CN110355495A

CN110355495A - 钎料产品及其制备方法以及焊接方法

Info

Publication number: CN110355495A
Application number: CN201910363825.2A
Authority: CN
Inventors: 郑立刚; 李红燕; 李小书
Original assignee: BEIJING ANDER TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: BEIJING ANDER TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2019-10-22

Abstract

本发明提供了一种钎料产品及其制备方法以及焊接方法，其中，钎料产品包括：Cu元素、Mn元素、Ni元素以及Ag元素，其中，Cu元素的重量百分比为30％～90％，Mn元素的重量百分比为2％～10％，Ni元素的重量百分比为0.2％～2％，Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％。应用本发明的技术方案能够有效地降低不锈钢和铜或铜合金钎焊时的钎焊温度。

Description

钎料产品及其制备方法以及焊接方法

技术领域

本发明涉及钎焊领域，具体而言，涉及一种钎料产品及其制备方法以及焊接方法。

背景技术

不锈钢和紫铜都是有着优异性能而且应用广泛的金属材料，不锈钢具有无磁性、耐腐蚀、高韧性和高塑性等优异性能，而紫铜因其优异的导热性能被广泛应用于冷却装置上，两种材料的复合结构通过焊接连接，可以达到优异的密封冷却效果；

在铜与不锈钢焊接的过程中，由于不锈钢表面氧化膜复杂，不锈钢除含铁外，还含有铬、镍、锰、钛、钼、铌、钨等元素，其中生成的氧化膜中Cr₂O₃和TiO₂比较稳定难以去除。为了有效的去除这类氧化膜且兼顾铜的钎焊性，目前主要采用以下几种工艺方法：

(一)对不锈钢表面进行适当的镀镍、铬、铜等预处理，以利于获得高强度接头，预处理工序复杂且处理过程中会对环境产生污染对人体产生伤害，目前已被严格限制使用；

(二)通过高的真空度的去除氧化膜来实现良好的钎焊效果，但由于铜本身蒸汽压较高 (900℃时为5×10^-2Pa)，在高温高真空状态下，铜的挥发会导致设备零部件工作异常，从而严重影响设备性能；

(三)使用较高的钎焊温度。但1060℃的钎焊温度已非常接近铜的熔点(铜的熔化温度为1083℃)，此工艺要求对设备温度的控制要极为精准，否则会导致铜基体的变形、软化，严重时甚至导致熔蚀，不适用于大规模工业化生产。

(四)使用钎剂，钎剂一般对母材有一定的腐蚀作用，且钎焊后会产生残渣，需要焊后进行特殊清理增加工序及成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钎料产品及其制备方法以及焊接方法，以降低不锈钢和铜或铜合金钎焊时的钎焊温度。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钎料产品，包括Cu元素、Mn 元素、Ni元素以及Ag元素，其中，Cu元素的重量百分比为30％～90％，Mn元素的重量百分比为2％～10％，Ni元素的重量百分比为0.2％～2％，Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％。

进一步地，Cu元素的重量百分比为31％～40％，Mn元素的重量百分比为6％～8.7％，Ni 元素的重量百分比为1％～2％，Ag元素的重量百分比为53％～58.3％。

进一步地，钎料产品的焊接温度为900～1020℃。

根据本发明的另一方面，提供了一种钎料产品的制备方法，包括以下步骤：将包括Cu元素、Mn元素、Ni元素以及Ag元素的金属原料混合并熔化，得到钎料产品，其中，Cu元素的重量百分比为30％～90％，Mn元素的重量百分比为2％～10％，Ni元素的重量百分比为0.2％-2％，Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％。

进一步地，得到钎料产品中的Cu元素的重量百分比为31％～40％，得到钎料产品中的Mn 元素的重量百分比为6％～8.7％，得到钎料产品中的Ni元素的重量百分比为1％～2％，得到钎料产品中的Ag元素的重量百分比为53％～58.3％。

进一步地，金属原料包括铜基钎料和银基钎料，铜基钎料包括Cu元素、Mn元素以及Ni 元素，银基钎料包括Ag元素以及Cu元素。

进一步地，铜基钎料以及银基钎料的形态独立地选自粉末状、丝状和箔带状中的任一种或多种。

进一步地，在将金属原料熔化的步骤之后，制备方法还包括以下步骤：对熔化后的金属原料进行冷处理，以得到钎料产品。

根据本发明的另一方面，提供了一种焊接产品的焊接方法，包括：将钎料产品放在第一待焊接结构与第二待焊接结构之间，钎料产品为上述的制备方法制备得到；对钎料产品进行钎焊，以将第一待焊接结构与第二待焊接结构连接，得到焊接产品，第一待焊接结构由不锈钢材料制成，第二待焊接结构由铜和/或铜合金制成。

进一步地，钎焊的温度在900～1020℃之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种焊接方法，包括：将铜基钎料和银基钎料放置于第一待焊接结构与第二待焊接结构之间，铜基钎料包括Cu元素、Mn元素以及Ni元素，银基钎料包括Ag元素以及Cu元素，其中，Cu元素的重量百分比为30％～90％，Mn元素的重量百分比为2％～10％，Ni元素的重量百分比为0.2％-2％，Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％；对铜基钎料和银基钎料进行钎焊，以将第一待焊接结构与第二待焊接结构连接。

应用本发明的技术方案，借助于镍、锰等元素，使钎料产品形成一种能够良好润湿不锈钢的钎料，并同时能够降低钎焊温度，既可以保证钎焊质量，同时可以保证待钎焊结构的整体结构性能。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术所描述的，现有技术中不锈钢和铜或铜合金钎焊时的钎焊温度非常接近铜的熔点(铜的熔化温度为1083℃)，此工艺要求对设备温度的控制要极为精准，否则会导致铜基体的变形、软化，严重时甚至导致熔蚀，不适用于大规模工业化生产。为了解决上述问题，本发明提供了一种钎料产品，包括Cu元素、Mn元素、Ni元素以及Ag元素，其中，Cu元素的重量百分比为30％～90％，Mn元素的重量百分比为2％～10％，Ni元素的重量百分比为 0.2％～2％，Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％。

本发明的钎料产品借助于镍、锰等元素，使钎料产品形成一种能够良好润湿不锈钢的钎料，并同时能够降低钎焊温度，既可以保证钎焊质量，同时可以保证待钎焊结构的整体结构性能。

需要说明的是，应用上述钎料产品焊接铜与不锈钢，有以下几个好处：第一、不必对不锈钢的表面进行预处理，因而简化了工序，同时避免在预处理过程中对环境产生污染所造成的对人体产生伤害的情况出现。第二、本实施的技术方案能够降低钎焊温度，一方面能够防止铜本身在高温高真空状态下挥发，保证设备零部件能够正常工作，从而保证设备性能；另一方面防止铜基体变形、软化，适用于大规模工业化生产。第三、不必使用有一定的腐蚀作用的钎剂，因此不需要焊后对残渣进行特殊清理，避免增加工序及成本。

在一种优选的实施方式中，本发明的钎料产品的Cu元素的重量百分比为31％～40％，Mn 元素的重量百分比为6％～8.7％，Ni元素的重量百分比为1％～2％，Ag元素的重量百分比为 53％～58.3％。上述结构使得钎料产品的润湿不锈钢的效果更佳，并且使得钎焊质量更佳。

本发明钎料产品的焊接温度为900～1020℃。由于铜熔化温度为1083℃，因此，应用本发明的钎料产品进行焊接能够有效降低焊接温度，使得焊接温度的最高温度与铜熔化温度之间的温差尽量大，避免铜产生软化变形、甚至是熔蚀现象。此外，在上述钎焊温度下还能够保证焊接质量。

本申请还提供了一种钎料产品的制备方法，根据本申请的钎料产品的制备方法包括以下步骤：将包括Cu元素、Mn元素、Ni元素以及Ag元素的金属原料混合并熔化，得到钎料产品，其中，Cu元素的重量百分比为30％～90％，Mn元素的重量百分比为2％～10％，Ni元素的重量百分比为0.2％-2％，Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％。

在本发明的上述制备方法中，将含有Cu元素、Mn元素、Ni元素以及Ag元素的金属原料以预定比例混合并熔化，熔化后所得的钎料产品，由于其含有Mn元素、Ni元素等元素使得钎料产品形成一种能够良好润湿不锈钢的钎料，并同时能够降低钎焊温度，既可以保证钎焊质量，同时可以保证待钎焊结构的整体结构性能。此外，上述钎料产品的制备方法简单，工序较少，因而成本较低。

在一种优选的实施方式中，将包括Cu元素、Mn元素、Ni元素以及Ag元素的金属原料混合并熔化，得到钎料产品，其中，得到钎料产品中的Cu元素的重量百分比为31％～40％，得到钎料产品中的Mn元素的重量百分比为6％～8.7％，得到钎料产品中的Ni元素的重量百分比为1％～2％，得到钎料产品中的Ag元素的重量百分比为53％～58.3％。采用上述制备方法得到的钎料产品的钎焊温度更低，从而进一步保证钎焊质量，同时可以保证待钎焊结构的整体结构性能。

在一种优选的实施方式中，金属原料包括铜基钎料和银基钎料，铜基钎料包括Cu元素、 Mn元素以及Ni元素，银基钎料包括Ag元素以及Cu元素，银基钎料借助于铜基钎料中的镍、锰等元素，形成一种能够良好润湿不锈钢的新型钎料。铜基钎料和银基钎料按一定的配比配置，使得Cu元素的重量百分比为30％～90％，Mn元素的重量百分比为2％～10％，Ni元素的重量百分比为0.2％-2％，Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％，进而使得铜基钎料的焊接温度降低调整为900-1020℃，因而可以保证钎焊质量，同时可以保证零件的整体结构性能。

需要说明的是，在其他实施方式中，金属原料可以不由铜基钎料和银基钎料组成，金属原料可以由含有Cu元素的金属原料、含有Mn元素的金属原料、含有Ni元素的金属原料以及含有Ni元素的金属原料组成，其中，含有Cu元素的金属原料的形态独立地选自粉末状、丝状和箔带状中的任一种或多种。含有Mn元素的金属原料的形态独立地选自粉末状、丝状和箔带状中的任一种或多种。含有Ni元素的金属原料的形态独立地选自粉末状、丝状和箔带状中的任一种或多种。含有Ag元素的金属原料的形态独立地选自粉末状、丝状和箔带状中的任一种或多种。

在上述优选的实施方式中，优选地，铜基钎料以及银基钎料的形态独立地选自粉末状、丝状和箔带状中的任一种或多种。

在一种优选的实施方式中，在将金属原料熔化的步骤之后，制备方法还包括以下步骤：对熔化后的金属原料进行冷处理，以得到钎料产品。本发明的钎料产品的制备方法的工序简单，效率高，成本低。

本申请还提供了一种焊接产品的焊接方法，根据本申请的焊接产品的焊接方法包括：将钎料产品放在第一待焊接结构与第二待焊接结构之间，钎料产品为上述的制备方法制备得到。对钎料产品进行钎焊，以将第一待焊接结构与第二待焊接结构连接，得到焊接产品。上述焊接方式简单，由于采用了上述焊接产品，因此在焊接时不必对不锈钢的表面进行预处理，因而简化了工序，降低了成本。

在一种优选的实施方式中，第一待焊接结构由不锈钢材料制成，第二待焊接结构由铜和/ 或铜合金制成。优选地，本实施方式的焊接方案适用于铜合金与奥氏体不锈钢的焊接，在其他实施方式中，也可用于铜合金与其他低合金钢、耐热钢的焊接。

在一种优选的实施方式中，钎焊的温度在900～1020℃之间。由于采用了上述钎料产品，因此在进行钎焊时，温度在900～1020℃之间即可使铜基钎料和银基钎料熔化，实现钎焊连接。同时由于焊接温度小于铜熔化的温度，因此在钎焊时第二待焊接结构不易发生熔蚀现象，最大程度上保证了铜合金的性能，并得到良好的焊接接头。

本申请还提供了一种焊接方法，根据本申请的焊接方法包括：将铜基钎料和银基钎料放置于第一待焊接结构与第二待焊接结构之间，所述铜基钎料包括Cu元素、Mn元素以及Ni 元素，所述银基钎料包括Ag元素以及所述Cu元素，其中，所述Cu元素的重量百分比为30％～90％，所述Mn元素的重量百分比为2％～10％，所述Ni元素的重量百分比为0.2％-2％，所述Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％；对所述铜基钎料和所述银基钎料进行钎焊，以将所述第一待焊接结构与第二待焊接结构连接。上述焊接工序简单操作灵活、成本低、便于推广。焊接时，将铜基钎料和银基钎料放置于第一待焊接结构与第二待焊接结构之间的待焊间隙处，然后再进行钎焊即可。应用上述焊接方法所焊接的铜与不锈钢的质量高。此外，对钎焊接头的间隙要求相对较宽，并能够得到良好的焊接接头。

需要说明的是，上述“所述Cu元素的重量百分比为30％～90％”指的是Cu元素的质量占金属原料总质量的百分比；“所述Mn元素的重量百分比为2％～10％”指的是Mn元素的质量占金属原料总质量的百分比；“所述Ni元素的重量百分比为0.2％-2％”指的是Ni元素的质量占金属原料总质量的百分比；“Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％”指的是Ag元素的质量占金属原料总质量的百分比。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明通过将两种钎料进行配合使用，降低了钎焊温度并提高了银基钎料的润湿性，避免了其他钎焊工艺中涉及的预镀层的处理过程，又无需添加钎剂，和由于钎焊温度过高导致 Cu的钎焊时溶蚀问题，最大程度的保证了铜合金的性能，并得到良好的焊接接头。

此外，本发明也可以不使用两种钎料组合，而是按照一定的比例的配方，直接生产制造预设金属元素比例的钎料，同样可以达到上述钎焊效果。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

实施例1

本实施例提供的钎料产品的制备方法包括以下步骤：

将包括Cu粉末、Mn粉末、Ni粉末以及Ag粉末的金属原料混合并熔化，得到所述钎料产品。

实施例2

本实施例提供的钎料产品的制备方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例提供的钎料产品的制备方法包括以下步骤：

将铜基钎料和银基钎料混合并熔化，得到所述钎料产品，其中，铜基钎料包括Cu元素、 Mn元素以及Ni元素，银基钎料包括Ag元素以及Cu元素。

实施例4

本实施例提供的钎料产品的制备方法与实施例3相同。

对比例1

本对比例提供的钎料产品的制备方法与实施例3相同。

上述实施例1至实施例4以及对比例1中各元素的配比如表1所示。

表1

实施例	Cu的百分比	Mn的百分比	Ni的百分比	Ag的百分比
					实施例1	30％	10％	2％	58％
实施例2	90％	2％	0.2％	7.8％
					实施例3	31％	8.7％	2％	58.3％
实施例4	40％	6％	1％	53％
					对比例1	91％	6％	2.2％	0.8％

对钎料产品的焊接温度进行测试，测试结果如表2所示。

表2

实施例	焊接温度(℃)
		实施例1	900-1020
实施例2	900-1020
		实施例3	900-1020
实施例4	900-1020
		对比例1	1050-1090

结合上述表1和表2可以看出，在Cu元素的重量百分比为30％～90％，Mn元素的重量百分比为2％～10％，Ni元素的重量百分比为0.2％～2％，Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％的情况下，焊接温度能够被有效降低。

在上述实施例三和实施例四中，Cu元素的重量百分比为31％～40％，Mn元素的重量百分比为6％～8.7％，Ni元素的重量百分比为1％～2％，Ag元素的重量百分比为53％～58.3％。上述结构使得钎料产品的润湿不锈钢的效果更佳，并且使得钎焊质量更佳。

结合上述表1和表2可以看出，在Cu元素的重量百分比为31％～40％，Mn元素的重量百分比为6％～8.7％，Ni元素的重量百分比为1％～2％，Ag元素的重量百分比为53％～58.3％的情况下，焊接温度能够被有效降低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种钎料产品，其特征在于，包括Cu元素、Mn元素、Ni元素以及Ag元素，其中，所述Cu元素的重量百分比为30％～90％，所述Mn元素的重量百分比为2％～10％，所述Ni元素的重量百分比为0.2％～2％，所述Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％。

2.根据权利要求1所述的钎料产品，其特征在于，所述Cu元素的重量百分比为31％～40％，所述Mn元素的重量百分比为6％～8.7％，所述Ni元素的重量百分比为1％～2％，所述Ag元素的重量百分比为53％～58.3％。

3.根据权利要求1所述的钎料产品，其特征在于，所述钎料产品的焊接温度为900～1020℃。

4.一种钎料产品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将包括Cu元素、Mn元素、Ni元素以及Ag元素的金属原料混合并熔化，得到所述钎料产品，其中，所述Cu元素的重量百分比为30％～90％，所述Mn元素的重量百分比为2％～10％，所述Ni元素的重量百分比为0.2％-2％，所述Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，得到所述钎料产品中的所述Cu元素的重量百分比为31％～40％，得到所述钎料产品中的所述Mn元素的重量百分比为6％～8.7％，得到所述钎料产品中的所述Ni元素的重量百分比为1％～2％，得到所述钎料产品中的所述Ag元素的重量百分比为53％～58.3％。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属原料包括铜基钎料和银基钎料，所述铜基钎料包括Cu元素、Mn元素以及Ni元素，所述银基钎料包括Ag元素以及Cu元素。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铜基钎料以及所述银基钎料的形态独立地选自粉末状、丝状和箔带状中的任一种或多种。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在将所述金属原料熔化的步骤之后，所述制备方法还包括以下步骤：

对熔化后的所述金属原料进行冷处理，以得到所述钎料产品。

9.一种焊接产品的焊接方法，其特征在于，包括：

将钎料产品放在第一待焊接结构与第二待焊接结构之间，所述钎料产品为权利要求4-8中任一项所述的制备方法制备得到；

对所述钎料产品进行钎焊，以将所述第一待焊接结构与第二待焊接结构连接，得到所述焊接产品，所述第一待焊接结构由不锈钢材料制成，所述第二待焊接结构由铜和/或铜合金制成。

10.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，所述钎焊的温度在900～1020℃之间。

11.一种焊接方法，其特征在于，包括：

将铜基钎料和银基钎料放置于第一待焊接结构与第二待焊接结构之间，所述铜基钎料包括Cu元素、Mn元素以及Ni元素，所述银基钎料包括Ag元素以及所述Cu元素，其中，所述Cu元素的重量百分比为30％～90％，所述Mn元素的重量百分比为2％～10％，所述Ni元素的重量百分比为0.2％-2％，所述Ag元素的重量百分比为7.8％～58.3％；

对所述铜基钎料和所述银基钎料进行钎焊，以将所述第一待焊接结构与第二待焊接结构连接。