CN107931885B - 一种钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料及其制备方法 - Google Patents

一种钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，包括重量百分比的下述成分：稀土元素RE：5.0～15.0％，锌Zn：2.0～20％，硅Si：0.1～0.5％，银Ag：1.0～10％，余量为铜Cu。本发明针对钕铁硼永磁体的连接和组装需求，提供了一种钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，该铜基钎焊材料的熔化温度较低，对钕铁硼永磁体的润湿性好，且不会对钕铁硼永磁体的微观组织与磁性能产生不利影响；接头连接强度高、冲击韧性好，且具有较好的耐热性。

Description

一种钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及钎焊材料的技术领域，具体涉及一种钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料及其制备方法。
背景技术
钕铁硼稀土永磁体是到目前为止磁力最强的永磁铁。近年来随着速凝薄带+氢破、自动压制成型、连续烧结和渗镝工艺等先进技术的应用，使烧结稀土磁体产品性能不断提高，品种和应用领域不断扩展。然而，一些新的应用领域，如高精度仪器仪表、风力发电、导航系统、推进电机、微特电机制造等，不断对稀土永磁体的结构提出新的要求，一些结构复杂的永磁体构件，需要新型的连接与组装技术提供支撑。
由于钕铁硼稀土永磁体难以用熔焊等传统工艺焊接，目前主要用环氧树脂粘结完成产品的连接、组装，强度较低，同时环氧树脂的老化问题使得磁体组装工件使用寿命受到限制。磁体与其他金属材料的复合则采用机械连接，由于钕铁硼稀土永磁体是脆性材料，使用机械连接不仅容易使磁体受到损伤，而且在振动环境中经长期疲劳松动会使得磁体组装工件使用寿命受到限制。如可采用焊接技术对稀土永磁材料进行连接组装，理论上可将其制成任何形状的组装磁体，但该焊接技术不能对磁体组织与性能造成严重热影响。
钎焊技术具有焊接温度低、母材适应性广、焊缝表面质量高等优点。公开号为CN105057918 A公开了一种稀土铁基永磁体用带状钎焊料及其制备方法，该稀土铁基永磁体用带状钎焊料的化学式按质量百分比表示为ReaCubSicFe100-a-b-c，其中，35≤a≤80，5≤b≤10，1≤c≤5，Re为稀土元素La、Ce、Pr、Nd中的一种。但该稀土铁基永磁体用带状钎焊料的熔点高、焊接过程中会对磁体产生热影响，同时加工性能较差，需采用单辊甩带方法制备，生产流程长、技术复杂、成品率低、成本高。
因此，目前急需一种熔点低、易加工的钕铁硼永磁体用钎焊材料。
发明内容
本发明针对钕铁硼永磁体的连接和组装需求，提供了一种钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，该铜基钎焊材料的熔化温度较低，对钕铁硼永磁体的润湿性好，且不会对钕铁硼永磁体的微观组织与磁性能产生不利影响；接头连接强度高、冲击韧性好，且具有较好的耐热性。
具体技术方案如下：
一种钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，包括如下重量百分比的原料：
本发明通过在常规铜基钎料的基础上加入一定量的稀土元素和银元素提高对钕铁硼永磁体的润湿性，加入锌元素降低熔化温度，加入硅元素获得自钎效果。
作为优选，所述的稀土元素RE选自钕Nd、镝Dy、铽Tb、铌Nb、镧La、镨Pr、铈Ce中的至少一种。
进一步优选，所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，包括如下重量百分比的原料：
再进一步优选，按重量百分比计，所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料的原料组成为：
镝Dy：10％，锌Zn：5.0％，硅Si：0.3％，银Ag：6.0％，余量为铜Cu；
或：铈Ce：8.0％，锌Zn：6.0％，硅Si：0.4％，银Ag：5.0％，余量为铜Cu；
或：铽Tb：11％，锌Zn：5.0％，硅Si：0.3％，银Ag：6.0％，余量为铜Cu；
或：铌Nb：9％，锌Zn：5.0％，硅Si：0.3％，银Ag：6.0％，余量为铜Cu；
或：钕Nd：10％，锌Zn：6.0％，硅Si：0.3％，银Ag：6.0％，余量为铜Cu；
或：镧La：9.0％，锌Zn：7.0％，硅Si：0.3％，银Ag：6.0％，余量为铜Cu；
或：镨Pr：11％，锌Zn：8.0％，硅Si：0.3％，银Ag：6.0％，余量为铜Cu。
采用上述配方获得的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料的熔化温度区间为600～850℃，进一步优选为645～835℃。
本发明还公开了上述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料的制备方法，步骤如下：
将金属原材料按配比混合，采用感应熔炼法对混合后的金属原材料进行熔炼得到合金液，再浇铸成柱状或板状铸锭，最后经多道次挤压、拉拔或轧制成带状或丝状，即得到所述的铜基钎焊材料。
作为优选，所述的金属原材料选择纯度高于99.5％的高纯原材料。
作为优选，熔炼时采用惰性气体保护或钎剂覆盖保护，熔炼温度为900～1100℃。
进一步优选，所述的惰性气体选自氩气或氮气；
所述的钎剂选自FB102钎剂。
作为优选，所述的合金液经保温一定时间后再进行浇铸；
所述保温的温度为900～1100℃，时间为10～60min。
作为优选，所述的多道次轧制或拉拔中，单道次变形量为5～15％。
进一步优选，相邻两个轧制道次间均需进行退火处理，退火温度为500～600℃。
采用由上述配方及方法制备得到的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，采用预置钎料氮气保护炉焊(预置钎料、氮气保护、炉中焊接)的方式焊接N35钕铁硼，其焊接温度不高于850℃；进一步优选的焊接温度为820～850℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明公开了一种钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，在常规铜基钎料的基础上加入稀土元素和银元素提高对钕铁硼永磁体的润湿性，加入锌元素降低熔化温度，加入硅元素获得自钎效果；该铜基钎焊材料的熔化温度低、韧性好，对钕铁硼永磁体的润湿性好，且加工工艺简单。
采用本发明的铜基钎焊材料，通过氮气保护炉焊等方式对钕铁硼磁体进行焊接组装，可将钕铁硼磁体制成尺寸较小、形状复杂、组装难度大的稀土永磁体组件，接头连接强度较高、冲击韧性好，且不对磁体组织与性能产生不利影响。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明：
实施例1
将元素按镝10％、锌5.0％、硅0.3％、银6.0％、铜78.7％的重量百分比进行物料配比；
采用氮气保护感应熔炼法对混合的金属原材料进行熔炼，原材料完全熔化后在约1000℃保温30分钟；
将合金液浇铸成尺寸为300mm×100mm×10mm铸锭，模具预热温度200℃；
经多道次轧制将钎料铸锭制成带状，单道次加工率12％，退火温度500℃，最后将钎料分切成与待焊接面尺寸相近的焊片。
使用综合热分析仪测量钎料熔化温度区间；使用马弗炉在FB102钎剂保护下测试钎料对N35钕铁硼的润湿角；使用该铜基钎焊材料，预置钎料氮气保护炉焊N35钕铁硼，钎焊温度830℃，保温2分钟，焊后再经300℃退火1小时(下同)后对接钎焊接头进行剪切强度测试；本实施例所得钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料润湿角、熔化温度区间及接头的剪切强度数据均列入表1。
实施例2
将元素按铈8.0％、锌6.0％、硅0.4％、银5.0％、铜80.6％的重量百分比进行物料配比；
采用气保护感应熔炼法对混合的金属原材料进行熔炼，原材料完全熔化后在约1050℃保温30分钟；
将合金液浇铸成尺寸为300mm×100mm×10mm铸锭，模具预热温度200℃；
经多道次轧制将钎料铸锭制成带状，单道次加工率15％，退火温度600℃，最后将钎料分切成与待焊接面尺寸相近的焊片。
使用综合热分析仪测量钎料熔化温度区间；使用马弗炉在钎剂保护下测试钎料对N35钕铁硼的润湿角；使用该铜基钎焊材料，预置钎料氮气保护炉焊N35钕铁硼，钎焊温度850℃，保温2分钟，焊后再经退火处理后对接钎焊接头进行剪切强度测试；本实施例所得钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料润湿角、熔化温度区间及接头的剪切强度数据均列入表1。
实施例3
将元素按铽11％、锌5.0％、硅0.3％、银6.0％、铜77.7％的重量百分比进行物料配比；
采用气保护感应熔炼法对混合的金属原材料进行熔炼，原材料完全熔化后在约1000℃保温30分钟；
将合金液浇铸成尺寸为300mm×100mm×10mm铸锭，模具预热温度200℃；
经多道次轧制将钎料铸锭制成带状，单道次加工率10％，退火温度500℃，最后将钎料分切成与待焊接面尺寸相近的焊片。
使用综合热分析仪测量钎料熔化温度区间；使用马弗炉在钎剂保护下测试钎料对N35钕铁硼的润湿角；使用该铜基钎焊材料，预置钎料氮气保护炉焊N35钕铁硼，钎焊温度820℃，保温2分钟，焊后再经退火处理后对接钎焊接头进行剪切强度测试；本实施例所得钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料润湿角、熔化温度区间及接头的剪切强度数据均列入表1。
实施例4
将元素按铌9％、锌5.0％、硅0.3％、银6.0％、铜79.7％的重量百分比进行物料配比；
采用气保护感应熔炼法对混合的金属原材料进行熔炼，原材料完全熔化后在约1000℃保温30分钟；
将合金液浇铸成尺寸为300mm×100mm×10mm铸锭，模具预热温度200℃；
经多道次轧制将钎料铸锭制成带状，单道次加工率10％，退火温度550℃，最后将钎料分切成与待焊接面尺寸相近的焊片。
使用综合热分析仪测量钎料熔化温度区间；使用马弗炉在钎剂保护下测试钎料对N35钕铁硼的润湿角；使用该铜基钎焊材料，预置钎料氮气保护炉焊N35钕铁硼，钎焊温度830℃，保温2分钟，焊后再经退火处理后对接钎焊接头进行剪切强度测试；本实施例所得钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料润湿角、熔化温度区间及接头的剪切强度数据均列入表1。
实施例5
将元素按钕10％、锌6.0％、硅0.3％、银6.0％、铜77.7％的重量百分比进行物料配比；
采用气保护感应熔炼法对混合的金属原材料进行熔炼，原材料完全熔化后在约1000℃保温30分钟；
将合金液浇铸成尺寸为300mm×100mm×10mm铸锭，模具预热温度200℃；
经多道次轧制将钎料铸锭制成带状，单道次加工率10％，退火温度500℃，最后将钎料分切成与待焊接面尺寸相近的焊片。
使用综合热分析仪测量钎料熔化温度区间；使用马弗炉在钎剂保护下测试钎料对N35钕铁硼的润湿角；使用该铜基钎焊材料，预置钎料氮气保护炉焊N35钕铁硼，钎焊温度820℃，保温2分钟，焊后再经退火处理后对接钎焊接头进行剪切强度测试；本实施例所得钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料润湿角、熔化温度区间及接头的剪切强度数据均列入表1。
实施例6
将元素按镧9.0％、锌7.0％、硅0.3％、银6.0％、铜77.7％的重量百分比进行物料配比；
采用气保护感应熔炼法对混合的金属原材料进行熔炼，原材料完全熔化后在约1000℃保温30分钟；
将合金液浇铸成尺寸为300mm×100mm×10mm铸锭，模具预热温度200℃；
经多道次轧制将钎料铸锭制成带状，单道次加工率10％，退火温度500℃，最后将钎料分切成与待焊接面尺寸相近的焊片。
使用综合热分析仪测量钎料熔化温度区间；使用马弗炉在钎剂保护下测试钎料对N35钕铁硼的润湿角；使用该铜基钎焊材料，预置钎料氮气保护炉焊N35钕铁硼，钎焊温度820℃，保温2分钟，焊后再经退火处理后对接钎焊接头进行剪切强度测试；本实施例所得钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料润湿角、熔化温度区间及接头的剪切强度数据均列入表1。
实施例7
将元素按镨11％、锌8.0％、硅0.3％、银6.0％、铜74.7％的重量百分比进行物料配比；
采用气保护感应熔炼法对混合的金属原材料进行熔炼，原材料完全熔化后在约950℃保温30分钟；
将合金液浇铸成尺寸为300mm×100mm×10mm铸锭，模具预热温度200℃；
经多道次轧制将钎料铸锭制成带状，单道次加工率8％，退火温度500℃，最后将钎料分切成与待焊接面尺寸相近的焊片。
使用综合热分析仪测量钎料熔化温度区间；使用马弗炉在钎剂保护下测试钎料对N35钕铁硼的润湿角；使用该铜基钎焊材料，预置钎料氮气保护炉焊N35钕铁硼，钎焊温度820℃，保温2分钟，焊后再经退火处理后对接钎焊接头进行剪切强度测试；本实施例所得钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料润湿角、熔化温度区间及接头的剪切强度数据均列入表1。
表1

Claims (10)

1.一种钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：
2.根据权利要求1所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，其特征在于，所述的稀土元素RE选自钕Nd、镝Dy、铽Tb、铌Nb、镧La、镨Pr、铈Ce中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：
4.根据权利要求1～3任一所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料，其特征在于，所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料的熔化温度区间为600～850℃。
5.一种根据权利要求1～4任一所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
将金属原材料按配比混合，采用感应熔炼法对混合后的金属原材料进行熔炼得到合金液，再浇铸成柱状或板状铸锭，最后经多道次挤压、拉拔或轧制成带状或丝状，即得到所述的铜基钎焊材料。
6.根据权利要求5所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料的制备方法，其特征在于，熔炼时采用惰性气体保护或钎剂覆盖保护，熔炼温度为900～1100℃。
7.根据权利要求6所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料的制备方法，其特征在于，所述的惰性气体选自氩气或氮气；
所述的钎剂选自FB102钎剂。
8.根据权利要求5所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料的制备方法，其特征在于，所述的合金液经保温一定时间后再进行浇铸；
所述保温的温度为900～1100℃，时间为10～60min。
9.根据权利要求5所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料的制备方法，其特征在于，所述的多道次轧制或拉拔中，单道次变形量为5～15％。
10.根据权利要求9所述的钕铁硼永磁体用铜基钎焊材料的制备方法，其特征在于，相邻两个轧制道次间均需进行退火处理，退火温度为500～600℃。
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