CN114058980A - 一种铜基非晶钎料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种铜基非晶钎料及其制备方法，所述铜基非晶钎料各组分质量百分比为：P：6%～7%；Sn：9%～10%；Ni：4.5%～6.5%；Si：0～0.1%；Cu：余量。铜基非晶钎料的制备方法包括：备料；使用中频炉进行熔炼并浇铸成合金铸锭；合金铸锭放入石英坩埚中，石英坩埚抽真空，启动并调整石英坩埚功率，当合金铸锭表面受热变红时驱动冷却辊转动，控制石英坩埚内温度在750℃～850℃之间；待合金铸锭全部熔化并有熔液从石英坩埚底部滴落时，开启吹压缩空气装置，开启惰性气体吹气装置并将石英坩埚逐步下降至冷却辊上方0.2mm～1mm，制备出铜基非晶钎料带材。本申请工序短，直接成型，成本低，适合大规模生产。
Description
技术领域
本申请涉及一种铜基非晶钎料及其制备方法，主要适用于中温钎焊材料制备。
背景技术
中温钎焊材料主要有银基、铜基两类。银基钎料因含银量较高，其熔点适中，工艺性好，润湿性好，钎焊接头具有良好的强度及韧性、导电性和抗腐蚀性，且焊缝美观，是应用极广都得硬钎料。铜基钎料则主要是保障钎焊性能的前提下，以低银甚至是无银化铜基钎料替代银基钎料，降低成本。铜磷基钎料因其熔点低、流动性好、价格经济以及自钎性等优点，被认为是可在一定钎焊温度上取代银基钎料的材料。
传统的铜磷基钎料中含磷量较高，且多数以脆性化合物Cu3P形式存在，导致钎料的室温脆性大，加工性较差，从而限制了其应用范围。
发明内容
本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，通过改变传统铜磷钎料的配方和制备工艺，而提供一种成本低，加工性好的铜基非晶钎料及其制备方法。
本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种铜基非晶钎料，其特征在于：所述的铜基非晶钎料各组分质量百分比为：P：6%～7%；Sn：9%～10%；Ni：4.5%～6.5%；Si：0～0.1%；Cu：余量。
优选地，所述铜基非晶钎料各组分质量百分比为：P：6.4%～7%；Sn：9%～10%；Ni：5%～6%；Cu：余量。
优选地，所述铜基非晶钎料各组分质量百分比为：P：6.4%～7%；Sn：9%～10%；Ni：5%～6%；Si：0.02%～0.08%；Cu：余量。
优选地，所述铜基非晶钎料各组分质量百分比为：P：6.4%～7%；Sn：9%～10%；Ni：5%～6%；Si：0.02%～0.06%；Cu：余量。
本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：一种铜基非晶钎料的制备方法如下：
按铜基非晶钎料各元素质量比进行备料，使用中频炉进行合金化熔炼，浇铸成CuPSnNi(Si)合金铸锭，将合金铸锭放入已安装调试好的石英坩埚中，通过惰性气体吹气装置将石英坩埚抽真空，启动并调整石英坩埚功率，当合金铸锭开始表面受热变红时驱动冷却辊转动，最终控制石英坩埚内温度在750℃～850℃之间；待合金铸锭全部熔化并有熔液从石英坩埚底部滴落时，开启吹压缩空气装置（在熔液成带过程中，防止带材粘附冷却辊，使带材加快冷却的同时更易脱离冷却辊），逐步下降石英坩埚的高度至冷却辊上方0.2mm～1mm，同时开启石英坩埚上端连接处的惰性气体吹气装置，从而制备出所要求的铜基非晶钎料带材。
所述备料是指中间合金、纯金属铜、纯金属锡、纯金属镍的准备；所述中间合金为质量百分比86%～85%铜-质量百分比14%～15%磷中间合金，或者所述中间合金为质量百分比86%～85%铜-质量百分比14%～15%磷中间合金和质量百分比86%～85%铜-质量百分比14%～15%硅中间合金（即铜磷中间合金+铜硅中间合金）。
所述非晶制带过程中，所述石英坩埚功率采用阶梯状提升功率，使石英坩埚受热均匀且升温缓慢，保证石英坩埚的使用寿命及降低过程安全风险。
所述非晶制带过程中，所述石英坩埚底部应粘有对应的喷嘴口，喷嘴口规格依据铜基非晶钎料带材的规格确定。
所述惰性气体吹气体装置可抽真空，所述惰性气体如：氩气、氦气等。
所述铜基非晶钎料带材的厚度为0.020mm～0.032mm，宽度为5mm～15mm。
本申请的铜基非晶钎料具有如下有益效果：
1）本申请铜基非晶钎料带材可由铜基合金锭直接成型，减少制备过程中的加工工序且更易于加工，节约能耗及成本；
2）本申请铜基非晶钎料带材比传统铜基钎料具有更均匀的成分及组织，更窄的熔化温度范围，流动性更好；
3）本申请铜基非晶钎料带材在钎焊过程中，可均一的熔化和同一润湿母材。
附图说明
图1为本申请实施例铜基非晶钎料制带设备的结构示意图。
附图中标记：1：吹压缩空气装置；2：冷却辊；3：合金熔液；4：粘有喷嘴口的石英坩埚；5：可抽真空的惰性气体吹气装置，惰性气体吹气装置先将石英坩埚抽真空，防止非晶钎料氧化；然后在合金熔液从石英坩埚底部滴落时吹惰性气体，保障铜基非晶钎料带材的成型。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本申请的解释而本申请并不局限于以下实施例。
二元Cu-P系非晶形成能力很差，添加元素Ni、Sn的Cu-P-Sn-Ni四元合金系，非晶形成能力极大增强。同时，铜基钎料中添加Ni元素，虽提高钎料的熔点，但可显著改善对Fe基合金等的润湿性，提高接头强度和耐蚀性，钎料中添加Sn，可降低熔点，改善润湿性。Si元素的添加，可进一步降低钎料的熔点，且可作为变质剂对合金钎料进行变质处理，为非晶成带提供保障。
实施例1
本实施例的铜基非晶钎料制备方法，包括以下步骤：
合金元素的组分和含量按质量百分比为：P：6.5%、Sn：9.5%、Ni：5%、Cu：余量。合金熔炼：使用中频炉进行合金化熔炼，浇铸成CuPSnNi合金铸锭。将上述合适长度的铸锭放入已安装调试好的石英坩埚4中，惰性气体吹气装置5将石英坩埚4抽真空，启动并调整石英坩埚4功率（进行高频重熔，石英坩埚4功率应逐步增加，例如功率提升速率大致相同的连续提升或者每升高一定幅度例如1kw保持若干分钟的阶梯状提升功率，特例为阶梯状提升功率，下同）；待合金锭表面受热变红可适当加快调整功率，当铸锭开始表面受热变红时开启冷却辊2，最终控制石英坩埚4内温度在750℃~850℃之间；待铸锭全部熔化并有合金熔液3从石英坩埚4底部滴落时，开启冷却辊2前方吹压缩空气装置1，缓慢下降石英坩埚4的高度，同时开启石英坩埚4上端连接处的惰性气体吹气装置5，从而制得厚度为0.03mm，宽度为10mm的铜基非晶带材。
实施例2
本实施例的铜基非晶钎料制备方法，包括以下步骤：
合金元素的组分和含量按质量百分比为：P：6.5%、Sn：9.7%、Ni：5.5%、Cu：余量。使用中频炉进行合金化熔炼，浇铸成CuPSnNi合金铸锭。将上述合适长度的铸锭放入已安装调试好的石英坩埚4中，惰性气体吹气装置5将石英坩埚4抽真空，启动并调整石英坩埚4功率，当铸锭开始表面受热变红时开启冷却辊2，最终控制石英坩埚4内温度在750℃~850℃之间；待铸锭全部熔化并有合金熔液3从石英坩埚4底部滴落时，开启冷却辊2前方吹压缩空气装置1，缓慢下降石英坩埚4的高度，同时开启石英坩埚4上端连接处的惰性气体吹气装置5，从而制得厚度为0.025mm，宽度为10mm的铜基非晶带材。
实施例3
本实施例的铜基非晶钎料制备方法，包括以下步骤：
合金元素的组分和含量按质量百分比为：P：6.5%、Sn：9.7%、Ni：5.5%、Si：0.02%、Cu：余量。使用中频炉进行合金化熔炼，浇铸成CuPSnNi(Si)合金铸锭。将上述合适长度的铸锭放入已安装调试好的石英坩埚4中，惰性气体吹气装置5将石英坩埚4抽真空，启动并调整石英坩埚4功率，当铸锭开始表面受热变红时开启冷却辊2，最终控制石英坩埚4内温度在750℃~850℃之间；待铸锭全部熔化并有合金熔液3从石英坩埚4底部滴落时，开启冷却辊2前方吹压缩空气装置1，缓慢下降石英坩埚4的高度，同时开启石英坩埚4上端连接处的惰性气体吹气装置5，从而制得厚度为0.025mm，宽度为10mm的铜基非晶带材。
实施例4
本实施例的铜基非晶钎料制备方法，包括以下步骤：
合金元素的组分和含量按质量百分比为：P：6.5%、Sn：9.7%、Ni：5.5%、Si：0.06%、Cu：余量。使用中频炉进行合金化熔炼，浇铸成CuPSnNi(Si)合金铸锭。将上述合适长度的铸锭放入已安装调试好的石英坩埚4中，惰性气体吹气装置5将石英坩埚4抽真空，启动并调整石英坩埚4功率，当铸锭开始表面受热变红时开启冷却辊2，最终控制石英坩埚4内温度在750℃~850℃之间；待铸锭全部熔化并有合金熔液3从石英坩埚4底部滴落时，开启冷却辊2前方吹压缩空气装置1，缓慢下降石英坩埚4的高度，同时开启石英坩埚4上端连接处的惰性气体吹气装置5，从而制得厚度为0.020-0.023mm，宽度为15mm的铜基非晶带材。
本申请实施例得到铜基非晶钎料带材的熔化温度如表1。
表1-本申请实施例得到铜基非晶钎料带材的熔化温度范围
凡是本申请技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种铜基非晶钎料，其特征在于：所述铜基非晶钎料各组分质量百分比为：P：6%～7%；Sn：9%～10%；Ni：4.5%～6.5%；Si：0～0.1%；Cu：余量。
2.根据权利要求1所述铜基非晶钎料，其特征是：所述铜基非晶钎料各组分质量百分比为：P：6.4%～7%；Sn：9%～10%；Ni：5%～6%；Cu：余量。
3.根据权利要求1所述铜基非晶钎料，其特征是：所述铜基非晶钎料各组分质量百分比为：P：6.4%～7%；Sn：9%～10%；Ni：5%～6%；Si：0.02%～0.08%；Cu：余量。
4.一种铜基非晶钎料的制备方法，其特征是包括以下步骤：
按权利要求1～3任一权利要求所述铜基非晶钎料中各元素质量比进行备料；
使用中频炉进行熔炼并浇铸成合金铸锭；
将合金铸锭放入已安装调试好的石英坩埚中，通过惰性气体吹气装置将石英坩埚抽真空，启动并调整石英坩埚功率，当合金铸锭开始表面受热变红时驱动冷却辊转动，控制石英坩埚内温度在750℃～850℃之间；
待合金铸锭全部熔化并有熔液从石英坩埚底部滴落时，开启吹压缩空气装置，将石英坩埚逐步下降至冷却辊上方0.2mm～1mm，石英坩埚下降的同时开启惰性气体吹气装置，制备出铜基非晶钎料带材。
5.根据权利要求4所述铜基非晶钎料的制备方法，其特征是：所述备料是指中间合金、纯金属铜、纯金属锡、纯金属镍的准备；所述中间合金为铜磷中间合金，或者所述中间合金为铜磷中间合金和铜硅中间合金。
6.根据权利要求5所述铜基非晶钎料的制备方法，其特征是：所述铜磷中间合金为质量百分比86%～85%铜-质量百分比14%～15%磷中间合金；所述铜硅中间合金为质量百分比86%～85%铜-质量百分比14%～15%硅中间合金。
7.根据权利要求4所述铜基非晶钎料的制备方法，其特征是：所述石英坩埚底部设置有喷嘴口，喷嘴口规格与铜基非晶钎料带材规格匹配。
8.根据权利要求4所述铜基非晶钎料的制备方法，其特征是：铜基非晶钎料带材的厚度为0.020mm～0.032mm，宽度为5mm～15mm。
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| 冶金工业部科学技术司: "《非晶态合金及其应用》", 31 December 1990 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114986023A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-09-02 | 杭州华光焊接新材料股份有限公司 | 一种预制低熔点钎料的工艺、低熔点钎料及其制备方法 |
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