CN106435325B - 一种多元合金封接材料及其制备方法 - Google Patents

一种多元合金封接材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请人提供了一种多元合金封接材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分比为：Ag：34～44％，Cu：43～54％，Ga：5～15％，Nd：0.3％～0.8％，Co：0.3％～0.8％，Ni：0.2％～0.7％，Ce：0.2～0.7％；其制备方法为熔炼、铸造、固溶、时效、车削、冷轧、回火、退火、精加工。本发明制备得到的封接材料具有清洁度高、防腐蚀、抗氧化性能好、成本低等优点。

Description

一种多元合金封接材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及真空电子行业中真空电子管的封接材料技术领域，尤其是涉及一种Ag、Cu、Ga多元合金封接材料。
背景技术
在真空电子管封接行业中，电真空管较高的使用频率就要求了电真空管封接材料具有气密性要高，力学性能要好，耐腐蚀性能以及抗氧化性能要强等。银基封接材料因其具有优异的封接性能，已经在电真空管封接材料的使用中占据了稳固地位。由于银的价格逐渐飙升，大大提高了封接材料的成本。传统的银铜二元焊料(比如AgCu28、AgCu50等)和传统的银铜三元焊料(比如AgCuNi)的焊接时温度都在850℃～1000℃左右，较高的焊接温度需要大量的能源提供，大大增加了生产成本。因此，一种综合性能优异的低银含量、中低温型合金钎料成为当前迫切需求的封接材料。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种真空管封接合金材料及其制备方法。本发明既降低了材料成本，又降低了封接温度，同时使用封接材料的清洁度及浸润性有了明显的提高，封接后气密性好，防腐蚀性能及抗氧化性能强。
本发明的技术方案如下：
一种多元合金封接材料，其组分及各组分的质量百分比为：
Ag：34～44％，Cu：43～54％，Ga：5～15％，Nd：0.3％～0.8％，Co：0.3％～0.8％，Ni：0.2％～0.7％，Ce：0.2～0.7％。
一种所述的多元合金封接材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将Co、Ni按配比放入真空熔炼炉中，炉内抽真空至0.1～1Pa后，将炉内温度加热到1300～1500℃，然后冷却到室温，制成CoNi中间合金；
(2)将步骤(1)得到的CoNi中间合金、Ag、CuCe合金、Ga、Nd一起放入真空熔炼炉中，炉内真空度达到0.04～0.4Pa后，再将炉内加热到1100～1200℃，保温20～40分钟；
(3)待所有原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液后，降温至800～900℃，将熔融液倒入定型模具内，待温度降至室温后，再将定型模具从真空炉内去取出，得到加工本焊接材料所需的铸锭；
(4)将步骤(3)得到的铸锭在550～580℃下固溶处理，保温40～60min后，快速冷却到室温，以确保得到过饱和固溶体，再在320～350℃下时效处理2～3小时；
(5)将步骤(4)得到的铸锭先进行车剥，以削掉铸锭表面的脏污及氧化层，然后采用轧机进行冷轧，厚度达到1～2mm时，打卷放置在600～650℃保温2～5小时，然后自然冷却到室温；
(6)退火处理后的带材继续经轧机冷轧到厚度为0.05～0.1mm后，再将其分剪为一定宽度的带材进行冲压出所需形状。
本发明有益的技术效果在于：
(1)本多元低银材料大大降低了材料成本，提高了经济效益和市场竞争力；
(2)合金中微量Nd元素以及稀土元素Ce的加入，固溶强化和晶粒细化使得合金的强度得到提升。同时，合金中Ce易与Cu形成第二相金属间化合物或由于氧化形成Ce氧化物，这些特殊的弥散相阻碍层错运动，使合金得到进一步强化。此外，微量Nd的添加，还可以大大提高真空器件封接接头的气密性。
(3)合金中微量Co和Ni元素的添加，除了起到固溶强化和晶粒细化的作用，还可以明显增强封接材料的抗氧化性能；
(4)本申请人在大量的实验基础和丰富的经验的基础上，选择的合金元素可以互相协同，大幅度提升了封接材料的各项性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
本申请人提供了一种三元合金封接材料，其组分及各组分的质量如表1所示。具体的制备方法如下：
(1)将Co、Ni按配比放入真空熔炼炉中，炉内抽真空至0.6Pa后，将炉内温度加热到1400℃，然后冷却到室温，制成CoNi中间合金；
(2)将步骤(1)得到的CoNi中间合金、Ag、CuCe合金、Ga、Nd一起放入真空熔炼炉中，炉内真空度达到0.2Pa后，再将炉内加热到1150℃，保温30分钟；
(3)待所有原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液后，降温至850℃，将熔融液倒入定型模具内，待温度降至室温后，再将定型模具从真空炉内去取出，得到加工本焊接材料所需的铸锭；
(4)将步骤(3)得到的铸锭在560℃下固溶处理，保温50min后，快速冷却到室温，以确保得到过饱和固溶体，再在340℃下时效处理2.5小时；
(5)将步骤(4)得到的铸锭先进行车剥，以削掉铸锭表面的脏污及氧化层，然后采用轧机进行冷轧，厚度达到1.5mm时，打卷放置在620℃保温4小时，然后自然冷却到室温；
(6)退火处理后的带材继续经轧机冷轧到厚度为0.08mm后，再将其分剪为一定宽度的带材进行冲压出所需形状。
实施例2
本申请人提供了一种三元合金封接材料，其组分及各组分的质量如表1所示。具体的制备方法如下：
(1)将Co、Ni按配比放入真空熔炼炉中，炉内抽真空至1Pa后，将炉内温度加热到1500℃，然后冷却到室温，制成CoNi中间合金；
(2)将步骤(1)得到的CoNi中间合金、Ag、CuCe合金、Ga、Nd一起放入真空熔炼炉中，炉内真空度达到0.4Pa后，再将炉内加热到1200℃，保温20分钟；
(3)待所有原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液后，降温至900℃，将熔融液倒入定型模具内，待温度降至室温后，再将定型模具从真空炉内去取出，得到加工本焊接材料所需的铸锭；
(4)将步骤(3)得到的铸锭在580℃下固溶处理，保温40min后，快速冷却到室温，以确保得到过饱和固溶体，再在350℃下时效处理2小时；
(5)将步骤(4)得到的铸锭先进行车剥，以削掉铸锭表面的脏污及氧化层，然后采用轧机进行冷轧，厚度达到2mm时，打卷放置在650℃保温2小时，然后自然冷却到室温；
(6)退火处理后的带材继续经轧机冷轧到厚度为0.1mm后，再将其分剪为一定宽度的带材进行冲压出所需形状。
实施例3
本申请人提供了一种三元合金封接材料，其组分及各组分的质量如表1所示。具体的制备方法如下：
(1)将Co、Ni按配比放入真空熔炼炉中，炉内抽真空至0.1Pa后，将炉内温度加热到1300℃，然后冷却到室温，制成CoNi中间合金；
(2)将步骤(1)得到的CoNi中间合金、Ag、CuCe合金、Ga、Nd一起放入真空熔炼炉中，炉内真空度达到0.04Pa后，再将炉内加热到1100℃，保温40分钟；
(3)待所有原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液后，降温至800℃，将熔融液倒入定型模具内，待温度降至室温后，再将定型模具从真空炉内去取出，得到加工本焊接材料所需的铸锭；
(4)将步骤(3)得到的铸锭在550℃下固溶处理，保温60min后，快速冷却到室温，以确保得到过饱和固溶体，再在350℃下时效处理2小时；
(5)将步骤(4)得到的铸锭先进行车剥，以削掉铸锭表面的脏污及氧化层，然后采用轧机进行冷轧，厚度达到1mm时，打卷放置在600℃保温5小时，然后自然冷却到室温；
(6)退火处理后的带材继续经轧机冷轧到厚度为0.05mm后，再将其分剪为一定宽度的带材进行冲压出所需形状。
实施例1～3所用的各原料组分的质量如表1所示，单位为kg
表1
测试例：
将实施例1～3制备得到的封接材料进行测试，结果如表2所示。
表2
性能 封接温度 硬度(HV) 抗拉强度(KN/cm2)
实施例1 790～830℃ 135 5.3
实施例2 760～810℃ 140 5.6
实施例3 750～800℃ 141 5.5
传统银钎料 830～900℃ 120 4.8
实施例1～3得到的封接材料与传统银钎料进行耐腐蚀试验，4个样品分别标号放在中性5％NaCl溶液中，恒温20℃浸泡30天，取出后去除样品表面腐蚀产物称重，失重最多则耐腐蚀性最弱，结果如表3所示。
表3
样品 相对质量损失率(％)
实施例1 0.65％
实施例2 0.63％
实施例3 0.61％
传统银钎料 1.42％
实施例1～3得到的封接材料与传统银钎料进行抗氧化试验，4个样品分别放在大气气氛下加热至400℃，保温10min，表面氧化渣量越多，则抗氧化性越弱，结果如表4所示。
表4
综合以上实验数据可以看到，本发明所制备的封接材料的焊接性能均达到了焊料的行业标准，并优于常规的封接材料，能够满足电子真空管的高频高气密性使用的要求。

Claims (1)

1.一种多元合金封接材料，其特征在于其组分及各组分的质量百分比为：
Ag：34～44％，Cu：43～54％，Ga：5～15％，Nd：0.3％～0.8％，Co：0.3％～0.8％，Ni：0.2％～0.7％，Ce：0.2～0.7％；
所述的多元合金封接材料的制备方法具体步骤如下：
(1)将Co、Ni按配比放入真空熔炼炉中，炉内抽真空至0.1～1Pa后，将炉内温度加热到1300～1500℃，然后冷却到室温，制成CoNi中间合金；
(2)将步骤(1)得到的CoNi中间合金、Ag、CuCe合金、Ga、Nd一起放入真空熔炼炉中，炉内真空度达到0.04～0.4Pa后，再将炉内加热到1100～1200℃，保温20～40分钟；
(3)待所有原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液后，降温至800～900℃，将熔融液倒入定型模具内，待温度降至室温后，再将定型模具从真空炉内去取出，得到加工本焊接材料所需的铸锭；
(4)将步骤(3)得到的铸锭在550～580℃下固溶处理，保温40～60min后，快速冷却到室温，以确保得到过饱和固溶体，再在320～350℃下时效处理2～3小时；
(5)将步骤(4)得到的铸锭先进行车剥，以削掉铸锭表面的脏污及氧化层，然后采用轧机进行冷轧，厚度达到1～2mm时，打卷放置在600～650℃保温2～5小时，然后自然冷却到室温；
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