CN108788517A - 一种低成本高性能钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低成本高性能钎料，包括骨架及覆盖在骨架外部的薄钎料，所述骨架为丝状网格或带孔薄片。同时本发明还公开了低成本高性能钎料的制备方法。本发明钎料通过两层薄钎料、丝状网格或带孔薄片挤压而成，其焊接工艺性能和理化性能良好，钎焊变形小，接头光滑美观，润湿性、铺展性好，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，环保、节约，且钎料流失量少，利用率高，具有低成本、高性能的效果。

Description

一种低成本高性能钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钎料，属于焊接材料技术领域；具体涉及一种低成本高性能钎料；同时本发明还公开了该低成本高性能钎料的制备方法。

背景技术

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。钎焊作为传统的三大焊接方法之一，在工业领域有着举足轻重的作用。广泛应用于航空航天、汽车、管道、刀具等领域。钎焊技术以其工艺简单，连接强度高，结果重复性好，接头尺寸及形状的适应性广泛。密封性能好，适合工业规模的生产等一系列优点。主要用于异种金属的焊接，提高钎料利用率，降低成本。

随着社会经济快速增长，航空航天、汽车、管道、刀具等领域的兴盛，低成本高性能适用性强的焊接技术更使得企业主亲睐。钎焊作为一种工艺简单、形状适应性强、低成本高性能的焊接技术具有广泛的应用前景。

当前国内外钎料种类繁多、生产工艺多样化，但在工业应用中浪费较大生产成本，而对于低成本的钎料又难以满足性能要求，从而不能满足环保型的低成本高性能。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提供了一种低成本高性能钎料，从而解决了现有技术中钎料成本高、性能差的技术问题；同时，本发明还提供了低成本高性能钎料的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种低成本高性能钎料，包括骨架及覆盖在骨架外部的薄钎料，所述骨架为丝状网格或带孔薄片。

基于以上技术方案，所述丝状网格或带孔薄片材料为铜基或CrNi合金。

基于以上技术方案，所述丝状网格或带孔薄片材料为铜基，铜基表面镀有AlZn合金，AlZn合金中的Al质量分数≤0.01%。

基于以上技术方案，所述铜基中Cu≥99.9%，Ce≤0.04%，以上均为质量分数比。

基于以上技术方案，所述丝状网格或带孔薄片材料为CrNi合金，CrNi合金表面镀有AlAg合金，AlAg合金合金中的Al质量分数≤0.01%。

基于以上技术方案，所述CrNi合金中Cr含量为45%-55%，Mn≤0.04%，余量为Ni，以上均为质量分数比。

基于以上技术方案，所述薄钎料化学成分按质量百分比计包括：Cu 12%-28%,Zn20%-35%，Ti 0.5%-2%，B 0.001%-0.012%，Si 0.01%-0.04%，Li 0.05%-0.1%，Ni 1%-5%，Ce0.001%-0.01%，Bi 0.001%-0.01%，余量为Ag及微量不可避免的杂质。

基于以上技术方案，所述丝状网格的网格目数为80~100目。

基于以上技术方案，所述带孔薄片的孔径为0.25~0.5mm。

基于以上技术方案，所述丝状网格或带孔薄片的厚度为 0.2~0.35mm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明钎料通过两层薄钎料、丝状网格或带孔薄片挤压而成，其焊接工艺性能和理化性能良好，钎焊变形小，接头光滑美观，润湿性、铺展性好，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，环保、节约，且钎料流失量少，利用率高，具有低成本、高性能的效果。

同时，本发明还公开了一种低成本高性能钎料的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1 将薄钎料所需材料按照质量百分比混合后，采用常规浇铸方法或水平连铸方法铸锭、挤压或冷拉拔成带材，再经粗轧和精轧，形成薄钎料；

S2 去除丝状网格或带孔薄片表面油污、氧化膜及毛刺；

S3 利用薄钎料将丝状网格或带孔薄片包裹，在真空恒温环境下分三次使钎料片发生微塑性变形，利用模具挤压钎料两侧形成复合型钎料，每次挤压量控制在复合型钎料原始或挤压后厚度的4%。

S4 将复合型钎料进行退火及缠绕处理，形成最终的低成本高性能钎料。

基于以上方法，所述步骤S3中，真空恒温环境的恒温温度为420~460℃，压强为15~18MPa。

基于以上方法，所述步骤S3中，丝状网格或带孔薄片在包裹前进行预热，预热温度比薄钎料微塑性变形温度高10~50℃。

基于以上方法，所述带孔薄片采用超快脉冲激光器或真空电子束打孔。

综上所述，本方法采用两层薄钎料通过恒温模具挤压在丝状网格或带孔薄片两侧形成复合型钎料的结构，该结构具有消除残余应力，控制流动性，保证钎料不流失，增加润湿性和铺展性的特点，从而形成了环保型、经济型的钎料。且本方法有利于控制孔径变形，减少热应力，提高了钎料剪切强度性能，同时微量元素的加入有利于细化晶粒，提高了钎料的强度和性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

一种低成本高性能钎料，包括骨架及覆盖在骨架外部的薄钎料，所述骨架为丝状网格;所述丝状网格材料为铜基, 铜基表面镀有AlZn合金，AlZn合金中的Al质量分数=0.01%,铜基中Cu=99.9%，Ce=0.04%，以上均为质量分数比; 薄钎料化学成分按质量百分比计包括：Cu12%,Zn 20%，Ti 0.5%，B 0.001%，Si 0.01%，Li 0.05%%，Ni 1%，Ce 0.001%，Bi 0.001%，余量为Ag及微量不可避免的杂质; 丝状网格的网格目数为80目; 丝状网格的厚度为 0.2mm。

本实施例的薄钎料利用多种金属组成，其中，

Al（铝）可以增加抗剪切强度，随着铝含量的增加剪切强度先增加后降低，可提高耐腐蚀性，焊接时形成微量致密氧化膜对钎料流失有阻碍作用；添加少量的Mn（锰）使得薄钎料铺展性好，同时降低了银的抗氧化性。改善钎料脆性，提高延展性。锰是重要的脱氧剂，同时也是焊缝金属重要的合金剂。对焊缝金属的强度和韧性有重要影响。锰可以降低奥氏体向铁素体转变温度，促进AF（针壮铁素体）形成；锰含量增加可以提高焊缝的低温冲击韧性，但太高时则相反，此外，锰还能与硫形成MnS，降低焊缝的杂质含量。Mn能够有效地减少焊缝金属中的含硫量，因此适量的加入可以提高焊缝金属的低温韧性，同时提高强度。

Si（硅）是重要的脱氧剂同时也是焊缝金属重要的合金剂，硅可以降低焊缝金属的含氧量，提高焊缝金属的冲击韧性，但太高时则相反；采用硅锰联合脱氧其效果较好；Si可以与Mn形成已成熟的韧化机理，同时能够起到联合脱氧的作用。

Ti（钛）能细化焊缝金属组织，保证焊缝金属获得针状铁素体组织，保证熔覆金属获得良好的力学性能。

Bi（铋）微量添加元素能显著地降低钎料的表面张力, 具有较强的表面活性作用。

Ce（铈）添加可以显著提高铺展性和润湿性最好在0.05-0.07%，降低表面张力，又能提高钎料的抗氧化性。

Zn（锌）添加适量的锌可以是钎料熔点降低，但过高会降低钎料强度增加脆性，因此本实施例含量较低。

Ni（镍）可以改善钎料铺展性和焊缝力学性能。

Li（锂）可以提高钎料的润湿性，但过高会增加钎料的氧化性，因此本实施例含量较低。

本实施例铜基表面镀有AlZn合金，Al（铝）有利于提高其剪切强度，同时也有利于细化晶粒，提高铜基的质量，可提高耐腐蚀性，焊接时形成微量致密氧化膜对钎料流失有阻碍作用。同时Zn（锌）可以使钎料熔点降低，但过高会降低钎料强度增加脆性，因此AlZn合金应该微量。

本实施例低成本高性能钎料可消除残余应力，控制流动性，保证薄钎料不流失，增加润湿性、铺展性，同时降低了成本，提高了焊料性能。

实施例2

一种低成本高性能钎料，包括骨架及覆盖在骨架外部的薄钎料，所述骨架为带孔薄片;所述带孔薄片材料为铜基, 铜基表面镀有AlZn合金，AlZn合金中的Al质量分数=0.005%,铜基中Cu=99.97%，Ce=0.03%，以上均为质量分数比; 薄钎料化学成分按质量百分比计包括：Cu 28%,Zn 35%，Ti 2%，B 0.012%，Si 0.04%，Li 0.1%，Ni 5%，Ce 0.01%，Bi 0.01%，余量为Ag及微量不可避免的杂质; 带孔薄片的孔径为0.25mm; 带孔薄片的厚度为 0.3mm。

实施例3

一种低成本高性能钎料，包括骨架及覆盖在骨架外部的薄钎料，所述骨架为丝状网格;所述丝状网格材料为CrNi合金, CrNi合金表面镀有AlAg合金，AlAg合金中的Al质量分数=0.01%,CrNi合金中Cr含量为45%，Mn=0.04%，余量为Ni，以上均为质量分数比; 薄钎料化学成分按质量百分比计包括：Cu 12%,Zn 20%，Ti 0.5%，B 0.001%，Si 0.01%，Li 0.05%%，Ni1%，Ce 0.001%，Bi 0.001%，余量为Ag及微量不可避免的杂质; 丝状网格的网格目数为100目; 丝状网格的厚度为 0.35mm。

实施例4

一种低成本高性能钎料，包括骨架及覆盖在骨架外部的薄钎料，所述骨架为带孔薄片;所述带孔薄片材料为CrNi合金, CrNi合金表面镀有AlAg合金，AlAg合金中的Al质量分数=0.005%,CrNi合金中Cr含量为55%，Mn=0.01%，余量为Ni，以上均为质量分数比; 薄钎料化学成分按质量百分比计包括：Cu 8%,Zn 35%，Ti 2%，B 0.012%，Si 0.04%，Li 0.1%，Ni 5%，Ce0.01%，Bi 0.01%，余量为Ag及微量不可避免的杂质; 带孔薄片的孔径为0.5mm; 带孔薄片的厚度为 0.35mm。

实施例5

一种低成本高性能钎料，包括骨架及覆盖在骨架外部的薄钎料，所述骨架为带孔薄片;所述带孔薄片材料为CrNi合金, CrNi合金表面镀有AlAg合金，AlAg合金中的Al质量分数=0.005%,CrNi合金中Cr含量为50%，Mn=0.01%，余量为Ni，以上均为质量分数比; 薄钎料化学成分按质量百分比计包括：Cu 20%,Zn 25%，Ti 1%，B 0.006%，Si 0.02%，Li 0.075%，Ni 3%，Ce 0.005%，Bi 0.005%，余量为Ag及微量不可避免的杂质; 带孔薄片的孔径为0.5mm; 带孔薄片的厚度为 0.35mm。

实施例6

一种低成本高性能钎料的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1 将薄钎料所需材料按照质量百分比混合后，采用常规浇铸方法铸锭、挤压成带材，再经粗轧和精轧，形成薄钎料；

薄钎料中成分：Cu为12%,Zn为20%，Ti为0.5%，B为0.001%，Si为0.01%，Li为0.05%，Ni为2%，Ce为0.005%，Bi为0.001%，其余为Ag及微量不可避免的杂质。

S2 去除丝状网格表面油污、氧化膜及毛刺；

S3 利用薄钎料将丝状网格包裹，丝状网格在包裹前进行预热，预热温度比薄钎料微塑性变形温度高10~50℃;在真空恒温环境下分三次使钎料片发生微塑性变形，利用模具挤压钎料两侧形成复合型钎料，每次挤压量控制在复合型钎料原始或挤压后厚度的4%。

真空恒温环境的恒温温度为420℃，压强为15MPa。

S4 将复合型钎料进行退火（退火温度460℃）及缠绕处理，改善复合钎料回弹性，形成最终的低成本高性能钎料。

本实施例的方法制备的钎料，其钎料流失量降低了7.2%，拉伸强度比同类型纯铜钎料提高3～8%。

实施例7

一种低成本高性能钎料的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1 将薄钎料所需材料按照质量百分比混合后，采用常规浇铸方法铸锭、挤压成带材，再经粗轧和精轧，形成薄钎料；

薄钎料中成分：Cu为28%,Zn为35%，Ti为2%，B为0.012%，Si为0.04%，Li为0.06%，Ni为5%，Ce为0.01%，Bi为0.01%，其余为Ag及微量不可避免的杂质。

S2 去除丝状网格表面油污、氧化膜及毛刺；

S3 利用薄钎料将丝状网格包裹，丝状网格或带孔薄片在包裹前进行预热，预热温度比薄钎料微塑性变形温度高10~50℃;在真空恒温环境下分三次使钎料片发生微塑性变形，利用模具挤压钎料两侧形成复合型钎料，每次挤压量控制在复合型钎料原始或挤压后厚度的4%。

真空恒温环境的恒温温度为440℃，压强为16MPa。

S4 将复合型钎料进行退火（退火温度460℃）及缠绕处理，改善复合钎料回弹性，形成最终的低成本高性能钎料。

本实施例的方法制备的钎料，其钎料流失量降低了10%，拉伸强度比同类型纯铜钎料提高6～12%。

实施例8

一种低成本高性能钎料的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1 将薄钎料所需材料按照质量百分比混合后，采用常规浇铸方法铸锭、挤压成带材，再经粗轧和精轧，形成薄钎料；

薄钎料中成分：Cu为18.5%,Zn为22%%，Ti为1.2%，B为0.003%，Si为0.015%，Li为0.07%，Ni为2.5%，Ce为0.002%，Bi为0.001%，其余为Ag及微量不可避免的杂质。

S2 去除带孔薄片表面油污、氧化膜及毛刺；

S3 利用薄钎料将带孔薄片包裹，带孔薄片在包裹前进行预热，预热温度比薄钎料微塑性变形温度高10~50℃;在真空恒温环境下分三次使钎料片发生微塑性变形，利用模具挤压钎料两侧形成复合型钎料，每次挤压量控制在复合型钎料原始或挤压后厚度的4%。

真空恒温环境的恒温温度为460℃，压强为18MPa。

S4 将复合型钎料进行退火（退火温度460℃）及缠绕处理，改善复合钎料回弹性，形成最终的低成本高性能钎料。

本实施例的方法制备的钎料，其钎料流失量降低了15%，拉伸强度比同类型纯铜钎料提高6～12%。

本实施例带孔薄片选择分子功率3000W的毫秒超快脉冲激光器或真空电子束打孔，当带孔薄片选用铜基时，激光器选择500纳米短波段打孔，当带孔薄片选用CrNi合金时，激光器选择900-1000纳米短波段打孔。

如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低成本高性能钎料，其特征在于，包括骨架及覆盖在骨架外部的薄钎料，所述骨架为丝状网格或带孔薄片。

2.根据权利要求1所述的一种低成本高性能钎料，其特征在于，所述丝状网格或带孔薄片材料为铜基或CrNi合金。

3.根据权利要求2所述的一种低成本高性能钎料，其特征在于，所述丝状网格或带孔薄片材料为铜基，铜基表面镀有AlZn合金，AlZn合金中的Al质量分数≤0.01%。

4.根据权利要求2或3所述的一种低成本高性能钎料，其特征在于，所 述铜基中Cu≥99.9%，Ce≤0.04%，以上均为质量分数比。

5.根据权利要求2所述的一种低成本高性能钎料，其特征在于，所述丝状网格或带孔薄片材料为CrNi合金，CrNi合金表面镀有AlAg合金，AlAg合金合金中的Al质量分数≤0.01%。

6.根据权利要求2或5所述的一种低成本高性能钎料，其特征在于，所述CrNi合金中Cr含量为45%-55%，Mn≤0.04%，余量为Ni，以上均为质量分数比。

7.根据权利要求1所述的一种低成本高性能钎料，其特征在于，所述薄钎料化学成分按质量百分比计包括：Cu 12%-28%,Zn 20%-35%，Ti 0.5%-2%，B 0.001%-0.012%，Si 0.01%-0.04%，Li 0.05%-0.1%，Ni 1%-5%，Ce 0.001%-0.01%，Bi 0.001%-0.01%，余量为Ag及微量不可避免的杂质。

8.根据权利要求1所述的一种低成本高性能钎料，其特征在于，所述丝状网格的网格目数为80~100目；所述带孔薄片的孔径为0.25~0.5mm；所述丝状网格或带孔薄片的厚度为0.2~0.35mm。

9.一种低成本高性能钎料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1 将薄钎料所需材料按照质量百分比混合后，采用常规浇铸方法或水平连铸方法铸锭、挤压或冷拉拔成带材，再经粗轧和精轧，形成薄钎料；

S2 去除丝状网格或带孔薄片表面油污、氧化膜及毛刺；

S3 利用薄钎料将丝状网格或带孔薄片包裹，在真空恒温环境下分三次使钎料片发生微塑性变形，利用模具挤压钎料两侧形成复合型钎料，每次挤压量控制在复合型钎料原始或挤压后厚度的4%；

S4 将复合型钎料进行退火及缠绕处理，形成最终的低成本高性能钎料。

10.根据权利要求9所述的一种低成本高性能钎料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，真空恒温环境的恒温温度为420~460℃，压强为15~18MPa；丝状网格或带孔薄片在包裹前进行预热，预热温度比薄钎料微塑性变形温度高10~50℃。