CN106270869A - 一种铜合金接触反应钎焊方法及所用活性连接剂 - Google Patents

一种铜合金接触反应钎焊方法及所用活性连接剂 Download PDF

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Abstract

一种铜合金接触反应钎焊方法及所用活性连接剂，活性连接剂按照质量百分比由以下成分组成：78‑85%的赤磷粉、5‑12%的硼粉和10%的粘结剂，并包括以下步骤：（1）将所述活性连接剂涂覆于待焊铜块结合面；（2）将铜块组合成对接钎焊接头，并在焊接卡具上固定压紧置于热等静压炉真空室中；（3）施加0.085 MPa‑0.02MPa的焊接压力，抽到一定的真空度；（4）通入纯度为99.999%的高纯氩气，待炉内压强不低于4357KPa后对工件进行加热、保温，完成钎焊。利用本发明活性连接剂进行铜合金接触反应钎焊，实现了铜合金原位合成钎焊接头，无需钎料钎剂；钎焊温度低，对母材影响小；所焊接头致密度高，其抗剪强度达到铜合金母材强度的80%以上。

Description

一种铜合金接触反应钎焊方法及所用活性连接剂
技术领域
本发明涉及铜合金钎焊材料技术领域，具体的说是涉及到基于接触反应原理进行的铜合金之间的接触反应钎焊方法及所用活性连接剂。
背景技术
铜及铜合金具有优异的导电性能和导热性能，可进行软钎焊和其他焊接，但由于铜及铜合金的高熔点和极易氧化性能，致使铜及铜合金的焊接存在以下技术难点：
(1)高熔点和高导热性，使铜和铜合金焊接温度很高，采用常规焊接工艺参数时， 铜材很难熔化，不能很好地熔合；(2)焊接接头的热裂倾向大，焊接时，熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物， 使铜及铜合金具有明显的热脆性，产生热裂纹；(3)铜及铜合金焊接易产生气孔的缺陷，且比碳钢严重得多，主要是氢气孔；(4)焊接接头性能的变化，晶粒粗化，塑性下降，耐蚀性下降等。目前铜及铜合金焊接主要采用气焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、钎焊等方法，但这些焊接方法的焊接温度均需要达到铜及铜合金的熔点温度，在高温情况下，铜会软化，影响铜及铜合金的机械性能和力学性能。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种铜合金接触反应钎焊方法及所用活性连接剂，其借助接触反应原理，应用本发明的活性连接剂实现了铜及铜合金之间高可靠、高致密且无钎料、无钎剂的连接。不仅有助于降低铜及铜合金的钎焊温度，而且能保证基体材料的力学性能。
本发明所采用的技术方案是：一种用于铜合金接触反应钎焊的活性连接剂，所述活性连接剂按照质量百分比由以下成分组成：78-85%的基体材料、5-12%的活性剂和10%的粘结剂，其中，基体材料为赤磷粉，活性剂为硼粉。
所述赤磷粉的颗粒度范围为300um-100um，纯度大于99%。
所述粘结剂为无水酒精或丙酮中的一种。
所述活性连接剂为膏状或粉状。
一种铜合金接触反应钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一、按照权利要求1所述的比例称取赤磷粉、硼粉和粘结剂，并将称取的以上成分混合均匀后配制成膏状或粉状，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后依次进行加热、保温、随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
所述步骤二中的涂覆工艺是刷涂或喷涂，涂覆厚度为8-12um。
所述步骤三中加热温度为680℃-720℃、保温时间为20min-30min。
所述步骤三中，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂。
本发明的有益效果：
1、本发明实现了铜合金原位合成钎焊接头，无需钎料、钎剂，所焊接头致密度高，其抗剪强度达到铜合金母材强度的80%以上。
2、本发明实现了中低温度下铜合金的焊接，不仅降低了铜及铜合金的焊接温度，而且保证了基体材料的力学性能。
3、本发明钎焊温度低、母材变形小，焊接精度高，适合于高精度构件的连接。
4、本发明采用B粉作为活性剂。B化学性质比较活泼，可作为活性剂对铜合金表面进行“预清洁”，达到去除氧化膜的作用；同时消耗掉钎焊炉中部分O2，提高真空度。
5、本发明采用赤P粉涂敷层作为液相产生源。在4357KPa下，在Cu-P共晶温度区680℃-720℃温区加热、保温。利用赤P粉在590℃（4357KPa）下先熔化成液体，及其在铜合金表面晶界优先扩散（晶间渗透效应）所起到的反应铺展作用进行“二次去膜”，并利用接头中随后形成的Cu-P共晶液相完整地填充钎缝间隙。保温过程中，P元素向铜合金母材中大量扩散，使接头达到冶金结合，冷却后形成致密钎缝组织，使接头抗剪强度达到铜合金母材强度的80%以上。
具体实施方式
一种用于铜合金接触反应钎焊的活性连接剂，所述活性连接剂按照质量百分比由以下成分组成：78-85%的基体材料、5-12%的活性剂和10%的粘结剂，其中，基体材料为赤磷粉，活性剂为硼粉。
所述赤磷粉的颗粒度范围为300um-100um，纯度大于99%。
所述粘结剂为无水酒精或丙酮中的一种。
所述活性连接剂为膏状或粉状。
一种铜合金接触反应钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一、按照权利要求1所述的比例称取赤磷粉、硼粉和粘结剂，并将称取的以上成分混合均匀后配制成膏状或粉状，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后依次进行加热、保温、随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
所述步骤二中的涂覆工艺是刷涂或喷涂，涂覆厚度为8-12um。
所述步骤三中加热温度为680℃-720℃、保温时间为20min-30min。
所述步骤三中，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂。
以下结合实施例进一步阐述本发明。
实施例1
一种铜合金接触反应钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一、取纯度为99%、颗粒度范围在300um-100um之间的赤P粉78%，B粉12%，同时添加10%的粘结剂，三者均匀搅拌制备成膏状活性连接剂，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆12um厚的步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后，以10℃/min的升温速度升温至700℃，保温30min，随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
实施例2
一种铜合金接触反应钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一、取纯度为99%、颗粒度范围在300um-100um之间的赤P粉79%，B粉11%，同时添加10%的粘结剂，三者均匀搅拌制备成膏状活性连接剂，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆8um厚的步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后，以10℃/min的升温速度升温至680℃，保温20min，随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
实施例3
一种铜合金接触反应钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一、取纯度为99%、颗粒度范围在300um-100um之间的赤P粉80%，B粉10%，同时添加10%的粘结剂，三者均匀搅拌制备成膏状活性连接剂，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆10um厚的步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后，以10℃/min的升温速度升温至720℃，保温25min，随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
实施例4
一种铜合金接触反应钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一、取纯度为99%、颗粒度范围在300um-100um之间的赤P粉81%，B粉9%，同时添加10%的粘结剂，三者均匀搅拌制备成膏状活性连接剂，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆9um厚的步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后，以10℃/min的升温速度升温至690℃，保温22min，随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
实施例5
一种铜合金接触反应钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一、取纯度为99%、颗粒度范围在300um-100um之间的赤P粉82%，B粉8%，同时添加10%的粘结剂，三者均匀搅拌制备成膏状活性连接剂，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆12um厚的步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后，以10℃/min的升温速度升温至700℃，保温30min，随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
实施例6
一种铜合金接触反应钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一、取纯度为99%、颗粒度范围在300um-100um之间的赤P粉83%，B粉7%，同时添加10%的粘结剂，三者均匀搅拌制备成膏状活性连接剂，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆12um厚的步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后，以10℃/min的升温速度升温至700℃，保温30min，随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
实施例7
一种铜合金接触反应钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一、取纯度为99%、颗粒度范围在300um-100um之间的赤P粉84%，B粉6%，同时添加10%的粘结剂，三者均匀搅拌制备成膏状活性连接剂，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆12um厚的步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后，以10℃/min的升温速度升温至700℃，保温30min，随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
实施例8
一种铜合金接触反应钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一、取纯度为99%、颗粒度范围在300um-100um之间的赤P粉85%，B粉5%，同时添加10%的粘结剂，三者均匀搅拌制备成膏状活性连接剂，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆12um厚的步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后，以10℃/min的升温速度升温至700℃，保温30min，随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
选用T2紫铜为母材，对各实施例制备的对接接头进行抗剪强度测试。抗剪强度结果如表1所示。
表1 抗剪强度测试结果

Claims (8)

1.一种用于铜合金接触反应钎焊的活性连接剂，其特征在于：所述活性连接剂按照质量百分比由以下成分组成：78-85%的基体材料、5-12%的活性剂和10%的粘结剂，其中，基体材料为赤磷粉，活性剂为硼粉。
2.如权利要求1所述的一种用于铜合金接触反应钎焊的活性连接剂，其特征在于：所述赤磷粉的颗粒度范围为300um-100um，纯度大于99%。
3.如权利要求1所述的一种用于铜合金接触反应钎焊的活性连接剂，其特征在于：所述粘结剂为无水酒精或丙酮中的一种。
4.如权利要求1所述的一种用于铜合金接触反应钎焊的活性连接剂，其特征在于：所述活性连接剂为膏状或粉状。
5.一种使用权利要求1所述活性连接剂的铜合金接触反应钎焊方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、按照权利要求1所述的比例称取赤磷粉、硼粉和粘结剂，并将称取的以上成分混合均匀后配制成膏状或粉状，备用；
步骤二、将待焊铜合金块表面清洗干净，并涂覆步骤一配制的活性连接剂，备用；
步骤三、将经步骤二处理的待焊铜合金块组合成对接接头，组合完成后在卡具上固定压紧，随后置于钎焊炉真空室中，在焊接压力为0.085 MPa-0.02MPa、真空度为1.3×10-3Pa的条件下向钎焊炉真空室内通入纯度为99.999%的高纯氩气，直至炉内压强为4357KPa后依次进行加热、保温、随炉冷却至150℃以下，取出焊接试样，完成钎焊。
6.如权利要求5所述的一种铜合金接触反应钎焊方法，其特征在于：所述步骤二中的涂覆工艺是刷涂或喷涂，涂覆厚度为8-12um。
7.如权利要求5所述的一种铜合金接触反应钎焊方法，其特征在于：所述步骤三中加热温度为680℃-720℃、保温时间为20min-30min。
8.如权利要求5所述的一种铜合金接触反应钎焊方法，其特征在于：所述步骤三中，卡具与铜合金块的接触面上预涂覆阻焊剂。
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