CN113996968A - 一种基于铜铁合金的放热焊剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于铜铁合金的放热焊剂，涉及焊接技术领域，包括如下组分：氧化铜：10～25份，铜粉：35～50份，铁粉：5～12份，铝粉：20～50份，钨粉：0.5～1份，硅粉：0.2～0.4份，本发明被引燃后将产生铜铁合金，其具有良好的力学性能、导电性能及抗腐蚀性能，而且不含磷、硫、铅、锡、镁等有害金属，同时焊接质量好，焊接点不易发生锈蚀和开裂，焊接点能经受反复多次的大浪涌电流而不退化。

Description

一种基于铜铁合金的放热焊剂
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是一种基于铜铁合金的放热焊剂。
背景技术
通常金属焊接都需要外接电源或者可燃气体进行电焊或气焊，但对于高空野外等携带操作都十分很不方便。放热焊接技术因具备设备简单、投资少，焊接作业快，不需要大功率电源，操作简单而被广泛推广。
放热焊接的原理是放热焊剂被引燃后，利用铝与氧化铜的化学反应，在耐高温的石墨模具内利用高温使活性较强的铝将氧化铜还原，通过模具内产生超高热铜液熔融金属导体，利用一定形状、尺寸的模具型腔来完成熔接接头的现代焊接工艺，通常亦称放热熔焊、火泥熔接等。其能够完成各种导线间不同方式的连接，如直通型、丁字型、十字型等，还可以完成不同材质焊接接，如普通铁、铜、镀锌钢、镀铜钢、不锈钢等之间的连接。放热焊接的焊接质量取决于热熔焊料和相应的引燃剂的化学组成。
对比文件1专利号为CN101745756A的发明专利公开了一种适用于铜导体焊接的新型分子级环保放热剂，含铝粉和氧化铜，其特征在于：它是由下述原料按重量份数比制备而成：氧化率50-60％、40目-80目的氧化铜50-75份，60 目-80目的铝粉10-20份，100-200目氧化铝0.5-2份，200-400目氟化钙0.5-2 份，200-400目石墨粉2-4份。
对比文件2专利号为CN103170759A的发明专利公开了一种铝焊粉，其特征在于：其中的成分及质量百分比为：氧化铜17-19％，五氧化二钒12-14％，二氧化锡13-15％，硫酸锂1-2％，硼粉3-4％，氟化钙2.5-3％，其余为铝粉。
对比文件3公开号为CN1069215A的发明专利公开了一种以氧化铜(CuO) 粉和铝(Al)粉为主，并加入纯铜(Cu)粉、氟化钙(CaF2)粉、硅钙 (Ca28Si60)粉作为添加剂组成的热熔焊料。
现有技术中热熔焊料得到的焊接部位含有杂质元素氢、氧、硫、磷，容易产生热裂纹和气孔，降低焊接处的稳定性和导电性，而且由于现有焊粉无法制得铜铁合金，应对铜铁焊件时，在焊接点容易发生锈蚀和开裂等问题，焊接强度相对较差。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种基于铜铁合金的放热焊剂，产生铜铁合金用于铜铁焊件的焊接，提升焊接点结构强度以及稳定性。
为实现上述目的，本发明提出了一种基于铜铁合金的放热焊剂：所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
Figure BDA0003341884410000021
作为优选，所述铝粉的纯度为≥99.5％，其颗粒度为80-120目；所述氧化铜的氧化度70％-87％；铜粉的纯度≥99.9％，颗粒度为70-100目；铁粉的的纯度≥99.9％，颗粒度为100-140目。
作为优选，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
Figure BDA0003341884410000022
Figure BDA0003341884410000031
作为优选，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
Figure BDA0003341884410000032
作为优选，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
Figure BDA0003341884410000033
作为优选，还包括0.1～0.3份的稀土和0.1～0.3份大理石粉。
作为优选，还包括0.2～0.5份硅铁粉。
作为优选，还包括0.2～0.5份锡粉。
本发明的有益效果：本发明被引燃后将产生Cu-Fe合金，其具有良好的力学性能、导电性能及抗腐蚀性能，而且不含磷、硫、铅、锡、镁等有害金属，同时焊接质量好，抗拉和抗压强度高，焊接点不易发生锈蚀和开裂，焊接点能经受反复多次的大浪涌电流而不退化。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1为焊接点的显微图；
图2为图1的A处放大图；
图3为铜铁合金的电子扫描显微图。
具体实施方式
本实施例1
基于铜铁合金的放热焊粉，其按照重量组分计，包括如下组分：
氧化铜：10份，铜粉：35份，铁粉：5份，铝粉：20份，钨粉：0.5份，硅粉：0.2份。其中铝粉的纯度为≥99.5％，其颗粒度为80目；所述氧化铜的氧化度75％；铜粉的纯度≥99.9％，颗粒度为70目；铁粉的的纯度≥99.9％，颗粒度为100目。
由于铁粉的熔点很高，达到1538℃，远高于铜粉1083℃的熔点，在本放热焊粉与引燃剂以50比1的比例点燃后，氧化铜首先与铝粉发生铝热反应，反应化学方程式如下：
3Cu2O+2Al→6Cu+Al2O3
因铝热反应而产生的大量热量，使得铜焊件与铁焊件两端以及铜粉和铁粉熔化融化，从而在焊接点产生铜铁合金，由于铜铁比重大沉于底部，铝氧化成氧化铝(Al2O3)熔渣较轻浮于上部。如焊接点图1和图2所示，铜铁合金不仅具有铜一样的导电性、热传导性、延展性、弹性等特性，还具有铁一样的耐磨损性、引拉强度、硬度、磁性等特性。0.2份的硅粉能够提高焊料的流动性，能够使焊料的品质更良好，高温条件下硅和氧之间的化学亲和力很大，能够有效的脱除焊渣中的氧，焊渣中出现气孔，添加硅元素有利于提高合金的硬度和致密度，主要原因在于硅的硬度高，固溶于合金中，引起晶格畸变，更重要的一点是硅和铁生成大量的高硬度的难熔金属硅化物均匀分布在铜基体中，难熔金属硅化物性质稳定、硬度大、熔点高、原子间结合力强以及热传导系数高等特点，对Cu-Fe合金的抗压强度和抗拉强度强化起到决定性的作用。其中钨粉是单质为银白色有光泽的金属，硬度高，熔点高，常温下不受空气侵蚀，化学性质比较稳定，在铜铁合金中，Fe核含有超饱和的Cu，但钨粉在加入后几乎完全被Fe核吸收，Fe核的整体硬度得到加强，同时，随着钨粉含量的增加，库富地区超饱和Fe含量也有所增加。钨粉的存在增强了库富和富地区的可靠解决方案。此外，钨粉的加入也增加了Fe核的数量，导致扩散加强，从而提高了焊接点的耐磨性。
本实施例2
基于铜铁合金的放热焊粉，其按照重量组分计，包括如下组分：
氧化铜：20份，铜粉：45份，铁粉：8份，铝粉：40份，钨粉：0.6份，硅粉： 0.3份。所述铝粉的纯度为≥99.5％，其颗粒度为100目；所述氧化铜的氧化度 85％；铜粉的纯度≥99.9％，颗粒度为800目；铁粉的纯度≥99.9％，颗粒度为 120目。
本实施例3
基于铜铁合金的放热焊粉，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：氧化铜：25份，铜粉：50份，铁粉：12份，铝粉：50份，钨粉：1份，硅粉： 0.4份，所述铝粉的纯度为≥99.5％，其颗粒度为120目；所述氧化铜的氧化度 87％；铜粉的纯度≥99.9％，颗粒度为100目；铁粉的的纯度≥99.9％，颗粒度为 140目。
本实施例4
本实施例与实施例3的差别仅在于，组分重量的不同，具体如下：
氧化铜：22份，铜粉：45份，铁粉,10份，铝粉：45份，钨粉：0.7份，硅粉： 0.4份。
本实施例5
本实施例与实施例1的差别仅在于，还具有0.1份的稀土和0.1份大理石粉的组分，大理石粉作为造渣剂，稀土的加入，可改善焊接点的金相组织，细化晶粒，去除铜铁合金中气体和有害杂质，减少裂纹源，从而提高连接强度，提高硬度、增加强度和韧性。
实施例6
本实施例是在与实施例4的基础上再加入0.5份硅铁粉。利用硅铁粉可使铝热反应缓和，利于延长反应时间。
实施例7
本实施例是在与实施例5的基础上再加入1份锡粉。其作用为增加熔融金属的流动性，强化金属焊缝的强度，降低反应温度。
对本发明各实施例进行性能检测，其抗拉强度为634-688MPa，屈服强度为 454-478MPa，其中摩擦系数为0.721-0.775，硬度在229-372HB，冲击韧性在 230kJ·m-2以上。抗压强度在4500-4880MP，具体如下表：
样品号 直径d(mm) 最大压缩载荷F(kN) 抗压强度(MPa)
实施例1 8 251.21 4876.73
实施例2 8 251.71 4886.43
实施例3 8 243.52 4727.41
实施例4 8 234.72 4556.59
实施例5 8 252.93 4910.21
实施例6 8 249.97 4852.64
实施例7 8 250.01 4853.41
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于铜铁合金的放热焊剂，其特征在于，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
Figure FDA0003341884400000011
2.根据权利要求1所述的一种基于铜铁合金的放热焊剂，其特征在于，所述铝粉的纯度为≥99.5％，其颗粒度为80-120目；所述氧化铜的氧化度70％-87％；铜粉的纯度≥99.9％，颗粒度为70-100目；铁粉的的纯度≥99.9％，颗粒度为100-140目。
3.根据权利要求1所述的一种基于铜铁合金的放热焊剂，其特征在于，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
Figure FDA0003341884400000012
4.根据权利要求1所述的一种基于铜铁合金的放热焊剂，其特征在于，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
Figure FDA0003341884400000021
5.根据权利要求1所述的一种基于铜铁合金的放热焊剂，其特征在于，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
Figure FDA0003341884400000022
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种基于铜铁合金的放热焊剂，其特征在于，还包括0.1～0.3份的稀土和0.1～0.3份大理石粉。
7.根据权利要求6所述的一种基于铜铁合金的放热焊剂，其特征在于，还包括0.2～0.5份硅铁粉。
8.根据权利要求7所述的一种基于铜铁合金的放热焊剂，其特征在于，还包括0.2～0.5份锡粉。
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