CN109093288A

CN109093288A - 易加工的药芯银钎料

Info

Publication number: CN109093288A
Application number: CN201811292740.1A
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 薛松柏; 薛鹏; 龙伟民; 钟素娟
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2018-12-28

Abstract

一种易加工的药芯银钎料，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。它由BAg30CuZnSn银钎料带包覆钎剂粉末制备而成；钎剂粉末质量百分数占整个药芯银钎料的15%～30%；所述包覆的钎剂粉末的质量百分数配比如下：30%～35%的四氟硼酸钾（KBF₄），2%～5%的氟化钾，20%～25%的硼酸，30%～32%的氧化硼，2.0%～6.0%的碳酸钾，0.5%～1.5%的硅酸钠，余量为六氟硼酸钾（K₃BF₆）；其中碳酸钾与硅酸钠的质量比例为碳酸钾︰硅酸钠=4︰1。该药芯银钎料中的钎剂粉末具有优良的流动性和抗吸潮性，在药芯银钎料制备的卷带、拉拔过程中，药芯银钎料没有断丝现象，钎剂粉末也不会粘挂在辊轮上，药芯银钎料拉拔直径可达0.5mm。

Description

易加工的药芯银钎料

技术领域

本发明涉及一种用于钎焊的药芯银钎料，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。主要用于铜及铜合金、碳钢、合金钢及不锈钢、镍基合金的同种或异种材料的钎焊连接，是一种钎焊性能(如润湿性能)良好、焊点(钎缝)力学性能优良、易于加工的药芯银钎料。

背景技术

银钎料因具有适宜的熔点，良好的导电、导热性，优良的润湿、铺展性能和钎焊工艺性能等优点，广泛应用于钎焊铜及铜合金、碳钢、合金钢及不锈钢、镍基合金。在传统的银钎料钎焊过程中，通常配以含氟化物钎剂来去除钎料及工件表面氧化物，以提高银钎料在工件表面的润湿、铺展性能，最终获得性能优异的钎焊接头。

但是，传统的钎焊工艺，是将钎剂调和成膏状(或将钎剂预先制备成膏状)预先涂抹在待钎焊部位，或者先加热欲钎焊工件的钎焊部位，然后再用钎料“粘取”适量钎剂置于钎焊部位，利用待钎焊部位已经加热后的热量使钎剂熔化，从而起到助焊作用。

钎剂在“粘取”过程中难免掉落在地上或不需要钎剂的工件等地方，而且靠人工“粘取”，钎剂用量无法精确控制，从而造成不必要的浪费、污染等。因此，钎焊工作者相继研究、提出了制备“药芯银钎料”的思路。即借鉴电弧焊中的药芯焊丝的研究思路，先将银钎料轧制成钎料带，然后用银钎料带包裹钎焊时需要使用的钎剂粉末制备成药芯银钎料，此药芯银钎料即是“钎剂与银钎料复合在一起”的复合银钎料。钎焊时，由于加入速度较快，银钎料具有热胀冷缩的性质，钎剂在达到自身熔化温度时即使钎料尚未熔化，钎剂亦会从药芯银钎料的“缝隙”中流出，起到去膜作用，在继续加热时银钎料熔化，熔化的银钎料正好在液态钎剂的助焊作用下，完成润湿、铺展、填缝过程，从而完成整个钎焊过程。

由于药芯银钎料具有钎焊工序简单、易操作、钎剂无浪费且用量可控的特点，且杜绝了钎剂的浪费与污染，满足了高效、优质、洁净生产的需要。但是由于在药芯银钎料制备过程中，作为药芯的钎剂成分的“流动性”无法与银钎料的塑性匹配，在药芯银钎料成型后的拉拔、减径过程中，极易造成药芯银钎料的断裂(即断丝现象)，断裂后的药芯银钎料即使采用“对焊”方式连接上，由于连接处没有钎剂，对实际的钎焊操作会造成润湿、铺展不良的后果，且即使对接上的药芯银钎料在后续的拉拔、减径过程中，会容易造成再次断裂。因此，必须从改进药芯银钎料中的钎剂粉末配方——即化学成分组合入手，提高钎剂粉末的流动性并使之与银钎料的塑性达到匹配，以利于药芯银钎料的连续、高效生产，使药芯银钎料的制备变得更容易，本项发明“一种易加工的药芯银钎料”，即是在这种技术背景下完成的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良流动性、易加工的药芯银钎料。

一种易加工的药芯银钎料是由BAg30CuZnSn银钎料带包覆钎剂粉末制备而成。所述包覆的钎剂粉末的质量百分数配比如下：四氟硼酸钾(KBF₄)为30％～35％，氟化钾为2％～5％，硼酸为20％～25％，氧化硼为30％～32％，碳酸钾为2.0％～6.0％，硅酸钠为0.5％～1.5％，余量为六氟硼酸钾(K₃BF₆)。其中，碳酸钾与硅酸钠的添加比例为碳酸钾︰硅酸钠＝4︰1。钎剂粉末质量百分数占整个药芯银钎料的15％～30％。

所述BAg30CuZnSn银钎料带由金属银、铜、锌和锡配制而成(满足GB/T10046-2018《银钎料》中BAg30CuZnSn型号的成分要求)，其化学成分的质量百分比为29.0％～31.0％的Ag，35.0％～37.0％的Cu，30.0％～34.0％的Zn，1.5～2.5％的Sn。

药芯焊丝(即药芯银钎料)的制备采用4～8mm宽、0.2～0.5mm厚的银钎料带材(银钎料带材满足GB/T10046-2018《银钎料》中BAg30CuZnSn型号要求)。采用通用药芯焊丝制备设备，通过3组辊轮将银钎料带压成U型槽，随后将钎剂粉末填充入U型槽中，再通过3～4组的辊轮使U型槽逐渐闭合，形成缝隙≤0.1mm的对接药芯焊丝(即药芯银钎料)，随后借助拉丝模对药芯焊丝进行减径。药芯银钎料的制备与传统的熔焊用药芯焊丝有所不同：一方面，与钢带相比，银钎料带塑性和强度较低，在卷制过程中容易出现纵向开裂，因此通常需要预先对银钎料带进行退火处理以提高其塑性，此外，在减径时需要降低药芯银钎料的拉拔速度；另一方面，熔焊用药芯焊丝中的药芯粉末一般含有大量密度较重的金属粉末，金属粉末流动性较好，可以满足卷制好的药芯焊丝拉拔(减径)的需要；而药芯银钎料中的粉末是密度较轻的钎剂粉末(密度一般≤1.5g/cm3)，钎剂粉末的流动性较差，在药芯银钎料拉拔过程中易出现堵塞而造成断丝。一旦断丝，很难采用“对焊”方法连接上，即使连接上，也存在“连接接头”处没有钎剂从而影响钎焊性能和再次拉拔更容易断丝的问题，这为药芯银钎料的减径带来极大困难。此外，常规药芯银钎料中钎剂成分主要是由多种氟化物组成，有的氟化物易吸潮、腐蚀性强，易与Ag、Cu、Zn、Sn发生氧化反应，从而影响钎焊接头质量。因此，常规钎剂粉末易吸潮，在卷制、拉拔过程中易粘挂在辊轮上，形成成品后若不能及时使用，钎剂药粉很容易失效，使得药芯银钎料钎焊性能变差。

针对上述药芯银钎料在制备过程中存在的问题，有必要在减少易吸潮、易腐蚀的氟化物的同时，向钎剂粉末中添加可提高粉末流动性、抑制药芯钎剂与银钎料带之间氧化反应和抗吸潮性的新物质，来解决其在拉拔过程中存在的断丝现象，实现药芯银钎料的顺利减径，提高药芯银钎料的焊接质量并延长其保质期。

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，以BAg30CuZnSn银钎料带为金属带材，通过向包裹于银钎料带内的“药芯”——即钎剂粉末中添加微量碳酸钾、硅酸钾和六氟硼酸钾(K₃BF₆)，提高钎剂的流动性和抗吸潮性，解决药芯银钎料在拉拔过程中的断丝现象，使药芯银钎料的制备变得容易，实现药芯银钎料的顺利减径并延长药芯银钎料的保质期。

本发明的创造性在于：

(1)发现了具有优异性能的钎剂粉末组合，钎剂粉末流动性、抗吸潮性能得到改善，药芯银钎料的减径得以顺利进行。

由于银钎料的钎焊工艺要求，钎料的丝径一般要求为1.8mm～2.0mm。采用常规钎剂(如市售FB102、FB308钎剂等)作为“药芯”时，药芯银钎料的丝径拉拔至1.8mm～2.0mm极为困难，而本发明的钎剂粉末作为“药芯”时，药芯银钎料的丝径拉拔至0.5mm时仍然非常容易且不会发生“断丝”现象。

本发明采用4～8mm宽、0.2～0.5mm厚的BAg30CuZnSn银钎料带材，采用经过创造性改进的钎剂粉末作为“药芯”，使得药芯银钎料的钎剂粉末流动性得到显著改善，实现了药芯银钎料的顺利减径。常规药芯银钎料由于钎剂粉末的流动性较差，在药芯银钎料拉拔过程中易在拉丝模中出现“堵塞”而断丝。带有钎剂粉末的“药芯”银钎料一旦断丝，很难采用“对焊”方法连接上，即使连接上，也存在“连接接头”处没有钎剂影响钎焊的实施并导致再次拉拔更容易断丝的问题，这为药芯银钎料的批量生产特别是减径工艺(即拉拔工艺)带来极大困难，本发明则通过钎剂粉末成分配比的改进完全解决了上述难题。

(2)发现了不但不与BAg30CuZnSn银钎料带发生化学反应，还能抑制氟化物与Ag、Cu、Zn、Sn的氧化反应的化合物——微量碳酸钾、硅酸钠和六氟硼酸钾(K₃BF₆)。这三种化合物的“协同效应”，可以同时提高钎剂粉末的流动性和抗吸潮性，在药芯银钎料生产的卷制、拉拔过程中，能够起到钎剂粉末“润滑剂”的作用。在BAg30CuZnSn银钎料带材包覆钎剂粉末卷制成直径约为2.2mm～2.3mm的药芯丝材后，在拉拔成1.8mm～2.0mm的丝材过程中(业内俗称“减径”)，添加了微量碳酸钾、硅酸钠和六氟硼酸钾的钎剂粉末，能够在拉丝模中随着丝材的径向伸长变形(丝材变细)过程快速流动，从而避免了药芯银钎料断丝现象的发生。不仅提高了生产效率，由于完全没有无钎剂的“断丝接头”的存在，还提高了药芯银钎料的整体质量(即质量的一致性)。

(3)发现了微量碳酸钾与硅酸钠的最佳添加范围。

药芯钎剂中添加微量的碳酸钾、硅酸钠和六氟硼酸钾(K₃BF₆)，经过成分优化，最终确定碳酸钾与硅酸钠的添加比例为碳酸钾︰硅酸钠＝4︰1。其它成分在权利要求1的范围内，能够显著提高钎剂粉末的流动性和药芯银钎料的抗吸潮性，并延长了药芯银钎料的保质期。常规药芯银钎料保质期为3～6个月，本发明的药芯银钎料储存一年后，钎焊性能仍然没有明显变化，满足使用要求。

附图说明

图1为具有优良流动性、易加工的药芯银钎料结构示意图，图中(1)代表BAg30CuZnSn银钎料，图中(2)代表钎剂粉末(药芯)。

具体实施方式

根据本发明的“一种易加工的药芯银钎料”的质量配比，叙述本发明具体实施方式如下。

实施例1：

一种易加工的药芯银钎料，是由BAg30CuZnSn银钎料带包覆钎剂粉末制备而成。所述BAg30CuZnSn银钎料带的化学成分满足GB/T10046-2018《银钎料》中BAg30CuZnSn型号要求。所述包覆的钎剂粉末的质量百分数配比如下：四氟硼酸钾(KBF₄)为30％，氟化钾为5％，硼酸为20％，氧化硼为32％，碳酸钾为2.0％％，硅酸钠为0.5％，余量为六氟硼酸钾(K₃BF₆)。其中，碳酸钾与硅酸钠的添加比例为碳酸钾︰硅酸钠＝4︰1。钎剂粉末质量百分数占整个药芯银钎料的15％。

采用4mm宽、0.5mm厚的BAg30CuZnSn银钎料带材，在药芯焊丝制备设备上，制备成丝径为2.3mm的药芯银钎料丝材，再在拔丝机上，根据用户需要依次拉拔成直径为2.0mm～0.5mm的丝材。

上述成分配比得到的“一种易加工的药芯银钎料”，采用氧气-丙烷火焰钎焊，选用丝径为2.0的钎料，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据：紫铜-黄铜(σ_b＝210±20MPa，τ＝200±15MPa)、黄铜-Q235碳钢(σ_b＝330±15MPa，τ＝325±15MPa)、304不锈钢-镍基合金(σ_b＝350±15MPa，τ＝260±10MPa)。

实施例2：

一种具有优良流动性、易加工的药芯银钎料，药芯银钎料是由Ag30CuZnSn银钎料带包覆钎剂粉末制备而成。所述Ag30CuZnSn银钎料带的化学成分满足GB/T10046-2018《银钎料》中BAg30CuZnSn型号要求。所述包覆的钎剂粉末的质量百分数配比如下：四氟硼酸钾(KBF₄)为35％，氟化钾为2％，硼酸为25％，氧化硼为30％，碳酸钾为6.0％，硅酸钠为1.5％，余量为六氟硼酸钾(K₃BF₆)。其中，碳酸钾与硅酸钠的添加比例为碳酸钾︰硅酸钠＝4︰1。钎剂粉末质量百分数占整个药芯银钎料的30％。

采用8mm宽、0.2mm厚的Ag30CuZnSn银钎料带材，在药芯焊丝制备设备上，制备成丝径为2.3mm的药芯银钎料丝材，再在拔丝机上，根据用户需要依次拉拔成直径为2.0mm～0.5mm的丝材。

实施例3：

一种具有优良流动性、易加工的药芯银钎料，药芯银钎料是由Ag30CuZnSn银钎料带包覆钎剂粉末制备而成。所述Ag30CuZnSn银钎料带的化学成分满足GB/T10046-2018《银钎料》中BAg30CuZnSn型号要求。所述包覆的钎剂粉末的质量百分数配比如下：四氟硼酸钾(KBF₄)为33％，氟化钾为3.5％，硼酸为22％，氧化硼为31％，碳酸钾为4.0％，硅酸钠为1.0％，余量为六氟硼酸钾(K₃BF₆)。其中，碳酸钾与硅酸钠的添加比例为碳酸钾︰硅酸钠＝4︰1。钎剂粉末质量百分数占整个药芯银钎料的23％。

采用6mm宽、3.5mm厚的Ag30CuZnSn银钎料带材，在药芯焊丝制备设备上，制备成丝径为2.3mm的药芯银钎料丝材，再在拔丝机上，根据用户需要依次拉拔成直径为2.0mm～0.5mm的丝材。

实施例4：

一种具有优良流动性、易加工的药芯银钎料，药芯银钎料是由Ag30CuZnSn银钎料带包覆钎剂粉末制备而成。所述Ag30CuZnSn银钎料带的化学成分满足GB/T10046-2018《银钎料》中BAg30CuZnSn型号要求。所述包覆的钎剂粉末的质量百分数配比如下：四氟硼酸钾(KBF₄)为31％，氟化钾为3.0％，硼酸为24％，氧化硼为30.5％，碳酸钾为2.4％，硅酸钠为0.6％，余量为六氟硼酸钾(K₃BF₆)。其中，碳酸钾与硅酸钠的添加比例为碳酸钾︰硅酸钠＝4︰1。钎剂粉末质量百分数占整个药芯银钎料的27％。

采用7mm宽、2.5mm厚的Ag30CuZnSn银钎料带材，在药芯焊丝制备设备上，制备成丝径为2.3mm的药芯银钎料丝材，再在拔丝机上，根据用户需要依次拉拔成直径为2.0mm～0.5mm的丝材。

实施例5：

一种具有优良流动性、易加工的药芯银钎料，药芯银钎料是由Ag30CuZnSn银钎料带包覆钎剂粉末制备而成。所述Ag30CuZnSn银钎料带的化学成分满足GB/T10046-2018《银钎料》中BAg30CuZnSn型号要求。所述包覆的钎剂粉末的质量百分数配比如下：四氟硼酸钾(KBF₄)为34％，氟化钾为3.5％，硼酸为24.5％，氧化硼为31.5％，碳酸钾为4.8％，硅酸钠为1.2％，余量为六氟硼酸钾(K₃BF₆)。其中，碳酸钾与硅酸钠的添加比例为碳酸钾︰硅酸钠＝4︰1。钎剂粉末质量百分数占整个药芯银钎料的19％。

采用5mm宽、3.5mm厚的Ag30CuZnSn银钎料带材，在药芯焊丝制备设备上，制备成丝径为2.3mm的药芯银钎料丝材，再在拔丝机上，根据用户需要依次拉拔成直径为2.0mm～0.5mm的丝材。

对比例1：

根据实施例5成分配比得到的“一种易加工的药芯银钎料”，按照GB/T10046-2018《银钎料》中7.1节的“包装”要求，储存6个月后，采用氧气-丙烷火焰钎焊，选用丝径为2.0的药芯银钎料，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据：紫铜-黄铜(σ_b＝210±20MPa，τ＝200±15MPa)、黄铜-Q235碳钢(σ_b＝330±15MPa，τ＝325±15MPa)、304不锈钢-镍基合金(σ_b＝350±15MPa，τ＝260±10MPa)。

对比例2：

根据实施例5成分配比得到的“一种易加工的药芯银钎料”，按照GB/T10046-2018《银钎料》中7.1节的“包装”要求，储存12个月后，采用氧气-丙烷火焰钎焊，选用丝径为2.0的药芯银钎料，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据：紫铜-黄铜(σ_b＝210±20MPa，τ＝200±15MPa)、黄铜-Q235碳钢(σ_b＝330±15MPa，τ＝325±15MPa)、304不锈钢-镍基合金(σ_b＝350±15MPa，τ＝260±10MPa)。

由对比例1和对比例2的几种材料钎缝强度数据可以看出，本发明的钎剂粉末具有易加工的优点外，还具有优良的抗吸潮性能。储存半年、一年后，药芯银钎料的钎焊性能仍然没有明显变化，几种材料的钎缝强度数据与实施例1至实施例5完全处于同一水平。

Claims

1.一种易加工的药芯银钎料，其特征在于：

由BAg30CuZnSn银钎料带包覆钎剂粉末制备而成；钎剂粉末质量百分数占整个药芯银钎料的15%～30%；

所述包覆的钎剂粉末的质量百分数配比如下：

30%～35%的四氟硼酸钾（KBF₄），

2%～5%的氟化钾，

20%～25%的硼酸，

30%～32%的氧化硼，

2.0%～6.0%的碳酸钾，

0.5%～1.5%的硅酸钠，

余量为六氟硼酸钾（K₃BF₆）；

其中碳酸钾与硅酸钠的质量比例为碳酸钾︰硅酸钠=4︰1。

2.根据权利要求1所述的易加工的药芯银钎料，其特征在于：

所述BAg30CuZnSn银钎料带由金属银、铜、锌和锡配制而成，其化学成分的质量百分比为：

29.0%～31.0%的Ag，

35.0%～37.0%的Cu，

30.0%～34.0%的Zn，

1.5～2.5%的Sn。