CN109048118B - 铜钎料、工件、换热器、空调与制冷设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了铜钎料、工件、换热器、空调与制冷设备。该铜钎料包括铜、磷和稀土金属。该铜钎料的熔点低、润湿性能好、铺展性能好、流动性好、力学性能好、可靠性好、成本低廉，易于实现工业化生产，从而在使用该铜钎料进行钎焊时，无需较高的温度，焊缝强度高，焊接效果好。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及铜钎料、工件、换热器、空调与制冷设备。
背景技术
目前的铜钎料中必须含有金属银才能保证具有较好的流动性和较低的熔点，然而此种铜钎料的成本高，不适于工业化生产。
因而，现有的铜钎料的相关技术仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
在相关技术中，在制备铜钎料时必须加入金属银才能保证铜钎料具有较好的流动性和较低的熔点，然而在制备铜钎料时加入金属银会导致铜钎料的生产成本过高，难以实现工业化生产。
基于此，发明人经过对铜钎料中的各个组分、制备工艺的大量深入研究后惊喜地发现，铜钎料若同时含有磷和稀土金属，则铜、磷、以及稀土金属会形成三元化合物，铜与磷、稀土金属三者之间相互配合发生协同作用，也可以使得所述铜钎料的熔点较低，且具有较好的流动性、润湿性能好、铺展性能好；另外，铜钎料含有磷和稀土金属，由于稀土金属与铜、磷之间的协同作用，还意外地使得该铜钎料的力学性能优异；同时，该铜钎料成本低廉，易于实现工业化生产，从而在使用该铜钎料进行钎焊时，无需较高的温度，焊缝强度高，焊接效果好。
有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种熔点低、润湿性能好、铺展性能好、流动性好、力学性能好、可靠性好、成本低廉、易于实现工业化生产、或者进行钎焊时无需较高的温度、焊缝强度高、焊接效果好的铜钎料。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种铜钎料。根据本发明的实施例，该铜钎料包括铜、磷和稀土金属。发明人意外地发现，由于在该铜钎料中的铜、磷、以及稀土金属形成三元化合物，铜与磷、稀土金属三者之间相互配合发生协同作用，相较于相关技术，该铜钎料的熔点低、润湿性能好、铺展性能好、流动性好、力学性能好、可靠性好、成本低廉，易于实现工业化生产，从而在使用该铜钎料进行钎焊时，无需较高的温度，焊缝强度高，焊接效果好。
根据本发明的实施例，所述稀土金属包括镧、铈、镨、钕中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述稀土金属包括镧、铈、镨、钕中的至少两种。
根据本发明的实施例，包括：含有铜、磷、镧和铈的合金组合物。
根据本发明的实施例，该铜钎料不含银。
根据本发明的实施例，该铜钎料包括92.35-94.49重量份的铜；5.5-7.5重量份的磷；0.01-0.15重量份的稀土金属。
根据本发明的实施例，所述铜钎料满足以下条件的至少之一：延伸率不小于10％；抗拉强度不小于266MPa；铺展面积不小于28mm2。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种工件。根据本发明的实施例，该工件包括：第一部件；第二部件，所述第二部件与所述第一部件通过前面所述的铜钎料进行焊接。发明人发现，该工件的成本低廉，易于工业化生产，强度高，且在使用钎焊的方法对该工件进行加工时，无需较高的温度，焊缝强度高，焊接效果好。
在本发明的又一个方面，本发明提供了一种换热器。根据本发明的实施例，该换热器包括前面所述的工件。发明人发现，该换热器的工件采用前面所述的铜钎料进行焊接后，焊接接口表面质量明显提升，焊接接口饱满光滑，没有焊瘤或焊渣的产生。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种空调。根据本发明的实施例，该空调包括前面所述的换热器。发明人发现，该空调的抗腐蚀性能明显提高。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种制冷设备。根据本发明的实施例，该制冷设备包括前面所述的换热器。发明人发现，该制冷设备的抗腐蚀性能明显提高。
附图说明
图1显示了本发明一个实施例的工件的平面结构示意图。
图2显示了本发明一个具体实施例的工件的结构示意图。
图3显示了本发明一个实施例的换热器的结构示意图。
附图标记：
10：换热器 100：工件 110：第一部件 120：第二部件
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种铜钎料。根据本发明的实施例，该铜钎料包括铜、磷和稀土金属。发明人意外地发现，由于在该铜钎料中的铜、磷、以及稀土金属可以形成三元化合物，铜与磷、稀土金属三者之间相互配合发生协同作用，相较于相关技术，该铜钎料的熔点低、润湿性能好、铺展性能好、流动性好、力学性能好、可靠性好、成本低廉，易于实现工业化生产，从而使用该铜钎料进行钎焊时，无需较高的温度，焊缝强度高，焊接效果好。
根据本发明的实施例，发明人对于所述稀土金属的种类进行了大量周密的考察和实验验证，发明人发现，所述稀土金属可以包括镧、铈、镨、钕等。由此，材料来源广泛、易得，成本较低，且可以使得所述铜钎料的熔点进一步降低，同时润湿性能、铺展性能、流动性、以及力学性能进一步提高，从而使用该铜钎料进行钎焊时，焊缝强度进一步提高，焊接效果进一步变好。
根据本发明的实施例，更进一步地，所述铜钎料中的稀土金属由至少两种稀土金属混合形成时，相较于采用单一种类的稀土金属形成的铜钎料，熔点进一步降低，同时润湿性能、铺展性能、流动性、以及力学性能进一步提高，从而使用该铜钎料进行钎焊时，焊缝强度进一步提高，焊接效果进一步变好。在本发明的一些实施例中，具体的，所述稀土金属可以由镧、铈混合形成；也可以由镧、镨混合形成；还可以由镧、钕混合形成。由此，相较于单一稀土金属形成的铜钎料，熔点进一步降低，同时润湿性能、铺展性能、流动性、以及力学性能进一步提高，从而使用该铜钎料进行钎焊时，焊缝强度进一步提高，焊接效果进一步变好。
根据本发明的实施例，更进一步地，所述稀土金属由镧、铈形成。发明人经过大量周密的考察与实验验证后意外地发现，铜钎料中的稀土金属由镧、铈形成，相较于其他种类的稀土金属形成的铜钎料，其熔点显著降低，同时润湿性能、铺展性能、流动性、以及力学性能显著提高，从而使用该铜钎料进行钎焊时，焊缝强度显著提高，焊接效果显著变好。
根据本发明的实施例，由镧、铈形成的所述稀土金属中，镧、铈的质量比比可以为(1-2)：(1-2)。在本发明的一些实施例中，所述镧、铈的质量比可以为1：2、1：1、2：1。由此，镧、铈的比例适中，镧和铈可以充分的与铜反应，形成化合物；且可以使得所形成的化合物尺寸较为合适，进而使得所述铜钎料的力学性能较佳。
根据本发明的实施例，所述铜钎料中各组分之间的配比可以为：92.35-94.49重量份的铜；5.5-7.5重量份的磷；0.01-0.15重量份的稀土金属。具体的，所述铜可以为92.35重量份、93.64重量份、94.49重量份等；所述磷可以为5.5重量份、6重量份、7.5重量份等；所述稀土金属可以为0.01重量份、0.10重量份、0.15重量份等。由此，在所述铜钎料中稀土金属的重量份数适中，可以更好地降低所述铜钎料的熔点，进一步提高所述铜钎料的流动性；所述磷与所述铜的重量份数适中，从而使得所述铜钎料中的稀土金属和磷、铜之间能够更好地起到协同作用，从而进一步使得所述铜钎料的力学性能优异，在使用该铜钎料进行钎焊时，无需较高的温度，焊缝强度高，焊接效果好。
在本发明的一些实施例中，所述铜钎料可以为：94.3重量份的铜、5.6重量份的磷、0.05重量份的镧、0.05重量份的铈的合金组合物；在本发明的另一些实施例中，所述铜钎料可以为：94.28重量份的铜、5.6重量份的磷、0.06重量份的镧、0.06重量份的铈的合金组合物；在本发明的又一些实施例中，所述铜钎料可以为：94.26重量份的铜、5.6重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈的合金组合物；在本发明的再一些实施例中，所述铜钎料可以为：94.22重量份的铜、5.6重量份的磷、0.08重量份的镧、0.07重量份的铈的合金组合物；在本发明的再一些实施例中，所述铜钎料可以为：94.25重量份的铜、5.6重量份的磷、0.1重量份的镧、0.05重量份的铈的合金组合物；在本发明的再一些实施例中，所述铜钎料可以为：94.25重量份的铜、5.6重量份的磷、0.05重量份的镧、0.1重量份的铈的合金组合物。
含有该六种配比的铜、磷、镧、铈形成的合金组合物的铜钎料，各组分之间的配比进一步优化，且由于各组分之间形成合金，铜与磷、稀土金属之间相互配合发生的协同作用更加充分，进而含有该六种配比的铜、磷、镧、铈的合金组合物的铜钎料的熔点进一步降低、润湿性能、铺展性能、流动性、力学性能、可靠性进一步提高，从而在使用该铜钎料进行钎焊时，所述温度更低，焊缝强度进一步提高，焊接效果进一步变好。
根据本发明的实施例，该铜钎料不含有金属银。由此，相较于相关技术，该铜钎料在熔点低、润湿性能好、铺展性能好、流动性好、力学性能好、可靠性好、进行钎焊时无需较高的温度，焊缝强度高，焊接效果好的同时，还可以进一步降低成本，易于实现工业化。
根据本发明的实施例，所述铜钎料的延伸率不小于10％。在本发明的一些实施例中，所述铜钎料的延伸率可以为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％等。由此，可以使得所述铜钎料在焊接过程中不会发生断裂，进行焊接时的连续性更好。
根据本发明的实施例，所述铜钎料的抗拉强度不小于266MPa。在本发明的一些实施例中，所述铜钎料的抗拉强度可以为266MPa、268MPa、270MPa、284MPa、294MPa、301MPa等。由此，可以使得所述铜钎料在进行焊接铜管时，焊缝的强度更加稳定。
根据本发明的实施例，所述铜钎料的铺展面积不小于28mm2。在本发明的一些实施例中，所述铜钎料的铺展面积可以为28mm2、31mm2、36mm2、40mm2、46mm2、55mm2等。由此，可以使得所述铜钎料在焊接过程中，更好的填充焊缝，使焊缝更加饱满。
根据本发明的实施例，所述铜钎料的种类可以为低温硬钎料，适用于铜硬钎焊技术。由此，应用范围广，尤其特别适合用于换热器中工件的钎焊。
根据本发明的实施例，该铜钎料的熔炼在可惰性气体保护的高频感应加热炉中进行。具体可以为：将按质量百分比配好的各组分放入石英坩埚内，抽真空，并在氩气气氛下加热融化，进而减少氧化和烧损。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种工件。根据本发明的实施例，参照图1，该工件100包括：第一部件110；第二部件120，所述第二部件120与所述第一部件110通过前面所述的铜钎料进行焊接。发明人发现，该工件的成本低廉，易于工业化生产，强度高，且在使用钎焊的方法对该工件进行加工时，无需较高的温度，焊缝强度高，焊接效果好。
根据本发明的实施例，参照图2，所述工件100包括的第一部件110为铜管，第二部件120为铜半圆管，所述铜半圆管120和所述铜管110通过前面所述的铜钎料进行焊接。由此，该工件特别适用于换热器。
在本发明的又一个方面，本发明提供了一种换热器。根据本发明的实施例，该换热器包括前面所述的工件。发明人发现，该换热器的工件采用前面所述的铜钎料进行焊接后，焊接接口表面质量明显提升，焊接接口饱满光滑，没有焊瘤或焊渣的产生。
根据本发明的实施例，参照图3，所述换热器10包括前面所述的工件100。除前面所述的工件100外，本领域技术人员可以理解，所述换热器10还包括翅片、边板，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，所述换热器的种类可以为浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等，特别适合用于空调或者制冷设备等的加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用范围广泛。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种空调。根据本发明的实施例，该空调包括前面所述的换热器。发明人发现，该空调的使用寿命长、不易损坏，抗腐蚀性能明显提高。
根据本发明的实施例，该空调可以为分体挂壁式空调，也可以为分体落地式空调，还可以为移动空调等。由此，应用范围广泛。
根据本发明的实施例，该空调中的部件、结构均为常规空调的部件、结构，在此不再过多赘述。
在本发明的再一个方面，本发明提供了一种制冷设备。根据本发明的实施例，该制冷设备包括前面所述的换热器。发明人发现，该制冷设备的使用寿命长、不易损坏，抗腐蚀性能明显提高。
根据本发明的实施例，该制冷设备可以为冰箱、冰柜、制冷机等。由此，应用范围广泛。
根据本发明的实施例，该制冷设备中的部件、结构均为制冷设备的部件、结构，在此不再过多赘述。
下面详细描述本发明的实施例。
实施例1
铜钎料为由94.3重量份的铜、5.6重量份的磷、0.05重量份的镧、0.05重量份的铈形成的合金组合物。
对该铜钎料的熔化温度、力学性能、铺展面积进行测试，测试结果见表1。
实施例2
铜钎料为由94.28重量份的铜、5.6重量份的磷、0.06重量份的镧、0.06重量份的铈形成的合金组合物。
对该铜钎料的熔化温度、力学性能、铺展面积进行测试，测试结果见表1。
实施例3
铜钎料为由94.26重量份的铜、5.6重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
对该铜钎料的熔化温度、力学性能、铺展面积进行测试，测试结果见表1。
实施例4
铜钎料为94.22重量份的铜、5.6重量份的磷、0.08重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
对该铜钎料的熔化温度、力学性能、铺展面积进行测试，测试结果见表1。
实施例5
铜钎料为由94.25重量份的铜、5.6重量份的磷、0.1重量份的镧、0.05重量份的铈形成的合金组合物。
对该铜钎料的熔化温度、力学性能、铺展面积进行测试，测试结果见表1。
实施例6
铜钎料为由94.2重量份的铜、5.6重量份的磷、0.05重量份的镧、0.1重量份的铈形成的合金组合物。
对该铜钎料的熔化温度、力学性能、铺展面积进行测试，测试结果见表1。
实施例7
铜钎料为由94.3重量份的铜、5.6重量份的磷、0.1重量份的镧形成的合金组合物。
实施例8
铜钎料为由94.3重量份的铜、5.6重量份的磷、0.1重量份的铈形成的合金组合物。
实施例9
铜钎料为由94.3重量份的铜、5.6重量份的磷、0.05重量份的镨、0.05重量份的钕形成的合金组合物。
实施例10
铜钎料为由92重量份的铜、5.6重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
实施例11
铜钎料为由95重量份的铜、5.6重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
实施例12
铜钎料为由94.49重量份的铜、5.4重量份的磷、0.05重量份的镧、0.05重量份的铈形成的合金组合物。
实施例13
铜钎料为由94.49重量份的铜、7.6重量份的磷、0.05重量份的镧、0.05重量份的铈形成的合金组合物。
实施例14
铜钎料为由94.391重量份的铜、5.6重量份的磷、0.009重量份的镧和铈形成的合金组合物。
实施例15
铜钎料为由94.391重量份的铜、5.6重量份的磷、0.16重量份的镧和铈形成的合金组合物。
实施例16
铜钎料为由94.1重量份的铜、5.7重量份的磷、0.05重量份的镧、0.05重量份的铈形成的合金组合物。
实施例17
铜钎料为由94.06重量份的铜、5.7重量份的磷、0.06重量份的镧、0.06重量份的铈形成的合金组合物
实施例18
铜钎料为由94.04重量份的铜、5.7重量份的磷、0.065重量份的镧、0.065重量份的铈形成的合金组合物。
实施例19
铜钎料为由94重量份的铜、5.7重量份的磷、0.075重量份的镧、0.075重量份的铈形成的合金组合物。
实施例20
铜钎料为由93.9重量份的铜、5.7重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
实施例21
铜钎料为由94.2重量份的铜、5.6重量份的磷、0.05重量份的镧、0.05重量份的铈形成的合金组合物。
实施例22
铜钎料为由94.16重量份的铜、5.6重量份的磷、0.06重量份的镧、0.06重量份的铈形成的合金组合物。
实施例23
铜钎料为由94.12重量份的铜、5.6重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
实施例24
铜钎料为由94.08重量份的铜、5.6重量份的磷、0.08重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物
实施例25
铜钎料为由94重量份的铜、5.6重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
实施例26
铜钎料为由94重量份的铜、5.8重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物
实施例27
铜钎料为由93.96重量份的铜、5.8重量份的磷、0.06重量份的镧、0.06重量份的铈形成的合金组合物。
实施例28
铜钎料为由93.92重量份的铜、5.8重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
实施例29
铜钎料为由93.88重量份的铜、5.8重量份的磷、0.07重量份的镧、0.08重量份的铈形成的合金组合物。
实施例30
铜钎料为由93.8重量份的铜、5.8重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物
实施例31
铜钎料为由93.8重量份的铜、6重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
实施例32
铜钎料为由93.76重量份的铜、6重量份的磷、0.06重量份的镧、0.06重量份的铈形成的合金组合物。
实施例33
铜钎料为由93.72重量份的铜、6重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
实施例34
铜钎料为由93.68重量份的铜、6重量份的磷、0.08重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
实施例35
铜钎料为由93.64重量份的铜、6重量份的磷、0.09重量份的镧、0.06重量份的铈形成的合金组合物。
实施例36
铜钎料为由93.6重量份的铜、6重量份的磷、0.07重量份的镧、0.07重量份的铈形成的合金组合物。
对比例1
铜钎料为由94.4重量份的铜、5.5重量份的磷、0.1重量份的银形成的合金组合物。
对比例2
铜钎料为由94.5重量份的铜、5.5重量份的磷形成的合金组合物。
对比例3
铜钎料为由94.49重量份的铜、0.05重量份的镧、0.05重量份的铈形成的合金组合物。
对比例4
铜钎料为由94.1重量份的铜、5.6重量份的磷、0.3重量份的铁形成的合金组合物。
性能测试方法：
1、熔化温度：使用DSC试验机测试。
2、延伸率：参照《GB T228.1-2010》进行。
3、抗拉强度：参照《GB T228.1-2010》进行。
4、铺展面积：取1g样品放置在100mm*100mm的陶瓷片上，将该陶瓷片放置在真空电阻炉中，将真空电阻炉升温至样品的熔化温度后，等待15分钟，将陶瓷片取出，测量样品在陶瓷片上的铺展面积。
表1实施例1-6、对比例1的性能测试结果
由表1可知，本发明实施例1-6所述的铜钎料的熔点均与对比例1相当，其力学性能(如延伸率、抗拉强度)，以及铺展面积优于对比例1中的铜钎料。
另外，发明人经过对本发明的铜钎料的性能进行深入研究后发现：
采用稀土金属的铜钎料的熔化温度低于不采用稀土金属的铜钎料的熔化温度，采用稀土金属的铜钎料的延伸率、抗拉强度、铺展面积高于不采用稀土金属的铜钎料的延伸率、抗拉强度、铺展面积；另外，采用磷和稀土金属的铜钎料的熔化温度更低，延伸率、抗拉强度、铺展面积更高。
进一步地，由两种稀土金属、磷和铜共同形成的铜钎料的熔化温度更低，延伸率、抗拉强度、铺展面积更高。
又进一步地，由镧、铈两种稀土金属、磷和铜共同形成的铜钎料的熔化温度进一步降低，延伸率、抗拉强度、铺展面积进一步提高。
更进一步地，实施例1-6中的铜钎料是发明人对铜钎料中各组分的配比进行了优化后得到的，由该六种配比的铜、磷、镧、铈形成的合金组合物形成的铜钎料的熔点进一步降低、润湿性能、铺展性能、流动性、力学性能、可靠性进一步提高，从而在使用该铜钎料进行钎焊时，可以使得温度更低，焊缝强度进一步提高，焊接效果进一步变好。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种用于换热器的铜钎料，其特征在于，不含银，且所述铜钎料的延伸率不小于10％；所述铜钎料的抗拉强度不小于266MPa；所述铜钎料的铺展面积不小于28mm2，所述铜钎料为合金组合物，所述铜钎料由以下成分组成：
94.2-94.3重量份的铜、5.6重量份的磷和0.01-0.15重量份的稀土金属，所述稀土金属由镧和铈组成，所述镧和铈的质量比为(1-2)：(1-2)。
2.一种工件，其特征在于，包括：
第一部件；
第二部件，所述第二部件与所述第一部件通过权利要求1所述的铜钎料进行焊接。
3.一种换热器，其特征在于，所述换热器包括权利要求2所述的工件。
4.一种空调，其特征在于，包括权利要求3所述的换热器。
5.一种制冷设备，其特征在于，包括权利要求3所述的换热器。
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