CN114161026A - 一种硬质合金钎焊专用节银钎料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及焊接材料领域，具体涉及一种硬质合金钎焊专用节银钎料及其制备方法，其中一种硬质合金钎焊专用节银钎料包括如下组分：镍，占银钎料质量分数1.3～2.5%；硅，占银钎料质量分数0.03～0.2%；银，占银钎料质量分数32～36%；余量主要为铜和锌，铜和锌的质量比为0.8～1.2∶1。上述银钎料中，通过引入硅，减少了银的用量，同时具有与BAg54CuZn（Ni）银钎料类似的机械能能和加工性能，且固液相温度有一定程度的降低，有助于降低使用银钎料焊接的成本，具有较好的经济价值。
Description
技术领域
本申请涉及焊接材料领域，更具体地说，它涉及一种硬质合金钎焊专用节银钎料及其制备方法。
背景技术
银钎料是一种焊接常用的钎料，被广泛的运用于焊接领域中。银钎料目前种类较多，其中在眼镜架、刀架、锯齿等领域中均有广泛的运用。在上述领域中，目前最常用的是BAg54CuZn(Ni)银钎料，但是这种银钎料中含银的量较高，其成本较高，限制了其使用。
发明内容
为了在尽量不影响钎料本身性能的同时，减少银的使用，降低银钎料的成本，本申请提供一种硬质合金钎焊专用节银钎料及其制备方法。
首先，本申请提供一种硬质合金钎焊专用节银钎料，包括如下组分：
镍，占钎料质量分数1.3～2.5％；
硅，占钎料质量分数0.03～0.2％；
银，占钎料质量分数32～36％；
余量包括铜和锌，铜和锌的质量比为0.8～1.2∶1。
在现有的银铜锌镍体系的钎料中，普遍银的质量分数为40～56％，其中，性能较佳的BAg54CuZn(Ni)银钎料，银的质量分数为53～55％，锌的质量分数为4～6％，镍的质量分数为0.5～1.5％，余量为铜。申请人经过尝试，得到的上述钎料中，银的质量分数仅为32～36％，大大减少了银使用，同时在加入硅后，一方面减少了锌的挥发，提高了锌在体系中发挥的增韧作用，同时可以细化组织结构，改善合金的润湿性，并提高合金的强度和延伸率。同时，镍的加入也提高了合金的润湿性能和对不锈钢的润湿性能，进一步提供了良好的加工性质。
综上所述，在本申请中，采用了一种具有较低的银含量的钎料，其与现有的银钎料性能接近，且成本较低，具有较为广阔的运用前景。
可选的，还包括占钎料质量分数0.001～0.05％的微量元素R，所述微量元素R为铈、锑、锆、碲中的任意数量种。
添加上述微量元素R有助于熔炼过程中除气，可以有效改善钎料的加工性能和品质，降低了钎料的固相线温度和液相线温度。
可选的，还包括锡，锡在钎料中的质量分数不超过1％。
锡的加入有助于提高整体的流动性，进而提高了钎料的加工性能，但是当锡的含量过高时，会导致合金发脆，因此应当将锡的用量控制于1％以下。
可选的，锡在钎料中的质量分数为0.1～0.6％；
在上述锡的用量选取范围内，具有更好的强度的同时也兼顾了更好的流动性，经实验检测具有更好的效果。
可选的，铜在钎料中的质量分数为30～34％。
将铜的用量控制在30～34％的范围内，整体强度又较好的保障，且固液相温度较低。
可选的，所述钎料包括如下质量分数的组分：
银 33～35％；
铜 31～33％；
锡 0.1～0.6％；
硅 0.03～0.2％；
镍 1.8～2.5％；
R 0.001～0.05；
余量为锌；
其中R为铈、锑、锆、碲中的任意数量种。
将钎料整体的物料组成控制上述范围内，属于更加优选的组分范围，整体性能较佳。
可选的，依次将包覆有铜箔的铜-R合金加入到熔融的银、铜、镍、锡、锌和硅的体系中，继续熔炼后经注模成型步骤制备得到；
其中R为铈、锑、锆、碲中的任意数量种。
将铜和锌的质量比控制于0.8～1.2∶1的范围，整体具有更低的固/液相转变温度和更好的加工性能，钎料的性质有较为明显的提升。
另外，本申请还提供上述钎料的制备方法：依次将包覆有铜箔的铜-R合金加入到熔融的银、铜、镍、锡、锌和硅的体系中，继续熔炼后经注模成型步骤制备得到；
其中R为铈、锑、锆、碲中的任意数量种。
在上述制备工艺中采用铜箔对铜-R合金进行包覆，提高了R微量元素在体系中的分布均匀度，同时由于R是最后加入到体系中的，因此对于调整后续加工性能有着较为明显的影响，整体加工性能较好。
可选的，硅以铜-硅合金的形式加入到体系中。
在上述技术方案中，以铜硅合金的方式添加硅，由于硅的添加量较少，因此添加量更加容易控制，同时铜-硅合金本身的结构也有助于提高钎料整体的可加工性能。
可选的，合金熔融的具体加料顺序如下：
银，铜，镍，锡，锌，铜-硅合金，铜-R合金。
采用上述加料顺序对合金进行熔炼，整体得到的钎料具有更好性质，体系内结构更加均匀完整，进而使整体的结构强度、加工性能均更好。
综上所述，本申请至少包括如下一种有益效果：
1、在本申请中，采用了银-铜-锌-硅-镍的组合合金，同时银的质量分数占到32～36％，在减少了银的使用的同时，通过添加少量的硅和镍，使合金整体与BAg54CuZn(Ni)在流动性、机械性能和润湿性等方面性质接近，减少了银的用量，降低了成本。
2、在本申请进一步设置中，通过添加微量元素R，有助于熔炼过程中除气，进一步提高钎料的品质。
3、在本申请进一步设置中，通过添加锡，提高了钎料的流动性，进而提高了钎料的质量。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中硬质合金钎焊专用节银钎料通过以下实验方法判定其效果。
合金强度：参照GB/T 228.1-2010进行测定。
润湿性：将20mg熔融的不锈钢滴加在以下实施例中制备的钎料的表面，测定不锈钢的铺展面积以判定润湿性。
延伸率：制备试件，通过轧机测量最大变形率(开始厚度，轧裂厚度，计算压延率)，试件规格为7mm*mm，起始厚度为8mm，轧机压力位80t。
韧性测定：将钎料制备成0.1mm*2mm*2mm的试块，并对T型试件进行焊接，T型试件的顶部为2mm(宽)宽*1mm(厚)*23mm(长)长方体，底部为2mm(宽)*2mm(长)*15mm(高)长方体，焊接完毕后，固定T试件的上下端，并在上下端施加相反的作用力，测定断裂时的最大角度。
扭转角度：将钎料制成0.1*1.0mm薄带后，进行固定两端扭转，观察并记录其扭曲至出现表面破损时的扭转角度。
焊接强度：参照GB/T 11363-2008标准进行钎焊接头强度的测定。
实施例1～36及对比例1～6，均为硬质合金钎焊专用节银钎料，具体制备方法如下：
在熔炼炉中，按照顺序加入银、铜、镍、锡(若组分中没有锡，则跳过该步骤)、锌、铜-硅合金、铜-R合金(若组分中没有R，则跳过该步骤)。其中，铜-硅合金中，硅含量为15wt％，铜-R合金中，R含量为8wt％。
对于以上组分，每个组分在上一组分完全熔炼后再加入到体系中。其中，铜-R合金用铜箔包覆后加入到体系中进行熔炼。
组分熔炼完毕后，在模具中固化得到用于测定的钎料。
实施例1～5中，组分的理论配比如表1所示。
表1、实施例1～36及对比例1～5的组分配比
实施例1～6及对比例1～5的实验结果如表2所示。
表2、实施例1～6及对比例1～6的实验结果
通过上述实验数据可知，采用本申请中的钎料，通过添加硅，并在此基础上控制铜和锌的质量比在0.8～1.2∶1的范围内，可以得到与BAg54CuZn(Ni)钎料性能接近的钎料，且实施例中的钎料固液相温度相较于现有的银钎料较低，可以有效地降低焊接所需的加工温度，同时力学性能基本接近，银的用量大幅减少，是一种更加经济低成本的钎料。其中，硅主要起到提高润湿性能的效果。但是硅的添加量增多会导致合金变脆影响合金的加工性质。
实施例13～28的性质如表3所示。
表3、实施例13～28的实验结果
通过上述实验数据可知，上述微量元素在少于0.05％的质量分数内加入到体系中，在不同程度上会对合金的性能有一定的影响，在整体上，少量的微量元素加入可以提高合金，并降低合金的固相温度和液相温度，使合金更有利于实际生产加工。若微量元素添加过多，则会对合金的强度造成一定的不良影响，同时固相温度和液相温度也均会升高。
对实施例7～12及实施例29～36进行测定，结果如表4所示。
表4、实施例7～12及实施例29～36的实验结果
锡的加入可以明显提高合金对于不锈钢的润湿性能，同时也可以提高合金的流动性，对力学性能中的强度有少量的提升。锡的加入同样具有降低固液相温度、提高加工性能的效果。但是当锡的加入量过多时，会导致合金变脆，失去韧性。
在实施例29～36中，进一步地调整了合金整体的配比，在上述配比中，发现当银的含量为33～35％，铜的含量为31～33％范围内时，整体合金的性质更加出色，可以兼顾强度、润湿性能和韧性。当银的含量减少时，整体润湿性和韧性都会变差，导致钎料不容易与不锈钢润湿，进而导致焊接强度也有一定程度的减弱。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种硬质合金钎焊专用节银钎料，其特征在于，包括如下组分：
镍，占钎料质量分数1.3～2.5%；
硅，占钎料质量分数0.03～0.2%；
银，占钎料质量分数32～36%；
余量包括铜和锌，铜和锌的质量比为0.8～1.2∶1。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金钎焊专用节银钎料，其特征在于，还包括占钎料质量分数0.001～0.05%的微量元素R，所述微量元素R为铈、锑、锆、碲中的任意数量种。
3.根据权利要求1所述的一种硬质合金钎焊专用节银钎料，其特征在于，还包括锡，锡在钎料中的质量分数不超过1%。
4.根据权利要求3所述的一种硬质合金钎焊专用节银钎料，其特征在于，锡在钎料中的质量分数为0.1～0.6%。
5.根据权利要求1所述的一种硬质合金钎焊专用节银钎料，其特征在于，铜在钎料中的质量分数为30～34%。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种硬质合金钎焊专用节银钎料，其特征在于，包括如下质量分数的组分：
银 33～35%；
铜 31～33%；
锡 0.1～0.6%；
硅 0.03～0.2%；
镍 1.8～2.5%；
R 0.001～0.05；
余量为锌；
其中R为铈、锑、锆、碲中的任意数量种。
7.权利要求1～6中任意一项所述的一种硬质合金钎焊专用节银钎料的制备方法，其特征在于，依次将包覆有铜箔的铜-R合金加入到熔融的银、铜、镍、锡、锌和硅的体系中，继续熔炼后经注模成型步骤制备得到；
其中R为铈、锑、锆、碲中的任意数量种。
8.根据权利要求7所述的一种硬质合金钎焊专用节银钎料的制备方法，其特征在于，硅以铜-硅合金的形式加入到体系中。
9.根据权利要求8所述的一种硬质合金钎焊专用节银钎料的制备方法，其特征在于，合金熔融的具体加料顺序如下：
银，铜，镍，锡，锌，铜-硅合金，铜-R合金。
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