CN113941797B - 一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材，锡含量为10‑60wt％，包括：带状铜基体，其中，带状铜基体的一面具有平行间隔排列的多个凹槽，凹槽中填满锡形成锡条，且锡条与凹槽周围的铜连接形成一体。本发明还公开了上述高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法。本发明可以不受加锡量对加工成形性能的影响，当锡含量高达10‑60wt％时，仍能通过常规压力加工方法获得高锡含量的铜锡钎料带材，降低钎焊温度。

Description

一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材及其制备方法
技术领域
本发明涉及钎焊技术领域，尤其涉及一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材及其制备方法。
背景技术
钎焊碳钢和不锈钢时，纯铜是最具性价比的一种钎料；尤其是在还原性气氛中连续钎焊时，采用纯铜钎料，不仅生产效率高、接头强度高、焊接效果好，而且纯铜钎料价格便宜，只有银钎料价格的2-5％。但是纯铜钎料钎焊加热温度高，一般在1100℃以上，一方面导致碳钢和不锈钢母材性能下降，另一方面热损耗大，不节能环保。
在铜中添加低熔点元素锡(熔点为231.89℃)可降低铜的熔点，加锡量的多少决定了铜的熔点和性能。加锡少，熔点高，成形性能好；加锡多，熔点低，但加工性能变差。
目前，在保证钎料可以常规压力加工成丝或片材的情况下，焊丝铜中的加锡量最多为12％，即BCu88Sn，但该钎料的熔化温度范围为825-990℃，钎焊加热温度需要在1010℃以上，其钎焊加热温度仍然很高；而继续提高加锡量，已不能通过常规压力加工方法成形。
铜锡钎料带材的加工方法一般为：将铜锡合金熔炼、浇铸、轧制、挤压等工序进行生产。还可以制作铜锡多层复合带材，其方法一般为：将锡板放在两块铜板之间轧制获得。但是上述两种方法适合制作低锡含量的铜锡钎料带材。高锡含量时，不易加工成形。铜锡多层复合带材在轧制过程中，还存在锡容易被挤出，造成有效加锡量减少，并且在钎焊加热过程中，中间层的锡先熔化成液体，容易因受力而被挤出焊缝，造成铜锡钎料的锡含量减少，导致熔化温度、钎焊加热温度升高的问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材及其制备方法，本发明可以不受加锡量对加工成形性能的影响，当锡含量高达10-60wt％时，仍能通过常规压力加工方法获得高锡含量的铜锡钎料带材，降低钎焊温度。
本发明提出了一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材，锡含量为10-60wt％，包括：带状铜基体，其中，带状铜基体的一面具有平行间隔排列的多个凹槽，凹槽中填满锡形成锡条，且锡条与凹槽周围的铜连接形成一体。
优选地，锡条的至少一端与带状铜基体的一端齐平；优选地，锡条的两端与带状铜基体的两端齐平。
优选地，凹槽沿带状铜基体的长边方向设置。
优选地，凹槽的个数为至少两个。
优选地，锡含量为15-60wt％；优选地，锡含量为15-30wt％；更优选地，锡含量为20wt％。
本发明还提出了上述高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，包括如下步骤：在铜板的一面开设平行间隔排列的多个凹槽，向凹槽中加锡，用钎焊使锡与凹槽周围的铜连接形成一体并填满凹槽，然后轧制，裁剪得到高锡含量铜锡钎料栅状复合带材。
优选地，凹槽的任意一端与铜板的任意一端具有一定距离。
上述高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法中，凹槽可以为“U”型、“V”型等形状；可以根据加锡量以及铜板材尺寸，设计铜板材上凹槽的尺寸、数量及分布情况；可以采用熔钎焊方法将凹槽中的锡加热熔化，冷却凝固后锡与铜板材连接形成一体并填满凹槽，再进行轧制；这种平行间隔排列的结构(简称栅状结构)作为一种主要承力结构，在轧制加工过程中，可避免凹槽中低变形抗力的锡被过多挤出板坯，造成有效加锡量减少的问题，避免熔化温度升高的问题；轧制时锡与铜板材保持一致变形并连接形成一体；轧制后，各凹槽中的锡条平行间隔排列；可以使用二辊轧机和四辊轧机等设备进行轧制；上述裁剪是为了去除两端和/或两边未开设凹槽的铜基体，从而降低铜锡钎料栅状复合带材的熔点。
优选地，铜板材的材质为纯铜或者铜合金，凹槽中的锡为纯锡或锡合金。
上述通过合理设计铜板材中凹槽的尺寸、间隔以及数量，来调节锡的加入量，使得铜锡钎料中的锡含量为10-60wt％即可；铜板材的材质优选纯铜，凹槽中的锡优选为纯锡。
在本领域中，当铜含量≥99.9％时称为纯铜，铜含量＜99.9％时称为铜合金；当锡含量≥99.9％时称为纯锡，锡含量＜99.9％时称为锡合金。
有益效果：
本发明针对提高锡含量可以降低铜锡钎料焊接温度，但是会降低钎料加工性能，容易碎裂，现有加工方法无法获得高锡含量铜锡钎料的问题，本发明通过提高锡含量，降低铜锡钎料的焊接温度，锡含量为20wt％时，铜锡钎料的焊接温度可以降至950℃左右；另外本发明在铜板材上开设平行间隔排列的凹槽，再向凹槽中加锡，这种平行间隔排列的结构(简称栅状结构)作为一种主要承力结构，在轧制加工过程中，可避免凹槽中低变形抗力的锡被过多挤出板坯，造成有效加锡量减少的问题，避免熔化温度升高的问题；且这种栅状结构作为一种主要受力结构，可避免在焊接加热过程中，因低熔点的锡先熔化成液体，而受力被挤出焊缝，造成铜锡钎料的锡含量减少，熔化温度升高的问题；本发明可以解决高锡含量铜锡钎料不易加工成形的问题。
附图说明
图1为高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的示意图，其中，1为带状铜基体，2为锡条。
图2为开设有平行间隔排列的多个凹槽的铜板的示意图，其中，1为铜板，2为凹槽。
图3为实施例2制得的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的横截面电子显微镜图片，其中，a为凹槽顶部、b为凹槽腰部、c为凹槽底部。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
参照图1，一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材，其锡含量为10-60wt％，包括：带状铜基体，其中，带状铜基体的一面具有平行间隔排列的多个凹槽，凹槽中填满锡形成锡条，且锡条与凹槽周围的铜连接形成一体；锡条的至少一端与带状铜基体的一端齐平；凹槽沿带状铜基体的长边方向设置；凹槽的个数为至少两个。
实施例2
一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，包括如下步骤：
参照图2，取一块80mm宽×600mm长×10mm厚的纯铜板，沿平行于纯铜板长边的方向，在纯铜板中心开设5个平行间隔排列的凹槽，并保持凹槽的任意一端与铜板的任意一端具有一定距离，每个凹槽的尺寸为5mm宽×400mm长，深5mm，相邻两个凹槽的间隔距离为5mm；
将5条纯锡条放置在凹槽内，然后通过火焰钎焊方法将锡条熔化，冷却凝固后与铜板连接形成一体，并完全填满凹槽(这样可以避免凹槽中进入其他杂质)，使得锡含量为20wt％，然后使用二辊轧机和四辊轧机进行轧制，然后使用剪边机去除两边及两端的纯铜基体并修剪带材，最终获得宽50mm，厚0.15mm的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材，可以在950℃进行不锈钢的钎焊。
取实施例2制得的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材，对其横截面进行电子显微镜检测，结果如图3所示，图3为实施例1制得的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的横截面电子显微镜图片，其中，a为凹槽顶部、b为凹槽腰部、c为凹槽底部。
由图3可以看出：铜板经轧制成带材后，由于厚度方向上的急剧减薄，凹槽变为平缓的弧形，但锡没有从凹槽中挤出，铜板的栅状承力结构依然存在且有效。
实施例3
参照图2，取一块80mm宽×600mm长×10mm厚的纯铜板，沿平行于纯铜板长边的方向，在纯铜板中心开设5个平行间隔排列的凹槽，并保持凹槽的任意一端与铜板的任意一端具有一定距离，每个凹槽的尺寸为5mm宽×400mm长，深2.5mm，相邻两个凹槽的间隔距离为5mm；
将5条纯锡条放置在凹槽内，然后通过火焰钎焊将锡条熔化，冷却凝固后与铜板连接形成一体，并完全填满凹槽，使得锡含量为10wt％，然后使用二辊轧机和四辊轧机进行轧制，然后使用剪边机去除两边及两端的纯铜基体并修剪带材，最终获得宽50mm，厚0.15mm的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材。
实施例4
一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，包括如下步骤：
参照图2，取一块80mm宽×600mm长×10mm厚的纯铜板，沿平行于纯铜板长边的方向，在纯铜板中心开设5个平行间隔排列的凹槽，并保持凹槽的任意一端与铜板的任意一端具有一定距离，每个凹槽的尺寸为8mm宽×400mm长，深8mm，相邻两个凹槽的间隔距离为2mm；
将5条纯锡条放置在凹槽内，然后通过火焰钎焊将锡条熔化，冷却凝固后与铜板连接形成一体，并完全填满凹槽，使得锡含量为60wt％，然后使用二辊轧机和四辊轧机进行轧制，然后使用剪边机去除两边及两端的纯铜基体并修剪带材，最终获得宽50mm，厚0.15mm的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材。
实施例5
一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，包括如下步骤：
参照图2，取一块80mm宽×600mm长×10mm厚的纯铜板，沿平行于纯铜板长边的方向，在纯铜板中心开设5个平行间隔排列的凹槽，并保持凹槽的任意一端与铜板的任意一端具有一定距离，每个凹槽的尺寸为5mm宽×400mm长，深7mm，相邻两个凹槽的间隔距离为5mm；
将5条纯锡条放置在凹槽内，然后通过火焰钎焊将锡条熔化，冷却凝固后与铜板连接形成一体，并完全填满凹槽，使得锡含量为30wt％，然后使用二辊轧机和四辊轧机进行轧制，然后使用剪边机去除两边及两端的纯铜基体并修剪带材，最终获得宽50mm，厚0.15mm的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材。
上述实施例中的锡含量还可以设计为11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、24、25、26、27、28、29、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在铜板的一面开设平行间隔排列的多个凹槽，向凹槽中加锡，用钎焊使锡与凹槽周围的铜连接形成一体并填满凹槽，然后轧制，裁剪以去除两端和/或两边未开设凹槽的铜基体，得到高锡含量铜锡钎料栅状复合带材；
其中，凹槽的任意一端与铜板的任意一端具有一定距离；
高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的锡含量为10-60wt%，高锡含量铜锡钎料栅状复合带材包括：带状铜基体，其中，带状铜基体的一面具有平行间隔排列的多个凹槽，凹槽中填满锡形成锡条，且锡条与凹槽周围的铜连接形成一体。
2.根据权利要求1所述高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，其特征在于，铜板材的材质为纯铜或者铜合金，凹槽中的锡为纯锡或锡合金。
3.根据权利要求1或2所述高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，其特征在于，高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的凹槽沿带状铜基体的长边方向设置。
4.根据权利要求1或2所述高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，其特征在于，高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的锡含量为15-60wt%。
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