CN107553002A - 一种钎焊母料及其钎焊工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钎焊母料及其钎焊工艺，涉及汽车工业领域。本发明提供一种钎焊母料，其中的磷元素可以改善钎料的流动性，同时是有效的脱氧剂，增加耐腐蚀；钎焊工艺操作简单，焊件结构较好，性能较优。

Description

一种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，且特别涉及一种钎焊母料及其钎焊工艺。

背景技术

重型汽车发动机的油冷却器是发动机组件的重要组成部分，其运行过程中的可靠性直接关系到车辆运行的安全系数；当前，在车辆减重、新排放标准执行等汽车行业寻求变革和技术创新的前提下，为了适应汽车产业的升级，各个整车制造商对零部件供应商提出更为苛刻的技术要求和安全标准，重型汽车发动机组件中的油冷却器的技术和产品升级迫在眉睫。通常，重汽发动机油冷却器由于要求更小的尺寸 (包括薄壁管)、重量和更高的可靠性，因此其芯子组件的连接工艺一般采用小变形的精密焊接工艺(多为钎焊工艺)，而钎焊工艺中的焊缝评定、结构设计等因素都直接影响管板结构的焊缝可靠性。目前，由于油冷却器管板结构钎焊工艺可靠性差而导致油冷器运行时间和运行里程远远低于设计值，这也成为车辆发动机油冷却器生产企业面临需亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种钎焊母料，该钎焊母料流动性好，毛细作用较强，湿润性较高。

本发明的第二目的在于提供上述钎焊母料在钎焊中应用。

本发明的第三目的在于提供一种使用上述的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：

一种钎焊母料，钎焊母料包括磷7.0-9.0wt％；铜91.0-93.0wt％。

上述的钎焊母料在钎焊中应用。

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。

本发明的有益效果是：本发明提供一种钎焊母料，其中的磷元素可以改善钎料的流动性，同时是有效的脱氧剂，增加耐腐蚀；钎焊工艺操作简单，焊件结构较好，性能较优。

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为本发明实验例1所提供的铜磷二元金相图；

图2为本发明实验例1所提供的焊接接头微观组织金相图；

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1所提供的钎焊接头的点扫描区域电镜图；

图5为本发明实验例1所提供的钎焊接头的点扫描区域电镜图；

图6为本发明实验例1所提供的钎焊接头的点扫描区域电镜图；

图7为本发明实验例2所提供的钎焊接头的点扫描区域电镜。

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钎焊母料，其特征在于，钎焊母料包括磷7.0-9.0wt％；铜91.0-93wt％。

进一步地，本发明较佳的实施例中，钎焊母料包括磷7.3-7.8wt％；铜91.5-92.75wt％。

进一步地，本发明较佳的实施例中，钎焊母料的液相线温度大于 450℃。

进一步地，本发明较佳的实施例中，钎焊母料的熔化温度为 710-790℃。

上述的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，第一升温过程包括升温至200℃，维持10-20min；第二升温过程包括从200℃升温至760℃，20-30min。

进一步地，本发明较佳的实施例中，酒精浸泡的时间为8-15min。

进一步地，本发明较佳的实施例中，工件为紫铜工件。

真空钎焊的真空度为0-10Pa；在真空状态下，传热更为均匀，可以提高焊接质量，同时，由于焊接是在高温情况下发生，真空可以避免空气的中的氧气氧化工件，导致焊接质量下降。

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钎焊母料，该钎焊母料包括磷7.0wt％；铜 92.75wt％，杂质0.25wt％。

实施例2

本实施例提供的本实施例提供的一种钎焊母料，该钎焊母料包括磷7.0wt％；铜91.5wt％。

实施例3

本实施例提供的一种钎焊母料，该钎焊母料包括磷7.8wt％；铜 91.75wt％。

实施例4

本实施例提供的一种钎焊母料，该钎焊母料包括磷7.0wt％；铜 92.75wt％。

实施例5

本实施例提供的一种钎焊母料，该钎焊母料包括磷8.0wt％；铜 91.35wt％。

实施例6

本实施例提供的一种钎焊母料，该钎焊母料包括磷9.0wt％；铜 90.75wt％。

实施例7

本实施例提供的一种钎焊母料，该钎焊母料包括磷8.4wt％；铜 91.6wt％。

实施例8

本实施例提供的一种使用实施例7提供的钎焊母料进行钎焊的工艺方法。

钎焊工艺包括以下步骤：

1.1选择尺寸合适的紫铜工件，采用机械的方法去膜，打磨紫铜工件表面；

1.2然后依次用200目、400目和600目的砂纸打磨工件；

1.3将打磨过的工件用酒精浸泡8min，然后用脱脂棉擦拭工件，干燥工件；

1.4打开真空炉的循环水和真空泵，并将工件放入真空炉中；

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从200℃持续加热到760℃，并维持20min；

1.7当真空为0-10Pa时，开始焊接，

1.8焊接完成后，关闭真空炉。

实施例9

本实施例提供的一种使用实施例7提供的钎焊母料进行钎焊的工艺方法。

钎焊工艺包括以下步骤：

1.1选择尺寸合适的紫铜工件，采用机械的方法去膜，打磨紫铜工件表面；

1.2然后依次用200目、400目和600目的砂纸打磨工件；

1.3将打磨过的工件用酒精浸泡15min，然后用脱脂棉擦拭工件，干燥工件；

1.4打开真空炉的循环水和真空泵，并将工件放入真空炉中；

1.5当气压降到250Pa时，开始加热并加热到200℃，维持20min，待，并继续抽真空；

1.6从200℃持续加热到760℃，并维持30min；

1.7当真空为0-10Pa时，开始焊接；

1.8焊接完成后，关闭真空炉。

实验例1

本实验例对实施例1-7提供的钎焊母料进行分析，分析钎焊母料中铜元素与磷元素形成化合物的化学性能。

参见图1，由铜磷二元相图可知，当磷的质量分数达到8.4％时，铜磷可形成低熔点共晶，因此铜磷钎料在714℃时存在着共晶反应： L8.4％→α1.75％+Cu₃P，共晶成份的磷铜合金有着良好的力学性能和机械性能，液相线温度大于450℃，熔化温度为710℃-790℃之间。随着磷含量的增加，液相线呈现急剧下降的趋势，相应合金的流动性增加。磷几乎不溶于铜固溶体，而是与铜生成金属化合物Cu₃P，Cu₃P 的大量存在会导致组织脆性增大。

实验例2

本实验例对焊缝进行分析，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。

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。

如图2所示，钎焊接头主要包括四个区域：A、钎缝中心区B、与钎缝中心区相邻的钎缝界面区C、母材上靠近界面的扩散区D、紫铜母材区。扩散区与界面区的界限分的不是很清楚，扩散区的形成是因为钎料铜磷原子向铜母材中扩散所形成的，其组织为铜基固溶体。界面区是母材中的铜向铜磷钎料中的溶解同时结晶形成了铜基固溶体。与此同时，钎缝中心区主要还保留着钎料自身中所形成的二元铜磷共晶，同时也存在少许铜基固溶体。

钎焊接头组织的形成与两个方面有关：一是母材向液态钎料中的溶解，二是液态钎料中的元素向固态母材中的扩散。

如图3所示，随着铜向液态钎料中的溶解，靠近母材旁边侧的液态钎料中的铜的含量会逐渐增高，液态钎料中的二元铜磷共晶成分会变成亚共晶成分，液态钎料向母材扩散时，会沿着自由能高的晶界区优先扩散。

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，进行了扫描电镜中点扫描。

根据共晶合金凝固原理：共晶合金在凝固时，通常是先析出一个领先相，领先相中含量较低的元素会因此而被排出，排出的元素会在领先相表面不断的富集，为其新相析出提供了有效衬底，从而导致以此元素为主要元素的相会在领先相面上析出，再开始出现两相竞相析出的共晶结晶过程，铜磷共晶合金就是按照这种共生生长的方式进行结晶的。

如图4-7所示，选定焊缝中心区并测定相应区域的相关元素含量。测定结果件表1。

表1钎焊接头特征区元素分析

从表1可以看出，铜的含量在不断的增加，且富集在谱4晶粒处，此现象说明钎料中的铜元素在向基体铜中扩散，同时铜元素沿着母材某些晶面原子密排晶粒为晶核结晶长大，形成新的晶粒。

实验例4

本实验例对工件试样基体、钎缝中心区和扩散区进行测试，测试其硬度值。

维式硬度测量是在1.961-49.03N的负荷下，将方锥形金刚石压入器压材料表面，金刚石相对面夹角为136，在保持规定时间后，通过测量压痕对角线长度，并且按公式来计算硬度的大小。本试验硬度测试的试样为金相所制试样，载荷为10-200gf(1gf＝0.01N)之间，由于压痕极小，通常条件下可以看成无损检测。为了测量值更准确，在可能条件下，尽量选用较大的负荷，以减少因磨制时产生的表面硬化层的影响。

硬度是金属材料表面的局部区域在受到压应力而抵抗塑性变形或破裂的性能。本实验通过采用维式压入法进行测量试样母材区、钎缝中心区和扩散区的硬度值。结果见表2。

表2钎焊接头的硬度

从表2可以看出，在试验过程中选用加载力为50gf,加载时间为 10s，硬度试验试样为做完金相后的试样，各个区域组织都很清晰，这给硬度试验选取打点区域带来了方便，但是钎焊接头的钎料中心区和扩散区的范围比较窄，测量难度较大，加载力太小，测量不准确，加载力太大，d值也随之增大，二者难以兼顾。试验中采取对钎缝中心区、扩散区、母材区三个区域进行打点测量，钎料中心区和扩散区横向选取5个点，母材区纵向选取5个点。通过表2 760℃钎焊接头硬度值可知：母材区的硬度大概在39.7HV，扩散区的硬度值大概在60.36HV，钎缝中心区的硬度值大概在136.7HV。硬度值由母材区、扩散区、钎缝中心区依次增大；可见，磷的存在可以增加接头的硬度，使钎焊接头的机械性能变好。

综上所述，本发明实施例的一种钎焊母料通过铜元素与磷元素的形成共晶，使得钎焊母料具有较好的焊接性能；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)

1.一种钎焊母料，其特征在于，所述钎焊母料包括磷7.0-9.0wt％；铜91.0-93.0wt％。

2.根据权利要求1所述的钎焊母料，其特征在于，所述钎焊母料包括磷7.3-7.8wt％；铜91.5-92.75wt％。

3.根据权利要求1所述的钎焊母料，其特征在于，所述钎焊母料的液相线温度大于450℃。

4.根据权利要求1所述的钎焊母料，其特征在于，所述钎焊母料的熔化温度为710-790℃。

5.如权利要求1-4任一项所述的钎焊母料在钎焊中应用。

6.一种使用如权利要求1-4任一项所述的钎焊母料的钎焊工艺，其特征在于，对去膜的工件使用钎焊母料进行真空钎焊。

7.根据权利要求6所述的钎焊工艺，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。

8.根据权利要求6所述的钎焊工艺，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760℃，维持20-30min。

9.根据权利要求7所述的钎焊工艺，其特征在于，所述酒精浸泡的时间为8-15min。

10.根据权利要求6所述的钎焊工艺，其特征在于，所述工件为紫铜工件。