CN107350664A - 一种铜银钎焊母料及其钎焊工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铜银钎焊母料及其钎焊工艺，涉及汽车工业领域。本发明提供一种铜银钎焊母料，通过银元素和铜元素形成共晶，钎料向母材扩散充分；浸润性良好，可应用于精密的焊接，且银和铜都具有良好的热传递性能，可以广泛应用于需要传热、换热工件的焊接；钎焊工艺操作简单，焊件结构较好，性能较优，焊接工件结构稳定，硬度和强度都较好，焊缝组织呈均匀一体化。

Description

一种铜银钎焊母料及其钎焊工艺

技术领域

本发明涉及汽车工业领域，且特别涉及一种铜银钎焊母料及其钎焊工艺。

背景技术

散热器作为汽车的核心部件，其性能质量显得尤为重要。提高散热器的散热能力是各个汽车生产厂家急需解决的问题。由于铝材本身固有的局限性，以及铜更好散热性、更高的热导率、更大的自由通流截面积和更低的气流速度和风阻，目前散热器材料朝着偏向于以铜及其合金作为散热器主材方向发展，新的材料带来必然带来了新的连接技术，而铜硬钎焊技术具有较好设计特性，因而得到了广泛的应用。在汽车实际生产中，欧美和日本开始广泛采用此类技术并取得了巨大的成功。

散热器质量与焊缝性能关系密切，因此研究铜的焊缝性能显得极其有意义，铜的硬钎焊过程中，必然存在着母材和钎料之间相互扩散，即熔化后的钎料向母材中扩散，母材向钎料中扩散。另外由于受到母材成分、钎料成分、加热温度、保温时间、焊缝间隙、表面清洁度等一系列加工工艺的影响，焊缝组织会表现出多元化，并非我们所熟知的单一固溶体、化合物、共晶体形态，而表现出多种形态，可能是上述形态相互结合的产物，这样势必会对焊接接头的性能造成影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜银钎焊母料，该钎焊母料流动性好，毛细作用较强，湿润性较高。

上述的铜银钎焊母料在钎焊中应用。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述的铜银钎焊母料的钎焊工艺，该钎焊工艺能将焊接的工件牢固的焊接，钎焊母料与工件熔化扩散效果较好。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

一种铜银钎焊母料铜银钎焊母料包括铜27-29wt％；银71-73wt％。

上述的铜银钎焊母料在钎焊中应用。

一种使用铜银钎焊母料的钎焊工艺，对去膜的工件使用钎焊母料进行真空钎焊。

一种采用上述的使用铜银钎焊母料的钎焊工艺焊接的汽车散热器。

本发明的有益效果是：本发明提供一种铜银钎焊母料，通过银元素和铜元素形成共晶，钎料向母材扩散充分；浸润性良好，可应用于精密的焊接，且银和铜都具有良好的热传递性能，可以广泛应用于需要传热、换热工件的焊接；钎焊工艺操作简单，焊件结构较好，性能较优，焊接工件结构稳定，硬度和强度都较好，焊缝组织呈均匀一体化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例9所提供的管板结构图；

图2为本发明实验例1所提供的焊接接头取样过程图；

图3为本发明实验例1所提供的钎焊接头电镜图；

图4为本发明实验例3所提供的钎焊接头的元素分析图。

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，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种铜银钎焊母料及其钎焊工艺进行具体说明。

本发明实施例提供的一种铜银钎焊母料，铜银钎焊母料包括铜27-29wt％；银71-73wt％。

进一步地，本发明较佳的实施例中，铜银钎焊母料包括铜27.5-28.5wt％；银71.5-72.5wt％。

铜和银都是热的良导体，可以大量应用于传热或换热器件的焊接，可以较好的保证热量的传递，不会影响工件的整体工作，维持按的性能。

进一步地，本发明较佳的实施例中，铜银钎焊母料的钎焊温度为800-1000℃。

上述铜银钎焊母料在钎焊中应用。

本发明提供的一种使用上述的钎焊母料的钎焊工艺，对去膜的工件使用钎焊母料进行真空钎焊。

进一步地，本发明较佳的实施例中，去膜包括对工件进行磨光，再用酒精浸泡后干燥。

对工件进行磨光，可以去除工件表面的锈渍；因为在焊接中，工件表面锈渍会影响焊接，锈渍会形成一个隔离层，钎焊母料与工件不能直接焊接，或者焊接不完全，导致焊接质量下降。使用酒精浸泡，可以去除工件表面的油渍，使得焊接质量更高。

进一步地，本发明较佳的实施例中，真空钎焊包括第一升温过程和第二升温过程，所述第一升温过程包括升温至200℃，维持10-20min；所述第二升温过程包括从200℃升温至800℃，维持20-30min。

进一步地，本发明较佳的实施例中，真空钎焊还包括从800℃降温到770℃保持40-50min。

进一步地，本发明较佳的实施例中，酒精浸泡的时间为8-15min。

酒精可以溶解工件表面的大量油渍、动植物油、汗渍以及灰尘等，避免在焊接的时候影响焊接的进行以及影响焊接的质量。

一种采用上述的使用铜银钎焊母料的钎焊工艺焊接的汽车散热器。

以下结合实施例对本发明的作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的一种铜银钎焊母料，该铜银钎焊母料包括铜27wt％；银72.5wt％。

实施例2

本实施例提供的一种铜银钎焊母料，该铜银钎焊母料包括铜27.5wt％；银72.5wt％。

实施例3

本实施例提供的一种铜银钎焊母料，该铜银钎焊母料包括铜28.5wt％；银91wt％。

实施例4

本实施例提供的一种铜银钎焊母料，该铜银钎焊母料包括铜27wt％；银72wt％。

实施例5

本实施例提供的一种铜银钎焊母料，该铜银钎焊母料包括铜28.5wt％；银70wt％。

实施例6

本实施例提供的一种铜银钎焊母料，该铜银钎焊母料包括铜28.5wt％；银71wt％。

实施例7

本实施例提供的一种铜银钎焊母料，该铜银钎焊母料包括铜28.5wt％；银71wt％。

实施例8

本实施例提供的一种铜银钎焊母料，该铜银钎焊母料包括铜28wt％；银72wt％。

实施例9

本实施例提供的一种使用实施例8提供的铜银钎焊母料进行钎焊的钎焊工艺方法。

在实验前对实施例8提供的铜银钎焊母料进行分析，发现铜银钎焊母料的熔化温度在800-1000℃之间，从节约能源角度考虑，钎焊温度可以选低一点的温度。

本实施例中将铜管焊接到打孔的铜板上，管板结构见图1。

钎焊工艺包括以下步骤：

1.1使用酒精溶液清洗备用试样，注意浸泡时间不能过短，以防止动植物油、矿物油、粉尘、手汗、有机物等污垢无法洗掉。在酒精中浸泡约十分钟，取出后用脱脂棉擦拭，去除表面的油污、杂质；

1.2)用钻孔机在切好的试样铜板中间部位上钻出均匀分布的数量为3个，直径为6mm的空洞；

1.3打磨铜管表面，将其慢慢旋转入钻好的铜板空洞中，组装成简易的管板结构；

1.4在管与板件的结合处，均匀涂上一层Ag-Cu钎料不要过厚，为保证钎料不流动，将其放在专门夹具上；

1.5当气压降到250Pa时，开始加热并加热到200℃，维持10min，待，并继续抽真空；

1.6打开循环水，打开总电源。打开冷室的气闸放气，保证冷室气压和外界大气压相同，将工件平稳放入送料机构中，保证工件平稳不倾斜。将送料板推入冷室内部直到尽头；

1.7当热室气压小于2.5×10Pa时，打开罗茨泵抽真空直至真空度低于5×10Pa。依次关闭电炉、预抽阀、热室阀及罗茨泵，打开冷室阀，此时机械泵抽冷室，冷室气压控制在2.5×10Pa；

1.8依次打开预抽阀和电炉，此时电炉加热扩散泵，关闭热室阀，打开扩散泵；

1.9按照升温成程序升温，然后开始焊接；反击完成后，关闭钎焊炉。

真空钎焊升温程序包括第一升温过程和第二升温过程，第一升温过程包括升温至200℃，维持10min；第二升温过程包括从200℃升温至800℃，维持20min；然后降温到770℃维持40min。

实施例10

本实施例提供的一种使用实施例8提供的铜银钎焊母料进行钎焊的钎焊工艺方法。

钎焊工艺包括以下步骤：

1.1使用酒精溶液清洗备用试样，注意浸泡时间不能过短，以防止动植物油、矿物油、粉尘、手汗、有机物等污垢无法洗掉。在酒精中浸泡约十分钟，取出后用脱脂棉擦拭，去除表面的油污、杂质；

1.2)用钻孔机在切好的试样铜板中间部位上钻出均匀分布的数量为3个，直径为6mm的空洞；

1.3打磨铜管表面，将其慢慢旋转入钻好的铜板空洞中，组装成简易的管板结构；

1.4在管与板件的结合处，均匀涂上一层Ag-Cu钎料不要过厚，为保证钎料不流动，将其放在专门夹具上；

1.5当气压降到250Pa时，开始加热并加热到200℃，维持10min，待，并继续抽真空；

1.6打开循环水，打开总电源，。打开冷室的气闸放气，保证冷室气压和外界大气压相同，将工件平稳放入送料机构中，保证工件平稳不倾斜。将送料板推入冷室内部直到尽头；

1.7当热室气压小于2.5×10Pa时，打开罗茨泵抽真空直至真空度低于5×10Pa。依次关闭电炉、预抽阀、热室阀及罗茨泵，打开冷室阀，此时机械泵抽冷室，冷室气压控制在2.5×10Pa；

1.8依次打开预抽阀和电炉，此时电炉加热扩散泵，关闭热室阀，打开扩散泵；

1.9按照升温成程序升温，然后开始焊接；反击完成后，关闭钎焊炉。

真空钎焊升温程序包括第一升温过程和第二升温过程，第一升温过程包括升温至200℃，维持20min；第二升温过程包括从200℃升温至800℃，维持30min；然后降温到770℃维持50min。

通过本焊接工艺，焊接得到的一种汽车散热器。

实施例11

本实施例提供的一种使用实施例8提供的铜银钎焊母料进行钎焊的钎焊工艺方法。

钎焊工艺包括以下步骤：

1.1使用酒精溶液清洗备用试样，注意浸泡时间不能过短，以防止动植物油、矿物油、粉尘、手汗、有机物等污垢无法洗掉。在酒精中浸泡约十分钟，取出后用脱脂棉擦拭，去除表面的油污、杂质；

1.2)用钻孔机在切好的试样铜板中间部位上钻出均匀分布的数量为3个，直径为6mm的空洞；

1.3打磨铜管表面，将其慢慢旋转入钻好的铜板空洞中，组装成简易的管板结构；

1.4在管与板件的结合处，均匀涂上一层Ag-Cu钎料不要过厚，为保证钎料不流动，将其放在专门夹具上；

1.5当气压降到250Pa时，开始加热并加热到200℃，维持10min，待，并继续抽真空；

1.6打开循环水，打开总电源。打开冷室的气闸放气，保证冷室气压和外界大气压相同，将工件平稳放入送料机构中，保证工件平稳不倾斜。将送料板推入冷室内部直到尽头；

1.7当热室气压小于2.5×10Pa时，打开罗茨泵抽真空直至真空度低于5×10Pa。依次关闭电炉、预抽阀、热室阀及罗茨泵，打开冷室阀，此时机械泵抽冷室，冷室气压控制在2.5×10Pa；

1.8依次打开预抽阀和电炉，此时电炉加热扩散泵，关闭热室阀，打开扩散泵；

1.9按照升温成程序升温，然后开始焊接；反击完成后，关闭钎焊炉。

升温程序如图3，真空钎焊升温程序包括第一升温过程和第二升温过程，第一升温过程包括升温至200℃，维持20min；第二升温过程包括从200℃升温至800℃，维持30min；然后降温到770℃维持45min。

实验例1

本实验例对实施例9焊缝进行分析，取样程序如图2所示，磨制金相：磨制之前要保证砂纸干净整洁，将金相式样在600号、800号、1000号、1500号金相砂纸上磨制，由粗到细依次打磨，调换砂纸型号时要转动试样90度，然后继续磨制。磨制到较为明显的粗划痕消失为止，注意在磨制过程中，力量均匀，大小适宜，由于紫铜偏软，避免将焊缝区域磨坏。进行了相关的金相实验。焊缝包括钎料中心区、扩散区、母材区三个区域，通过对这三个区域进行分析，评价钎焊母料和钎焊工艺。通过金相实验可以清楚观察焊缝金属和热影响区金属的微观组织结构。为去除细小划痕，需在抛光机上进一步打磨。抛光前，将式样和抛光布清洗干净，然后在PC金相抛光机上用精度为800、1000号的抛光布进行精磨。其转速为900r/min，抛光盘的直径220mm。磨制过程中加入研磨膏，并不时的加入清水，避免磨制过程中过热，致使铜表面发红，影响金相显微组织的观察。磨制过程不时在阳光下观察，无划痕后用清水在显微镜下用100倍、400倍的镜头观察观察到焊缝区及周围无划痕后，才能进行腐蚀金相试样的制备，采用线切割将样品切割成12×12mm的样品，2个扩散试样和两个不扩散试样。在制样机上面通过填充加热制作试样，在试样制作过程中要保证焊缝位于水平端面。当试样制作完成后，用600#、800#、1000#、1200#的水磨砂纸依次打磨，直到试样金属表面没有明显划痕，然后清洁试样，在抛光机上面抛光，得到光亮的镜面。为了在金相显微镜下面看到金属组织结构，在抛光完成后要把焊缝端面放置在15％FeCl₃+5％HNO₃溶液中腐蚀15s左右，等腐蚀完成后，用棉花擦洗表面并用吹风机将表面吹干，最后将试样放置在显微镜下面观察组织结构，寻找具有代表性的区域拍照分析。为获得显微组织，需将试样进行腐蚀用25％的FeCl₃溶液进行腐蚀，腐蚀时间2-3秒，腐蚀完毕后用清水清洗式样表面，用棉花擦拭，并用吹风机将其吹干待用。

进行金相测试。

如图3所示，可以看出800℃扩散45min的扩散焊接更加完全，组织更加均匀些。可见，在紫铜的钎焊工艺中，保温的主要目的是让液态钎料向固体母材的充分扩散，从而得到与母材组织相近的、均匀的界面组织，并且成分均匀化。

实验例2

本实验例测试焊缝的硬度。通过MH5型显微硬度测量仪测试焊缝的硬度检测钎焊焊接的质量。

选取3个点分别母材区、扩散区和钎料中心区的硬度值，结果如表1所示。

表1 钎焊接头硬度值

从表1可以看出，扩散处理对母材和界面区的硬度有明显影响，扩散处理后元素分布和组织更均匀，可以避免脆性相的形成，但钎缝中心区经过扩散后的硬度值大于未扩散接头的硬度值，这是由于经过扩散处理以后，母材晶粒沿着钎缝法向生长并形核，扩散也是Ag-Cu二元组织变成过共晶组织和固溶体组织，降低了组织缺陷产生的倾向。

实验例3

本实实验例进一步分析钎焊接头组织中钎料向母材扩散以及母材向液态钎料溶解的具体情况，进行了元素分析。

如图4所示，铜元素在两端分布较为多，中间分布较少，说明钎料中的铜元素基本扩散到焊接接头的各区域。银的含量主要分布在钎缝中心区，界面区与扩散区会有少量的银元素，对比两工艺参数发现，800℃带扩散条件工艺下钎缝中心区的银元素含量要少了很多，说明钎料已经大部分向母材中扩散，但没有扩散完全。

综上所述，本发明实施例的一种铜银钎焊母料焊接工艺的钎焊，使得铜银钎焊母料具有较好的扩散效果；使用该钎焊母料的钎焊工艺，使焊接工件形成稳定的结构，焊接效果较好。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

Claims (10)

1.一种铜银钎焊母料，其特征在于，所述铜银钎焊母料包括铜27-29wt％；银71-73wt％。

2.根据权利要求1所述的铜银钎焊母料，其特征在于，所述铜银钎焊母料包括铜27.5-28.5wt％；银71.5-72.5wt％。

3.根据权利要求1所述的铜银钎焊母料，其特征在于，所述铜银钎焊母料的钎焊温度为800-1000℃。

4.如权利要求1-3任一项所述的铜银钎焊母料在钎焊中应用。

5.一种使用铜银钎焊母料的钎焊工艺，其特征在于，对去膜的工件使用铜银钎焊母料进行真空钎焊。

6.根据权利要求5所述的使用铜银钎焊母料的钎焊工艺，其特征在于，包括以下步骤：

所述去膜包括对工件进行磨光，再用酒精浸泡后干燥。

7.根据权利要求5所述的使用铜银钎焊母料的钎焊工艺，其特征在于，所述真空钎焊包括第一升温过程和第二升温过程，所述第一升温过程包括升温至200℃，维持10-20min；所述第二升温过程包括从200℃升温至800℃，维持20-30min。

8.根据权利要求7所述的使用铜银钎焊母料的钎焊工艺，其特征在于，所述真空钎焊还包括从800℃降温到770℃保持40-50min。

9.根据权利要求6所述的使用铜银钎焊母料的钎焊工艺，其特征在于，所述酒精浸泡的时间为8-15min。

10.一种采用权利要求5-9任一项所述的使用铜银钎焊母料的钎焊工艺焊接的汽车散热器。