CN107877034B - 一种纳米磁性金属复合焊膏及其制备方法 - Google Patents

一种纳米磁性金属复合焊膏及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种纳米磁性金属复合焊膏及其制备方法，纳米磁性金属复合焊膏由钎料、钎剂、成膏体、纳米磁性金属粉末四部分组成，该四部分占纳米磁性金属复合焊膏总质量百分比分别为钎料60％‑80％、钎剂2％‑10％、成膏体10％‑30％、纳米磁性金属粉末0.1%‑5%。本申请还包括上述纳米磁性金属复合焊膏的制备方法。本申请纳米磁性金属复合焊膏达到细化晶粒、弥散增强和活化钎料的效果。在钎料熔化后增加外磁场，使纳米磁性材料按照焊缝受力方向排列，提高钎料受载荷能力。在母材为铁磁性金属或顺磁性金属的情况下，母材在磁场作用下磁化，纳米磁性金属粉末在母材表面形成梳齿状结构，减少钎料中P元素和母材表面形成的脆性化合物，形成有效界面，使本焊膏能用于黑色金属间焊接。

Description

一种纳米磁性金属复合焊膏及其制备方法
技术领域
本申请涉及一种纳米磁性金属复合焊膏及其制备方法，主要适用于金属焊接。
背景技术
在钎焊行业中，传统的铜磷钎料因为成本低、熔化温度低、能在铜及铜合金上取得良好铺展等原因而被大量使用于铜及铜合金之间的焊接。但因为铜磷钎料中Cu3P为脆性相，所以铜磷钎料的钎焊焊缝不具备良好的力学性能，这导致了焊好的部件不能承受较大的力学载荷。同时在使用铜磷钎料焊接黑色金属时，钎料与母材接触表面的P元素会和母材在界面形成一层脆性化合物，导致钎料和母材间无法形成有效连接，以上因素都限制了铜磷钎料的使用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米磁性金属复合焊膏。该焊膏相比于其他铜磷钎料能极大的提高焊缝力学性能，同时纳米金属粉末能改善焊缝界面，能实现铜磷钎料焊接黑色金属，扩大了铜磷钎料的使用范围。该焊膏能代替目前使用的部分银钎料。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：将占总质量为0.1-5%的纳米磁性金属粉末混合进银铜磷焊膏中，最终制得的纳米磁性金属复合焊膏由钎料、钎剂、成膏体、纳米磁性金属粉末四部分组成，该四部分占纳米磁性金属复合焊膏总质量百分比分别为钎料60％-90％、钎剂2％-10％、成膏体（溶剂）10％-30％、纳米磁性金属粉末0.1%-5%。
所述纳米磁性金属粉末可选择尺寸在100nm 以下的纳米铁、镍或铁镍合金粉末中的一种或其组合。
所述钎料的质量百分比配比为：Cu余量、P 2％-8％、Sn 0-5％、Ag 0-20％。
所述钎剂为硼酸、硼砂、KF、NaF、KBF4、B2O3中的一种或其中几种的混合物。
所述成膏体包括能将钎剂和钎料粉末以及金属纳米粉末均匀分散并提高活性的成分。
优选的，纳米磁性金属粉末为片状或纤维状，能起到更好的增强作用。
优选的，在磁感应线方向为受力方向的磁场诱导下，纳米磁性金属粉末沿磁感应线方向（受力方向）形成搭接或咬合的微观结构，进一步提高焊缝力学强度。
本发明同时提供一种纳米磁性金属复合焊膏的制备方法，包括：
将钎料原材料按照设定比例配好熔炼；
采用气雾化或水雾化法将钎料合金制备为钎料粉末；
将钎料粉末过筛网，粒度控制在-100至+400目；
将经过筛网的钎料粉末和购置的纳米磁性金属粉末按比例在混料机中混合均匀构成混合粉末；
混合粉末、钎剂加入成膏体并搅拌均匀，得到纳米磁性金属复合焊膏。
所述混合粉末、钎剂加入成膏体并搅拌均匀可以采用以下步骤：
将钎剂加入成膏体，并搅拌均匀；
将混合粉末加入到带钎剂的成膏剂中并搅拌均匀。
该纳米磁性金属复合焊膏与现有铜基焊膏相比，添加纳米磁性金属，达到细化晶粒、弥散增强的效果。同时纳米磁性金属比表面积大、表面能高，能够起到活化钎料的效果。
为进一步提高钎料力学性能，可以在钎料熔化后增加外磁场使纳米磁性材料按照焊缝受力方向排列，提高钎料受载荷能力。作为优选，片状或纤维状纳米金属粉末在磁场作用下整齐排列，形成搭接或咬合的微观结构，进一步提高焊缝力学强度。在母材为铁磁性金属和顺磁性金属的情况下，母材在磁场作用下磁化，纳米磁性金属粉末吸附在已被磁化的母材表面，并在磁场作用下形成梳齿状结构，减少钎料中P元素和母材表面形成的脆性化合物，形成有效界面，使银铜磷钎料能用于黑色金属间的焊接。
具体实施方式
按照上述方法制备焊膏，并以不锈钢为母材焊接后进行测试对比，结果如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实验结果说明，在银铜磷焊膏中增加了纳米磁性金属粉末，并在沿受力方向磁感线作用下，能极大改善焊膏和黑色金属母材界面的结合能力，以及焊膏的力学性能。
实施例1
（1）按照如下的组分准备原料；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（2）将钎料原材料按照设定比例配好熔炼；
（3）采用气雾化或水雾化法将钎料合金制备为粉末，并将合金粉末过200目筛网；
（4）将经过筛网的合金粉末和购置的Fe纳米丝按比例加入混料机中混合均匀；
（5）将钎剂加入到溶剂（去离子水）中搅拌均匀，然后再在所述溶液按照比例和顺序加入羟乙基淀粉、丙烯酸甲酯、甘油、硬脂酸、炔二醇，形成混有钎剂的成膏体 ；
（6）将磁性金属复合钎料加入混有钎剂的成膏体中搅拌均匀，制得铜焊膏。
按照实施例1所制得的铜焊膏，主要用于焊接硬质合金钢，焊后零件表面残留少，并且具有较高的焊接强度。
实施例2
（1）按照如下的组分准备原料；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（2）将钎料原材料按照设定比例配好熔炼；
（3）采用气雾化或水雾化法将钎料合金制备为粉末，并将合金粉末过200目筛网；
（4）将经过筛网的合金粉末和购置的片状Fe纳米粉末按比例加入混料机中混合均匀；
（5）将钎剂加入到溶剂乙二醇中搅拌均匀，然后再在所述溶液按照比例和顺序加入羟乙基纤维素、丙烯酸甲酯、甘油、硬脂酸、聚异丁烯、矿物油，形成混有钎剂的成膏体；
（6）将磁性金属复合钎料加入混有钎剂的成膏体中搅拌均匀，制得铜焊膏。
按照实施例2所制得的铜焊膏进行焊接测试，发现该焊膏相比于其他铜磷钎料能极大的提高焊缝力学性能。
凡是本申请技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种纳米磁性金属复合焊膏，其特征是：由钎料、钎剂、成膏体、纳米磁性金属粉末四部分组成，该四部分占纳米磁性金属复合焊膏总质量百分比分别为钎料60％-80％、钎剂2％-10％、成膏体10％-30％、纳米磁性金属粉末0.1%-5%，在母材为铁磁性金属或顺磁性金属的情况下，母材在磁场作用下磁化，在磁场诱导下，纳米磁性金属粉末沿磁感应线方向形成搭接或咬合的微观结构，所述钎料的质量百分比配比为：Cu余量、P 2％-8％、Sn 0-5％、Ag 0-20％。
2.根据权利要求1所述纳米磁性金属复合焊膏，其特征是：所述纳米磁性金属粉末为尺寸在100nm 以下的纳米铁、镍或铁镍合金粉末中的一种或其组合。
3.根据权利要求1或2所述纳米磁性金属复合焊膏，其特征是：所述纳米磁性金属粉末为片状或纤维状。
4.根据权利要求1所述纳米磁性金属复合焊膏，其特征是：所述钎剂为硼酸、硼砂、KF、NaF、KBF4、B2O3中的一种或其中几种的混合物。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述纳米磁性金属复合焊膏的制备方法，其特征是包括以下步骤：
将钎料原材料按照设定比例配好熔炼；
采用气雾化或水雾化法将钎料合金制备为钎料粉末；
将钎料粉末过筛网，粒度控制在-100至+400目；
将经过筛网的钎料粉末和纳米磁性金属粉末按比例在混料机中混合均匀构成混合粉末；
混合粉末、钎剂加入成膏体并搅拌均匀，得到纳米磁性金属复合焊膏。
6.根据权利要求5所述纳米磁性金属复合焊膏的制备方法，其特征是：所述混合粉末、钎剂加入成膏体并搅拌均匀采用以下步骤：
将钎剂加入成膏体并搅拌均匀；
将混合粉末加入到带钎剂的成膏剂中并搅拌均匀。
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