CN107127479B - 一种高湿性高强韧性焊接材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高湿性高强韧性焊接材料及其制备方法，该焊接材料由如下重量份原料制成：碳1.8‑2.5％、硅0.9‑1.8％、锰0.4‑0.8％、镧0.15‑0.31％、锶0.06‑0.12％、镍0.1‑0.25％、铈0.1‑0.35％、银0.01‑0.04％、锡0.005‑0.01％、锆0.1‑0.3％、钒0.3‑0.6％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素；本发明所制焊接材料强韧性好，所用原料间相互配合相互影响，促进原料分散，增加了焊接材料的湿性，提高了焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种高湿性高强韧性焊接材料及其制备方法。
背景技术
我国的科技水平较低，相对于发达的工业国家同类产品而言，多数机械的实用寿命比较低，其中绝大多数都是因为焊接材料强韧性不够达不到使用要求，进而造成了自然资源浪费，还消耗了大量的人力、物力。
在中国公开的专利申请CN103737193A中针对获得一种铁镍锡焊接材料的制备方法，采用锡、镍、铁、钇为原料，将称好的原料放入抽完真空的石英管内，石英管内冲入纯度为98％的氩气，将处理石英管放入熔炼炉中加热处理，处理时间为25-45min，处理湿度为540-750℃，将熔炼后的材料冰水淬火处理，再抽真空，最后退火 24-40h得到铁镍锡焊接材料，该焊接材料耐磨性能、硬度得到提高。在中国公开的专利申请CN103831543A中针对获得一种无铅焊接材料及其制备方法，所述无铅焊接材料组分重量含量百分数范围为： Al为0.05-1％，B2O3为0.1-3％、Zn为8.5-9.5％，其余组分为Sn，该焊接材料制备工艺简单，成本低，应用范围广。
目前现有技术所制焊接材料耐磨性能、硬度得到提高，成本低，但是所制焊接材料强韧性差、对单一组分依耐性大，原料间相互作用不明显，湿度低。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种高湿性高强韧性焊接材料。本发明所制产品弥补了焊接材料强韧性差、对组分依耐性大、湿度低等缺陷，此外，各原料间相互促进分散，增加了焊料湿性，增强了焊接性能。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种高湿性高强韧性焊接材料，由如下重量份数原料制成：碳 1.8-2.5％、硅0.9-1.8％、锰0.4-0.8％、镧0.15-0.31％、锶0.06-0.12％、镍0.1-0.25％、铈0.1-0.35％、银0.01-0.04％、锡0.005-0.01％、锆 0.1-0.3％、钒0.3-0.6％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
优选的，该焊接材料，由如下重量份数原料制成：碳1.9-2.5％、硅1.0-1.8％、锰0.5-0.8％、镧0.16-0.31％、锶0.07-0.12％、镍0.11-0.25％、铈0.15-0.35％、银0.02-0.04％、锡0.006-0.01％、锆0.11-0.3％、钒 0.4-0.6％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
优选的，各化学成分通过以下原料进行添加：废钢、二氧化硅、锰铁、三氧化二镧、二氧化铈、碳酸锶、镍铁、银铁、锡铁、锆铁、钒铁。
优选的，该焊接材料，制备方法包括如下几个步骤：
(1)将称取的废钢、三氧化二镧加入熔炼炉中，加热至熔融，保温30min，然后向其中加入二氧化硅、锰铁、石油焦增碳剂、二氧化铈、碳酸锶、镍铁、银铁、锡铁、锆铁、钒铁，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为900-1000℃，保温10-30min；
(2)将孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，以150-200r/min的速度机械搅拌一段时间，然后进行成分分析、调整，成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，搅拌均匀，随后将铁水冷却至 100-150℃；
(3)将冷却后的铁水加入到球磨罐中，添加适量乙醇，在氩气气氛下以80-200r/min速度研磨10-30h，至铁粉过300-400目筛，随后将铁粉干燥，至水分减少为初始量的百分之五；
(4)向干燥后的铁粉内加入与铁粉质量1/10-1/5相等的润滑剂，混合3-4h，按需要的规格进行温压成型，得到成型毛坯；
(5)将成型毛坯在300-800℃条件下充入氩气，预烧10-20min，得高湿性高强韧性焊接材料。
优选的，步骤(2)中机械搅拌时间为10-20min。
优选的，步骤(3)中乙醇添加量为铁水体积的十分之一。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：锡和银具有良好的延展性，银和锡用来制作焊接材料，可以提高焊料的延展性和耐腐蚀性能；镧、铈制作焊接原料，在高温下使用形成有效的耐磨蚀保护涂层，铈可以提高焊点的力学性能，镧可以细化晶粒，抑制Ag3Sn长大， Ag3Sn表面能降低，自由能稳定，吸附表面活性颗粒之后，焊料合金粒的晶界趋于稳定；锶、镍、锆三者含量较低时，制作焊料，与母材湿性较差，含量过高，导致焊料结合较差，当含量为锶0.06-0.12％、镍0.1-0.25％、锆0.1-0.3％时，焊料的湿性最佳，界面组织稳定，焊接性能提高；将锆、钒、锰加入制作焊接材料，促进了原料分散，增强了焊接材料的耐腐蚀性能和强度；温度在300℃-800℃之间，焊料的湿润性能随温度的升高而增强，稳定性增加，温度大于800℃，预热过度，氧化物含量增加，黏度降低，焊料湿性降低。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高湿性高强韧性焊接材料，由如下重量份数原料制成：碳 1.8％、硅0.9％、锰0.4％、镧0.15％、锶0.06％、镍0.1％、铈0.1％、银0.01％、锡0.005％、锆0.1％、钒0.3％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
一种高湿性高强韧性焊接材料，其制备方法包括如下几个步骤：
(1)将称取的废钢、三氧化二镧加入熔炼炉中，加热至熔融，保温30min，然后向其中加入二氧化硅、锰铁、石油焦增碳剂、二氧化铈、碳酸锶、镍铁、银铁、锡铁、锆铁、钒铁，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为900℃，保温10min；
(2)将孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，以150r/min的速度机械搅拌10min，然后进行成分分析、调整，成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，搅拌均匀，随后将铁水冷却至100℃；
(3)将冷却后的铁水加入到球磨罐中，添加铁水体积的十分之一的乙醇，在氩气气氛下以80r/min速度研磨10h，至铁粉过300目筛，随后将铁粉干燥，至水分减少为初始量的百分之五；
(4)向干燥后的铁粉内加入与铁粉质量1/10相等的润滑剂，混合3h，按需要的规格进行温压成型，得到成型毛坯；
(5)将成型毛坯在300℃条件下充入氩气，预烧10min，得高湿性高强韧性焊接材料。
实施例2：
一种高湿性高强韧性焊接材料，由如下重量份数原料制成：碳 2.5％、硅1.8％、锰0.8％、镧0.31％、锶0.12％、镍0.25％、铈0.35％、银0.04％、锡0.01％、锆0.3％、钒0.6％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
一种高湿性高强韧性焊接材料，其制备方法包括如下几个步骤：
(1)将称取的废钢、三氧化二镧加入熔炼炉中，加热至熔融，保温30min，然后向其中加入二氧化硅、锰铁、石油焦增碳剂、二氧化铈、碳酸锶、镍铁、银铁、锡铁、锆铁、钒铁，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为1000℃，保温30min；
(2)将孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，以200r/min的速度机械搅拌20min，然后进行成分分析、调整，成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，搅拌均匀，随后将铁水冷却至150℃；
(3)将冷却后的铁水加入到球磨罐中，添加铁水体积的十分之一的乙醇，在氩气气氛下以200r/min速度研磨30h，至铁粉过400目筛，随后将铁粉干燥，至水分减少为初始量的百分之五；
(4)向干燥后的铁粉内加入与铁粉质量1/5相等的润滑剂，混合4h，按需要的规格进行温压成型，得到成型毛坯；
(5)将成型毛坯在800℃条件下充入氩气，预烧20min，得高湿性高强韧性焊接材料。
实施例3：
一种高湿性高强韧性焊接材料，由如下重量份数原料制成：碳 1.9％、硅1.0％、锰0.5％、镧0.16％、锶0.07％、镍0.11％、铈0.15％、银0.02％、锡0.006％、锆0.11％、钒0.4-0.6％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
一种高湿性高强韧性焊接材料，其制备方法包括如下几个步骤：
(1)将称取的废钢、三氧化二镧加入熔炼炉中，加热至熔融，保温30min，然后向其中加入二氧化硅、锰铁、石油焦增碳剂、二氧化铈、碳酸锶、镍铁、银铁、锡铁、锆铁、钒铁，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为920℃，保温15min；
(2)将孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，以160r/min的速度机械搅拌15min，然后进行成分分析、调整，成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，搅拌均匀，随后将铁水冷却至120℃；
(3)将冷却后的铁水加入到球磨罐中，添加铁水体积的十分之一的乙醇，在氩气气氛下以100r/min速度研磨15h，至铁粉过330目筛，随后将铁粉干燥，至水分减少为初始量的百分之五；
(4)向干燥后的铁粉内加入与铁粉质量1/8相等的润滑剂，混合3.2h，按需要的规格进行温压成型，得到成型毛坯；
(5)将成型毛坯在400℃条件下充入氩气，预烧12min，得高湿性高强韧性焊接材料。
实施例4：
一种高湿性高强韧性焊接材料，由如下重量份数原料制成：碳 2.0％、硅1.1％、锰0.6％、镧0.17％、锶0.08％、镍0.12％、铈0.16％、银0.03％、锡0.007％、锆0.12％、钒0.5％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
一种高湿性高强韧性焊接材料，其制备方法包括如下几个步骤：
(1)将称取的废钢、三氧化二镧加入熔炼炉中，加热至熔融，保温30min，然后向其中加入二氧化硅、锰铁、石油焦增碳剂、二氧化铈、碳酸锶、镍铁、银铁、锡铁、锆铁、钒铁，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为960℃，保温20min；
(2)将孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，以180r/min的速度机械搅拌16min，然后进行成分分析、调整，成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，搅拌均匀，随后将铁水冷却至140℃；
(3)将冷却后的铁水加入到球磨罐中，添加铁水体积的十分之一的乙醇，在氩气气氛下以150r/min速度研磨25h，至铁粉过340目筛，随后将铁粉干燥，至水分减少为初始量的百分之五；
(4)向干燥后的铁粉内加入与铁粉质量1/7相等的润滑剂，混合3.6h，按需要的规格进行温压成型，得到成型毛坯；
(5)将成型毛坯在500℃条件下充入氩气，预烧18min，得高湿性高强韧性焊接材料。
实施例5：
一种高湿性高强韧性焊接材料，由如下重量份数原料制成：碳 2.4％、硅1.5％、锰0.7％、镧0.2％、锶0.1％、镍0.2％、铈0.3％、银 0.03％、锡0.009％、锆0.2％、钒0.55％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
一种高湿性高强韧性焊接材料，其制备方法包括如下几个步骤：
(1)将称取的废钢、三氧化二镧加入熔炼炉中，加热至熔融，保温30min，然后向其中加入二氧化硅、锰铁、石油焦增碳剂、二氧化铈、碳酸锶、镍铁、银铁、锡铁、锆铁、钒铁，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为990℃，保温25min；
(2)将孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，以190r/min的速度机械搅拌19min，然后进行成分分析、调整，成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，搅拌均匀，随后将铁水冷却至140℃；
(3)将冷却后的铁水加入到球磨罐中，添加铁水体积的十分之一的乙醇，在氩气气氛下以180r/min速度研磨28h，至铁粉过390目筛，随后将铁粉干燥，至水分减少为初始量的百分之五；
(4)向干燥后的铁粉内加入与铁粉质量1/6相等的润滑剂，混合3.1h，按需要的规格进行温压成型，得到成型毛坯；
(5)将成型毛坯在750℃条件下充入氩气，预烧17min，，得高湿性高强韧性焊接材料。
将本发明实施例中的焊接材料与市场中的产品做性能测试，其测试结果如下：
| 可承受力度/N | 冲击裂纹开裂/J | 腐蚀率/％ | |
| 实施例1 | 486 | 151 | 18 |
| 实施例2 | 492 | 156 | 16 |
| 实施例3 | 478 | 154 | 17 |
| 实施例4 | 483 | 153 | 19 |
| 实施例5 | 485 | 155 | 18 |
| 对照例1 | 440 | 130 | 33 |
| 对照例2 | 437 | 127 | 35 |
由上表可以看出该焊接材料与市场中常见的焊接材料相比，本产品具有良好的强韧性、抗开裂性能和耐腐蚀性能，值得推广。
以上实施例仅用以说明本发明型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种高湿性高强韧性焊接材料，其特征在于，由如下重量份数原料制成：碳1.8-2.5％、硅0.9-1.8％、锰0.4-0.8％、镧0.15-0.31％、锶0.06-0.12％、镍0.1-0.25％、铈0.1-0.35％、银0.01-0.04％、锡0.005-0.01％、锆0.1-0.3％、钒0.3-0.6％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素；
该高湿性高强韧性焊接材料的制备方法包括如下几个步骤：
(1)将称取的废钢、三氧化二镧加入熔炼炉中，加热至熔融，保温30min，然后向其中加入二氧化硅、锰铁、石油焦增碳剂、二氧化铈、碳酸锶、镍铁、银铁、锡铁、锆铁、钒铁，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为900-1000℃，保温10-30min；
(2)将孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，以150-200r/min的速度机械搅拌一段时间，然后进行成分分析、调整，成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，搅拌均匀，随后将铁水冷却至100-150℃；
(3)将冷却后的铁水加入到球磨罐中，添加适量乙醇，在氩气气氛下以80-200r/min速度研磨10-30h，至铁粉过300-400目筛，随后将铁粉干燥，至水分减少为初始量的百分之五；
(4)向干燥后的铁粉内加入与铁粉质量1/10-1/5相等的润滑剂，混合3-4h，按需要的规格进行温压成型，得到成型毛坯；
(5)将成型毛坯在300-800℃条件下充入氩气，预烧10-20min，得高湿性高强韧性焊接材料。
2.根据权利要求1所述的高湿性高强韧性焊接材料，其特征在于，由如下重量份数原料制成：碳1.9-2.5％、硅1.0-1.8％、锰0.5-0.8％、镧0.16-0.31％、锶0.07-0.12％、镍0.11-0.25％、铈0.15-0.35％、银0.02-0.04％、锡0.006-0.01％、锆0.11-0.3％、钒0.4-0.6％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
3.根据权利要求1所述的高湿性高强韧性焊接材料，其特征在于，所述步骤(2)中机械搅拌时间为10-20min。
4.根据权利要求1所述的高湿性高强韧性焊接材料，其特征在于，所述步骤(3)中乙醇添加量为铁水体积的十分之一。
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Denomination of invention: A kind of high-moisture high-strength toughness welding material and preparation method thereof Effective date of registration: 20220802 Granted publication date: 20190125 Pledgee: Ma'anshan branch of Bank of China Ltd. Pledgor: Zhuji Sibeida Machinery Co.,Ltd. Registration number: Y2022980011770 |
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