CN109128577B - 一种Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金钎焊用的钎料及其制备方法 - Google Patents

一种Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金钎焊用的钎料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Mn‑Cu合金与Fe‑Cr基合金钎焊用的钎料及其制备方法，该钎料包括以下质量百分比的组分：铜54～60％，锰30～35％，镍5～10％，锡5～10％。制备该钎料时先将配方量的镍、铜、锰和锡置于高频炉中，升温使金属熔化，保温2～3h后，进行浇注，得铸锭；然后将冷却至室温的铸锭加热至700～750℃，保温8～10h后将铸锭置于流动的冷却液中淬火至室温；最后清除铸锭表面的淬硬和氧化层，并将铸锭切割成薄片，将薄片置于无水乙醇中并进行超声清洗，捞出沥干后得钎料成品。采用本发明中的钎料，可以有效解决Mn‑Cu合金和Fe‑Cr基合金钎焊难的技术问题。

Description

一种Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金钎焊用的钎料及其制备方法
技术领域
本发明属于钎焊材料技术领域，具体涉及一种Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金钎焊用的钎料及其制备方法。
背景技术
在军事装备、精密仪器、汽车车辆等领域中，减振降噪需求越发迫切，而最直接的减振降噪方式就是提高材料本身的阻尼特性。Mn-Cu合金、Fe-Cr基合金因拥有高阻尼和优异的机械性能，被广泛应用于有减振降噪需求的构件中。两者均有各自的特性，由于阻尼机制的原因，Mn-Cu合金的阻尼性能随着承受应力的增加而增大，但只有在低于100℃以下时才具有高阻尼特性；Fe-Cr基合金在高于500℃的使用条件下仍具有高阻尼性能，但当其承受应变达到一定值时，阻尼急剧下降。因此，将两种阻尼材料以叠层的方式连接到一起，可以提高他们的综合性能进而拓宽应用领域。
但是，Mn-Cu合金、Fe-Cr基合金的物理性能如热膨胀系数、热导率、熔点等差异较大，需要寻求一种合适的连接方法。钎焊，是连接异种材料、解决前述困难的理想选择，而钎料是实现良好钎焊的基础和关键。目前应用较多的银基钎料可以满足此温度需求，但其价格昂贵且对Fe-Cr基一侧润湿性较差以至于不能形成足够强度的接头；铜基钎料也被应用于钎焊铜和不锈钢，但当前使用的铜基钎料的熔点偏高，不能满足温度要求。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金钎焊用的钎料，以解决Mn-Cu合金和Fe-Cr基合金钎焊难的技术问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金钎焊用的钎料，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：
铜54～60％，锰30～35％，镍5～10％，锡5～10％。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，钎料，包括以下质量百分比的组分：铜55％，锰34％，镍6％，锡5％。
进一步，钎料，包括以下质量百分比的组分：铜50％，锰35％，镍5％，锡10％。
Mn-Cu阻尼合金的熔点约为900℃，其固相点约为880℃，Fe-Cr基合金的熔点约为1400℃，但其敏化区间为600～800℃。钎焊时，钎料的液相点需要至少低于母材固相点20～30℃，且应避开母材的敏化区间，因此需要研发的钎料熔点约为800～860℃。
考虑到润湿性，通过二元合金相图可知，锰和镍元素能够同时与铁和铜形成固溶体(能够形成固溶体的元素之间有良好的亲和性、润湿性)，而且锰在高温下可以生成保护性氧化物，提高耐蚀性能；镍不仅耐腐蚀性能好，而且能与铜和锰无限固溶，既可提高钎料的耐腐蚀性能，又可改善钎料的加工性能，易于钎接。由铜-锰二元合金相图可知，锰的质量分数为34％左右时，铜-锰二元合金有最低的熔点且固-液区间最窄(固液区间窄的合金有良好的流动性)，但此时的熔点仍然为871℃；加入镍元素，可以提高钎料本身的耐热性、耐腐蚀性、流动性、机械性能以及在不锈钢表面的润湿性，根据铜-镍-锰的三元相图可知，当镍含量超过10％后，钎料熔点会超过1000℃，因此将镍的含量控制在10％以下。
为了进一步降低钎料熔点，加入锡元素，因为据Cu-Sn二元合金相图可知，随着Sn含量增加，合金的熔点迅速降低，但同时在铸态下锡元素在铜中的固溶度约为6％，因此其含量不宜过高，否则会使加工性能降低。
本发明中的钎料制备方法包括以下步骤：
S1:将配方量的镍、铜、锰和锡置于高频炉中，控制高频炉温度为1380～1460℃，待金属完全熔化后再保温2～3h，然后降温至1050～1150℃进行浇注，浇注后自然冷却至室温，得铸锭；
S2:将铸锭加热至700～750℃的退火温度，保温8～10h，随后将铸锭置于流动的冷却液中淬火至室温；
S3:清除铸锭表面的淬硬和氧化层，并将铸锭切割成厚度为0.2～0.4mm的薄片，将薄片置于无水乙醇中并进行超声清洗，捞出沥干后得钎料成品。
其中，S1中熔化金属时先将镍置于高频炉底部，然后依次放入锰和铜，待这三种金属完全熔化后再加入锡，锡以块状或条状的形式加入金属液中。
另外，S1中高频炉的温度优选为1450℃，金属溶化后保温时间优选为2.5h，浇筑温度优选为1110℃。
S2中退火温度优选为720℃，保温时间优选为10h。
另外，S2中所用冷却液优选自来水。
S3中清除的淬硬和氧化层的厚度为2～3mm。
本发明的有益效果是：
1.本发明中的钎料配比合理，钎料熔点低于Mn-Cu阻尼合金的固相点，而高于Fe-Cr基合金的敏化区间，在牢固钎焊Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金的同时，不会对两种合金本身的性质造成影响，能够满足特殊场合的钎焊要求。
2.本发明中钎料具有良好的加工性能，而且钎焊后的接头强度较大，焊接更加牢固。
附图说明
图1为润湿界面的背散射电子形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
一种Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金钎焊用的钎料，包括以下质量百分比的组分：铜55％，锰34％，镍6％，锡5％。该钎料通过以下方法制得：
S1:将配方量的镍、铜、锰和锡置于高频炉中，控制高频炉温度为1450℃，待金属完全熔化后再保温2.5h，然后降温至1110℃进行浇注，浇注后自然冷却至室温，得铸锭；
S2:将铸锭置于马弗炉中并加热至720℃，保温8～10h，随后将铸锭置于流动的自来水中淬火至室温；
S3:车削淬火后的铸锭，将其表面的淬硬和氧化层去除，车削厚度2mm；然后用线切割将铸锭切割成厚度为0.4mm的薄片，并用一系列不同粒度的砂纸磨掉线切割痕迹，使其厚度达到0.2～0.3mm，将经过磨砂处理的薄片置于无水乙醇中并进行超声清洗，捞出沥干后得钎料成品。
实施例二
一种Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金钎焊用的钎料，包括以下质量百分比的组分：铜55％，锰32％，镍5％，锡8％。该钎料通过以下方法制得：
S1:将配方量的镍、铜、锰和锡置于高频炉中，控制高频炉温度为1400℃，待金属完全熔化后再保温3h，然后降温至1150℃进行浇注，浇注后自然冷却至室温，得铸锭；
S2:将铸锭置于马弗炉中并加热至750℃，保温8h，随后将铸锭置于流动的自来水中淬火至室温；
S3:车削淬火后的铸锭，将其表面的淬硬和氧化层去除，车削厚度3mm；然后用线切割将铸锭切割成厚度为0.4mm的薄片，并用一系列不同粒度的砂纸磨掉线切割痕迹，使其厚度达到0.2～0.3mm，将经过磨砂处理的薄片置于无水乙醇中并进行超声清洗，捞出沥干后得钎料成品。
实施例三
一种Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金钎焊用的钎料，包括以下质量百分比的组分：铜50％，锰35％，镍5％，锡10％。该钎料通过以下方法制得：
S1:将配方量的镍、铜、锰和锡置于高频炉中，控制高频炉温度为1460℃，待金属完全熔化后再保温2h，然后降温至1050℃进行浇注，浇注后自然冷却至室温，得铸锭；
S2:将铸锭置于马弗炉中并加热至700℃，保温10h，随后将铸锭置于流动的自来水中淬火至室温；
S3:车削淬火后的铸锭，将其表面的淬硬和氧化层去除，车削厚度3mm；然后用线切割将铸锭切割成厚度为0.4mm的薄片，并用一系列不同粒度的砂纸磨掉线切割痕迹，使其厚度达到0.2～0.3mm，将经过磨砂处理的薄片置于无水乙醇中并进行超声清洗，捞出沥干后得钎料成品。
对比例一
一种钎料，包括以下质量百分比的组分：
Cu6 2.4％，Mn 30％，Ni 5％，Zn 1％，Sn 1.5％，B 0.05％，Re 0.05％。
结果分析
分别测定上述实验组中产品的熔点、接头剪切强度等性能，结果列于表1。
表1钎料性能测试
Figure BDA0001846983580000051
Figure BDA0001846983580000061
从表中可以看出，本发明制备出的钎料熔点落在800～860℃的范围内，满足Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金的钎焊需求，是一种理想的阻尼合金钎焊材料。而且，钎焊后的接头强度处于290～330MPa范围内，可保证钎焊后的合金具有良好的力学性能，能够应用到多种特殊场合，拓宽了阻尼合金的应用领域。而采用对比文件一中的钎料，不仅熔点超过Mn-Cu阻尼合金的固相点，而且钎焊后接头强度较低，不能满足特殊场合的使用需求。
另外，考察了实施例一中钎料在Fe-Cr基合金表面的湿润性，结果如图1所示。从图中可以看出，钎料在Fe-Cr基合金表面良好铺展，界面结合紧密，无孔洞、裂纹等缺陷产生，表明本发明中的钎料在合金表面具有良好的铺展能力，焊料内部的原子容易被拉向固/液界面，焊接效果更好。
虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种Mn-Cu合金与Fe-Cr基合金钎焊用的钎料，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：
铜50％，锰35％，镍5％，锡10％。
2.制备如权利要求1所述钎料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将配方量的镍、铜、锰和锡置于高频炉中，控制高频炉温度为1460℃，待金属完全熔化后再保温2h，然后降温至1050℃进行浇注，浇注后自然冷却至室温，得铸锭；
S2:将铸锭加热至700℃的退火温度，保温10h，随后将铸锭置于流动的冷却液中淬火至室温；
S3:清除铸锭表面的淬硬和氧化层，并将铸锭切割成厚度为0.4mm的薄片，将薄片置于无水乙醇中并进行超声清洗，捞出沥干后得钎料成品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：S1中熔化金属时先将镍置于高频炉底部，然后依次放入锰和铜，待这三种金属完全熔化后再加入锡，锡以块状或条状的形式加入金属液中。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述冷却液为自来水。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：S3中清除的淬硬和氧化层的厚度为3mm。
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