊材料由以下质量百分比的组分组成：锌：75％～88％；锡：6％～9％；硅：0.25％～0.45％；铝：0％～0.3％；余量为铜。

2.一种如权利要求1所述的低熔点钎焊材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

1)按质量百分比称取各原料组分，将原料中的全部硅和占总量8.96％～54.55％的铜熔炼成铜硅合金；

2)将原料中的锌、铝、剩余的铜以及步骤1)中制备的铜硅合金一起混合熔炼，待金属液充分融合后加入锡，继续熔炼；

3)步骤2)中各物质熔炼结束后，浇铸形成长铸锭，之后粉碎，即得。

3.根据权利要求2所述的低熔点钎焊材料的制备方法，其特征是：所述步骤1)中铜与硅的质量比为84:16。

4.根据权利要求2所述的低熔点钎焊材料的制备方法，其特征是：所述步骤2)中混合熔炼的方式为，加入坩埚中熔炼，其上用木炭覆盖，加热温度为1100℃。

5.根据权利要求2所述的低熔点钎焊材料的制备方法，其特征是：所述步骤3)中粉碎方式为，用多刀头刀在水下机械磨削。

6.根据权利要求2所述的低熔点钎焊材料的制备方法，其特征是：还包括以下步骤：

4)取另外一组各物质含量不同的原料，按照步骤1)～3)制备钎焊材料B；

5)将步骤3)和步骤4)制得的两种钎焊材料以任意比例混合进行研磨，得到不同颜色的低熔点钎焊材料。

7.根据权利要求6所述的低熔点钎焊材料的制备方法，其特征是：所述步骤5)研磨过程在滚筒球磨机中进行，研磨之前向内加入浓度为95％～99％的工业酒精，通入氮气排尽球磨机中的空气后，进行封闭研磨。

8.根据权利要求6所述的低熔点钎焊材料的制备方法，其特征是：所述步骤5)研磨过程中研磨温度为0～50℃。

9.一种如权利要求1所述的低熔点钎焊材料在首饰、灯饰、餐具、头饰等工艺品中的应用。