CN114193019B - 一种复合钎料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合钎料及其制备方法，属于钎焊技术领域。本发明复合钎料，包括内芯和外皮，所述外皮包覆所述内芯；所述外皮主要由铜和银组成；所述内芯包括合金粉；所述合金粉包括铜和磷。本发明的复合钎料，内芯中的合金粉含磷，相较于传统熔炼制成的同类复合钎料脆性小、易于加工成型。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合钎料及其制备方法，属于钎焊技术领域。
背景技术
铜及铜合金因其良好的导热性、导电性、耐蚀性、抗菌性和力学性能而广泛应用于电子、电气、建筑、交通运输、通讯、国防军工等领域。这些应用既与我们日常生活息息相关，又是国民经济健康发展的基础。高强高导铜合金同时具有良好的强度和导电性，是铜及铜合金产业中一个重要方向，也是发达国家争先开发的先进材料之一。作为一种结构功能一体化的材料，高强高导铜合金广泛应用于集成电路引线框架、高铁接触线、高压开关电触头、强磁铁、电阻点焊电极和电磁炮导轨等方面。高强高导铜合金钎焊时，钎焊温度、钎焊时间均对高强高导铜合金的导电性、力学性能造成重要影响，通常是钎焊温度越高、钎焊时间越长，高强高导铜合金的导电性和力学性能均变差。
BCu75AgP共晶钎料具有固定的熔点，且熔点低于绝大部分铜磷钎料，可在较低钎焊温度条件下对高强高导铜合金进行短时钎焊，钎焊过程中对高强高导铜合金的导电性和力学性能影响较小，是高强高导铜合金钎焊过程中重要的钎焊材料。然而由于磷容易烧损，传统熔炼、挤压/连铸形成的BCu75AgP存在成分难以精确控制的情况，并且由于Cu3P脆性相较多，难以进行二次加工成型。
随着高强高导铜合金材料朝着超高性能、高纯度、高迭代方向发展，对相关产品的集成化、功能化、微型化、可靠性等提出了更高要求，研发和制备出成型性好、高性能、熔化温度更低的节银钎料对我国高端装备制造和重点工程开展具有重要的现实意义和战略意义。为了节约贵金属银，可在铜磷银钎料中加入锡元素，以达到降低熔化温度、提高钎料流动性的目的，但锡含量高的铜磷钎料往往较脆。例如BCu80SnPAg银含量只有5％左右，锡含量10％左右，熔化温度低于BCu75AgP共晶钎料(银含量18％左右)，但其含有大量铜磷和铜锡等元素组成的脆性相，同样难以成形加工。
发明内容
针对现有技术中BCu75AgP共晶钎料以及BCu80SnPAg钎料等钎料的成形难度大的问题，本发明提供了一种易于加工成型的复合钎料。
本发明还提供了一种上述复合钎料的制备方法。
为了实现以上目的，本发明的复合钎料所采用的技术方案是：
一种复合钎料，包括内芯和外皮，所述外皮包覆所述内芯；所述外皮包括铜和银；所述内芯包括合金粉；所述合金粉包括铜和磷。
本发明的复合钎料，内芯中的合金粉含磷，相较于传统熔炼制成的同类复合钎料脆性小、易于加工成型。
进一步地，所述合金粉由铜和磷组成，即合金粉为磷铜合金粉。更近一步地，所述合金粉中磷的质量百分比为9～10％，优选为9.5-9.7％。
进一步地，所述外皮还包括锡；所述复合钎料为铜锡磷银复合钎料。由于含锡铜磷钎料钎焊过程中需要额外使用钎剂以防止锡的氧化，进一步地，所述复合钎料为铜锡磷银复合钎料时，所述内芯还包括钎剂粉。可以理解的是所述钎剂粉与铜锡磷银钎料相匹配。所述钎剂粉由以下质量百分比的组分组成：KBF4 10％～40％、B2O3 20％～60％、NaF 3％～20％、LiF 0～10％和NaBF4 10％～40％。例如钎剂粉由以下质量百分比组分组成：KBF440％、B2O340％、NaF 3％～5％、LiF 5～7％和NaBF4 10％。采用上述配方的钎剂活性温度范围与铜锡磷银钎料更匹配。内芯包含钎剂时，可以实现钎剂的自动、定量添加。进一步地，所述钎剂的质量与合金粉与外皮总质量之比为8～15:100。
为了进一步提高铜锡磷银钎料的成分控制精度，所述外皮包括一层或两层以上的层状金属复合材料；所述层状金属复合材料包括依次设置的第一铜层、银层、锡层和第二铜层。所述层状金属复合材料中第一铜层、银层、锡层和第二铜层在从内到外的方向上依次设置。外皮包括一层的层状金属复合材料时，使用过程中经过四次原位合成铜锡磷银钎料，适用于钎焊大面积钎缝钎焊接头。所述外皮包括两层以上的层状金属复合材料时，各层状金属复合材料堆叠设置，且任意相邻两层状金属复合材料中的一个的第一铜层与另一个的第二铜层相对设置。
所述层状复合材料中任意相邻两层均贴合设置。
进一步地，所述合金粉占合金粉与外皮总质量的52～53％，优选为52.08～52.09％；所述层状金属复合材料由等宽的第一铜带、银带、锡带和第二铜带依次堆叠后经轧制形成；所述第二铜带为第一铜带厚度的15.5～16.0倍；所述银带为第一铜带厚度的2.0～3.0倍；所述第二铜带为锡带厚度的2.40～2.70倍。钎焊加热时，首先第二铜层和银层原位形成BAg72Cu共晶钎料(熔点779℃)，锡层不断熔入BAg72Cu共晶钎料形成BAgCuSn钎料。控制合金粉占合金粉与外皮总质量的52.08～52.09％，并且外皮为一层层状金属复合材料时，最内层的铜层与铜磷合金粉形成BCu92P共晶钎料(熔点714℃)，BAgCuSn与BCu92P原位合成熔点低于BCu75AgP共晶钎料的低熔化温度的铜锡磷银钎料，可作为BCu75AgP共晶钎料替代钎料，银含量大大降低，从而降低钎焊件成本。
进一步地，所述第一铜带的厚度优选为0.01mm～0.2mm。
进一步地，所述外皮包括一层或两层以上的层状金属复合材料；所述层状金属复合材料包括铜层和银层；所述内芯为合金粉；所述层状金属复合材料中，铜层、银层在从内到外的方向上依次设置；所述复合钎料为铜银磷钎料。将层状金属复合材料的铜层设置在内侧可以减少铜银磷钎料存放或使用过程中造成的铜表面氧化严重现象。
进一步地，所述层状金属复合材料中的铜层和银层贴合设置。所述外皮包括两层以上层状金属复合材料时，任意相邻两层状金属复合材料中一个铜层与另一个的铜层或银层相对设置，利用纯金属塑性好的特点，制备成形性较好的铜银磷钎料。
进一步地，所述复合钎料为铜银磷钎料时，所述合金粉占合金粉、外皮总质量的75～76％，进一步优选为75.70～75.90％；所述层状金属复合材料是将等宽的铜带和银带堆叠后经过轧制形成；铜带的厚度为银带厚度的2.19倍～2.20倍。所述铜银磷钎料通过控制合金粉中P元素的质量含量为9.5-9.7％，外皮中银层和铜层形成BAg72Cu共晶钎料，熔化温度为779℃，此温度与合金粉熔化温度接近，可以原位合成更低熔点的铜银磷共晶钎料。通过原位合成低熔点铜银磷共晶钎料，适用于钎焊大面积钎缝钎焊接头。
进一步地，所述铜银磷钎料为铜银磷共晶钎料。
为了便于该复合钎料的加工，并保持良好的钎焊使用效果，进一步地，所述复合钎料的横截面为鼓形。进一步地，铜银磷钎料的两鼓面的距离为0.1mm～2.0mm。
进一步地，所述内芯为合金粉时，所述合金粉的平均粒径为75-150μm。所述内芯为合金粉和钎剂的组合时，所述内芯的粒度为40-150目。
进一步地，所述外皮的厚度≤1.00mm。例如所述外皮的厚度为0.05mm～1.00mm。
进一步地，所述复合钎料的外皮呈管状，所述内芯位于管状外皮的管腔内。
本发明的复合钎料的制备方法所采用技术方案为：
一种上述的复合钎料的制备方法，包括以下步骤：采用复合金属带对芯粉进行包覆形成外皮；所述复合金属带主要由铜和银组成；所述芯粉包括合金粉。
本发明的复合钎料的制备方法，相比传统熔炼方法制备的含铜、银、磷的钎料，不仅生产效率大大提高，且节能环保，同时成分控制精度大大提高，组成元素的偏差均可控制在0.2％以内，尤其是可以解决传统含铜、银、磷钎料脆性大、难以成型的缺陷。
内芯包括钎剂时，所述芯粉采用包括以下步骤的方法制得：取钎剂与合金粉混匀后，在200℃～300℃加热0.5h～1.0h，然后将形成的固体进行粉碎，即得。所述芯粉的粒度D50优选为100～500μm，例如粒度为40-150目。
可以理解的是，所述复合金属带用于对内芯进行包覆形成外皮。若复合钎料为上述的铜锡磷银钎料时，所述复合金属带包括一层或两层以上的金属复合材料带；所述金属复合材料带包括第一铜带层和在远离铜带层的方向上依次设置的银带层、锡带层和第二铜带层。
对于复合钎料为铜锡磷银钎料：优选地，所述金属复合材料带是将第一铜带、银带、锡带和第二铜带依次堆叠后进行轧制得到。通过轧制的方法制备复合金属带可以提高铜锡磷银钎料中各成分的精度。优选的，所述第二铜带为第一铜带厚度的15.5～16.0倍；所述银带为第一铜带厚度的2.0～3.0倍；所述第二铜带为锡带厚度的2.40～2.70倍。第一铜带、第二银带、锡带和第二铜层等宽。轧制前后，各层之间的厚度比例关系基本不发生变化。所述第一铜带的厚度优选为0.01mm～0.2mm。
优选地，若复合钎料为铜银磷钎料时，所复合金属带包括一层或两层以上的金属复合材料带；所述金属复合材料带包括铜带层和银带层。
对于复合钎料为铜银磷钎料：进一步地，所述铜带层与所述银带层贴合设置。所述金属带包括两层以上的金属复合材料带时，任意相邻两金属复合材料带中一个的铜带层与另一个的银带层相对设置。进一步地，采用复合金属带对合金粉进行包覆时，复合金属带的铜带层朝向所述合金粉。可以理解的是，复合金属带包括两层以上的金属复合材料带时，朝向金属粉的铜带层是指复合金属带最外层的铜带层。进一步地，所述金属复合材料带是将等宽的铜带和银带堆叠后进行轧制形成。铜带的厚度为银带厚度的2.19倍～2.20倍。进一步地，所述银带的厚度为0.01mm-0.2mm。
进一步地，所述包覆包括以下步骤：将复合金属带制成U型带，然后将芯粉送入U型带的凹口内进行合口；所述复合钎料的制备方法还包括以下步骤：使包覆后所得材料的合口接缝处于轧制面进行轧制。
附图说明
图1为实施例1的复合钎料的示意图；
图2为实施例6的复合钎料的示意图；
其中，1-内芯，2-外皮，3-第一铜层，4-银层，5-锡层，6-第二铜层，7-铜层。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
本实施例的复合钎料为铜锡磷银钎料(药芯钎料)，如图1所示，横截面为鼓形，包括内芯1和外皮2，外皮2包覆内芯1，外皮1为一层层状金属复合材料，包括在从内外的方向上依次设置的第一铜层3、银层4、锡层5和第二铜层6，任意相邻两层贴合设置。
内芯由合金粉和钎剂组成，合金粉为CuP9.6合金粉(即合金粉中P元素的质量百分含量为9.6％，钎剂由以下质量百分比的组分组成：KBF4 40％、B2O3 40％、NaF 5％、LiF5％、NaBF4 10％。合金粉占合金粉与外皮总质量的52.085％，钎剂的质量与合金粉和外皮的总质量之比为15:100。外皮呈管状，合金粉和钎剂填充在管腔内形成外皮包覆的内芯。
本实施例的复合钎料采用实施例11的制备方法制得。
实施例2
本实施例的复合钎料为横截面成鼓形的铜锡磷银钎料(药芯钎料)，包括内芯和外皮，外皮包覆内芯，外皮包括两层的层状金属复合材料，层状金属复合材料包括在从内外的方向上依次设置的第一铜层、银层、锡层和第二铜层，任意相邻两层贴合设置。外皮中两层状金属复合材料堆叠设置，且其中一个的第二铜层与另一个第一铜层相对设置且相互贴合，各层状金属复合材料的厚度相同。
内芯由合金粉和钎剂组成，合金粉为CuP9.6合金粉(即合金粉中P元素的质量百分含量为9.6％)，钎剂由以下质量百分比的组分组成：KBF4 40％、B2O3 40％、NaF 5％、LiF5％、NaBF4 10％。合金粉占合金粉与外皮总质量的52.085％，钎剂的质量与合金粉和外皮的总质量之比为15:100。外皮呈管状，合金粉和钎剂填充在管腔内形成外皮包覆的内芯。
本实施例的复合钎料采用实施例12的制备方法制得。
实施例3
本实施例的复合钎料为横截面成鼓形的铜锡磷银钎料(药芯钎料)，包括内芯和外皮，外皮包覆内芯，外皮包括三层的层状金属复合材料，层状金属复合材料包括在从内外的方向上依次设置的第一铜层、银层、锡层和第二铜层，任意相邻两层贴合设置。外皮中三层层状金属复合材料依次堆叠，且任意相邻两个中的一个层状金属复合材料的第二铜层与另一个层状金属复合材料的第一铜层相对设置且相互贴合，各层状金属复合材料的厚度相同。
内芯由合金粉和钎剂组成，合金粉为CuP9.6合金粉(即合金粉中P元素的质量百分含量为9.6％)，钎剂由以下质量百分比的组分组成：KBF4 40％、B2O3 40％、NaF 5％、LiF5％、NaBF4 10％。合金粉占合金粉与外皮总质量的52.085％，钎剂的质量与合金粉和外皮的总质量之比为15:100。外皮呈管状，合金粉和钎剂填充在管腔内形成外皮包覆的内芯。
本实施例的复合钎料采用实施例13的制备方法制得。
实施例4
本实施例的复合钎料为横截面成鼓形的铜锡磷银钎料(药芯钎料)，包括内芯和外皮，外皮包覆内芯，外皮包括四层的层状金属复合材料，层状金属复合材料包括在从内外的方向上依次设置的第一铜层、银层、锡层和第二铜层，任意相邻两层贴合设置。外皮中四层层状金属复合材料依次堆叠，且任意相邻两个中的一个层状金属复合材料的第二铜层与另一个层状金属复合材料的第一铜层相对设置且相互贴合，各层状金属复合材料的厚度相同。
内芯由合金粉和钎剂组成，合金粉为CuP9.6合金粉(即合金粉中P元素的质量百分含量为9.6％)，钎剂由以下质量百分比的组分组成：KBF440％、B2O340％、NaF5％、LiF5％、NaBF410％。合金粉占合金粉与外皮总质量的52.085％，钎剂的质量与合金粉和外皮的总质量之比为15:100。外皮呈管状，合金粉和钎剂填充在管腔内形成外皮包覆的内芯。
本实施例的复合钎料采用实施例14的制备方法制得。
实施例5
本实施例的复合钎料为横截面成鼓形的铜锡磷银钎料(药芯钎料)，包括内芯和外皮，外皮包覆内芯，外皮包括四层的层状金属复合材料，层状金属复合材料包括在从内外的方向上依次设置的第一铜层、银层、锡层和第二铜层，任意相邻两层贴合设置。外皮中四层层状金属复合材料依次堆叠，且任意相邻两个中的一个层状金属复合材料的第二铜层与另一个层状金属复合材料的第一铜层相对设置且相互贴合，各层状金属复合材料的厚度相同。
内芯由合金粉和钎剂组成，合金粉为CuP9.6合金粉(即合金粉中P元素的质量百分含量为9.6％)，钎剂由以下质量百分比的组分组成：KBF440％、B2O340％、NaF3％、LiF7％、NaBF410％。合金粉占合金粉与外皮总质量的52.085％，钎剂的质量与合金粉和外皮的总质量之比为15:100。外皮呈管状，合金粉和钎剂填充在管腔内形成外皮包覆的内芯。
本实施例的复合钎料采用实施例15的制备方法制得。
实施例6
本实施例的复合钎料为铜银磷共晶钎料，如图2所示，横截面为鼓形，包括内芯1和外皮2，外皮2包覆内芯1；外皮2为一层层状金属复合材料，该层状金属复合材料包括铜层7和银层4，铜层7和银层4贴合设置，其中铜层7为内层，银层4为外层。外皮呈管状，合金粉填充在管腔内形成外皮包覆的内芯；合金粉为CuP9.6合金粉(磷占合金粉质量的9.6％)，平均粒径为150μm；合金粉占合金粉与外皮总质量的75.8％。本实施例的复合钎料采用实施例16的制备方法制得。
实施例7
本实施例的复合钎料为铜银磷共晶钎料，横截面为鼓形，包括内芯和外皮；外皮包括两堆叠设置的层状金属复合材料；层状金属复合材料包括铜层和银层，且铜层和银层贴合设置；外皮的两层状金属复合材料中的一个层状金属复合材料的铜层与另一个层状金属复合材料的银层相对贴合设置；外皮外侧的铜层为内层，外侧的银层为外层。外皮呈管状，合金粉填充在管腔内形成外皮包覆的内芯；合金粉为CuP9.6合金粉(磷占合金粉质量的9.6％)，平均粒径为150μm；合金粉占合金粉与外皮总质量的75.8％。本实施例的复合钎料采用实施例17的制备方法制得。
实施例8
本实施例的复合钎料为铜银磷共晶钎料，横截面为鼓形，包括内芯和外皮；外皮包括四层堆叠设置的层状金属复合材料；层状金属复合材料包括铜层和银层，且铜层和银层贴合设置；外皮的四层状金属复合材料中任意相邻两个中一个层状金属复合材料的铜层与另一个层状金属复合材料的银层相对贴合设置；外皮外侧的铜层为内层，外侧的银层为外层。外皮呈管状，合金粉填充在管腔内形成外皮包覆的内芯；合金粉为CuP9.6合金粉(磷占合金粉质量的9.6％)，平均粒径为150μm；合金粉占合金粉与外皮总质量的75.8％。本实施例的复合钎料采用实施例18的制备方法制得。
实施例9
本实施例的复合钎料为铜银磷共晶钎料，与实施例8的铜银磷共晶钎料的区别仅在于：合金粉的平均粒径为106μm。本实施例的复合钎料采用实施例19的制备方法制得。
实施例10
本实施例的复合钎料为铜银磷共晶钎料，与实施例8的铜银磷共晶钎料的区别仅在于：合金粉的平均粒径为75μm。本实施例的复合钎料采用实施例20的制备方法制得。
以下实施例11-15中采用的纯铜带、纯锡带、纯银带和纯铜带等宽。
实施例11
本实施例的复合钎料的制备方法，为实施例1的复合钎料的制备方法，包括以下步骤：
1)取厚度0.16mm的纯铜带、厚度为0.06mm的纯锡带、厚度为0.02mm的纯银带、厚度为0.01mm的纯铜带，依次堆叠后经精密轧机多道轧制形成Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带；轧制前后各层与轧制前对应的金属带相比，厚度基本不发生变化；
按照KBF4、B2O3、NaF、LiF、NaBF4的质量比为40:40:5:5:10的比例取各取各物质的粉体混合均匀得到钎剂，再将所得钎剂与粒度为40-150目的CuP9.6合金粉混合均匀，在300℃加热1.0h，形成的固体经粉碎、过筛得到粒度为40-150目的芯粉；
2)将Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带中与Ag带层相邻的铜带层(记为第一铜带层)朝上，对Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带进行多道轧制，形成凹面为第一铜带层表面的U型带，然后将芯粉不断送入U型带的凹口内，进行经合口形成铜锡磷银药芯钎料；轧制前后Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带的厚度基本不发生变化；
3)以合口接缝为上轧制面的中心对铜锡磷银药芯钎料进行轧制，获得带状铜锡磷银药芯钎料，即得。
本实施例的复合钎料的制备方法相比传统熔炼、挤压/连铸等工序制备钎料的效率提升126％。
实施例12
本实施例的复合钎料的制备方法，为实施例2的复合钎料的制备方法，包括以下步骤：
1)取厚度0.16mm的纯铜带、厚度为0.06mm的纯锡带、厚度为0.02mm的纯银带、厚度为0.01mm的纯铜带，依次堆叠后经精密轧机多道轧制形成Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带；轧制前后各层与轧制前对应的金属带相比，厚度基本不发生变化；
然后取两个Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带，将其中一个的与银带层相邻的铜带层朝向另一个的与锡带层相邻的铜带层进行堆叠后轧制，得到复合金属带；
按照KBF4、B2O3、NaF、LiF、NaBF4的质量比为40:40:5:5:10的比例取各取各物质的粉体混合均匀得到钎剂，再将所得钎剂与CuP9.6合金粉混合均匀，在300℃加热1.0h，形成的固体经粉碎、过筛得到芯粉；
2)将复合金属带中与Ag带层相邻的最外侧铜带层(记为第一铜带层)朝上，对复合金属带进行多道轧制，形成凹面为第一铜带层表面的U型带，然后将芯粉不断送入U型带的凹口内，进行经合口形成铜锡磷银药芯钎料；轧制前后复合金属带的厚度基本不发生变化；
3)以合口接缝为上轧制面的中心对铜锡磷银药芯钎料进行轧制，获得带状铜锡磷银药芯钎料，即得。
本实施例的复合钎料的制备方法相比传统熔炼、挤压/连铸等工序制备钎料的效率提升93％。
实施例13
本实施例的复合钎料的制备方法，为实施例3的复合钎料的制备方法，包括以下步骤：
1)取厚度0.16mm的纯铜带、厚度为0.06mm的纯锡带、厚度为0.02mm的纯银带、厚度为0.01mm的纯铜带，依次堆叠后经精密轧机多道轧制形成Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带；轧制前后各层与轧制前对应的金属带相比，厚度基本不发生变化；
然后取三个Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带依次堆叠后进行轧制，得到复合金属带；将三个Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带进行堆叠后，任意相邻两个Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带中的一个的与银带层相邻的铜带层朝向另一个的与锡带层相邻的铜带层；
按照KBF4、B2O3、NaF、LiF、NaBF4的质量比为40:40:5:5:10的比例取各取各物质的粉体混合均匀得到钎剂，再将所得钎剂与CuP9.6合金粉混合均匀，在300℃加热1.0h，形成的固体经粉碎、过筛得到芯粉；
2)将复合金属带中与Ag带层相邻的最外侧铜带层(记为第一铜带层)朝上，对复合金属带进行多道轧制，形成凹面为第一铜带层表面的U型带，然后将芯粉不断送入U型带的凹口内，进行经合口形成铜锡磷银药芯钎料；轧制前后复合金属带的厚度基本不发生变化；
3)以合口接缝为上轧制面的中心对铜锡磷银药芯钎料进行轧制，获得带状铜锡磷银药芯钎料，即得。
本实施例的复合钎料的制备方法相比传统熔炼、挤压/连铸等工序制备钎料的效率提升87％。
实施例14
本实施例的复合钎料的制备方法，为实施例4的复合钎料的制备方法，包括以下步骤：
1)取厚度0.16mm的纯铜带、厚度为0.06mm的纯锡带、厚度为0.02mm的纯银带、厚度为0.01mm的纯铜带，依次堆叠后经精密轧机多道轧制形成Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带；轧制前后各层与轧制前对应的金属带相比，厚度基本不发生变化；
然后取四个Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带依次堆叠后进行轧制，得到的复合金属带；将四个Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带进行堆叠后，任意相邻两个Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带中的一个的与银带层相邻的铜带层朝向另一个的与锡带层相邻的铜带层；
按照KBF4、B2O3、NaF、LiF、NaBF4的质量比为40:40:5:5:10的比例取各取各物质的粉体混合均匀得到钎剂，再将所得钎剂与CuP9.6合金粉混合均匀，在300℃加热1.0h，形成的固体经粉碎、过筛得到芯粉；
2)将复合金属带中与Ag带层相邻的最外侧铜带层(记为第一铜带层)朝上，对复合金属带进行多道轧制，形成凹面为第一铜带层表面的U型带，然后将芯粉不断送入U型带的凹口内，进行经合口形成铜锡磷银药芯钎料；轧制前后复合金属带的厚度基本不发生变化；
3)以合口接缝为上轧制面的中心对铜锡磷银药芯钎料进行轧制，获得带状铜锡磷银药芯钎料，即得。
本实施例的复合钎料的制备方法相比传统熔炼、挤压/连铸等工序制备钎料的效率提升87％。
实施例15
本实施例的复合钎料的制备方法，为实施例5的复合钎料的制备方法，包括以下步骤：
1)取厚度0.16mm的纯铜带、厚度为0.06mm的纯锡带、厚度为0.02mm的纯银带、厚度为0.01mm的纯铜带，依次堆叠后经精密轧机多道轧制形成Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带；轧制前后各层与轧制前对应的金属带相比，厚度基本不发生变化；
然后取四个Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带依次堆叠后进行轧制，得到复合金属带；将四个Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带进行堆叠后，任意相邻两个Cu-Sn-Ag-Cu金属复合材料带中的一个的与银带层相邻的铜带层朝向另一个的与锡带层相邻的铜带层；
按照KBF4、B2O3、NaF、LiF、NaBF4的质量比为40:40:3:7:10的比例取各取各物质的粉体混合均匀得到钎剂，再将所得钎剂与CuP9.6合金粉混合均匀，在300℃加热1.0h，形成的固体经粉碎、过筛得到芯粉；
2)将复合金属带中与Ag带层相邻的最外侧铜带层(记为第一铜带层)朝上，对复合金属带进行多道轧制，形成凹面为第一铜带层表面的U型带，然后将芯粉不断送入U型带的凹口内，进行经合口形成铜锡磷银药芯钎料；轧制前后复合金属带的厚度基本不发生变化；
3)以合口接缝为上轧制面的中心对铜锡磷银药芯钎料进行轧制，获得带状铜锡磷银药芯钎料，即得。
本实施例的复合钎料的制备方法相比传统熔炼、挤压/连铸等工序制备钎料的效率提升87％。
以下实施例16-20中采用的纯铜带和纯银带等宽。
实施例16
本实施例的复合钎料的制备方法，为实施例6的复合钎料的制备方法，包括以下步骤：
1)选用厚度0.05mm的纯铜带、厚度为0.11mm的纯银带，经精密轧机多道轧制形成Ag-Cu金属复合材料带，采用德国NETZSCH公司生产的型号STA449F3综合热分析仪测量Ag-Cu金属复合材料带的DSC曲线，测得其熔化温度为779.7℃；轧制前各金属带与轧制后对应形成的金属层的厚度基本相同；
2)将Ag-Cu金属复合材料带的铜带层朝上，对Ag-Cu金属复合材料带进行多道轧制，形成凹面为铜面的U型带，然后将平均粒径为150μm的CuP9.6合金粉不断送入U型带的凹口内，进行合口形成铜银磷药芯钎料；Ag-Cu金属复合材料带轧制前后，厚度基本不变；
3)以合口接缝为上轧制面的中心对铜银磷药芯钎料进行轧制，获得带状铜银磷共晶钎料，即得。
本实施例的复合钎料的制备方法相较于传统熔炼、挤压/连铸等工序制备的铜银磷钎料的效率提升126％。
实施例17
本实施例的复合钎料的制备方法，为实施例7的复合钎料的制备方法，包括以下步骤：
1)选用厚度0.05mm的纯铜带、厚度为0.11mm的纯银带，经精密轧机多道轧制形成的Ag-Cu金属复合材料带，然后取两个Ag-Cu金属复合材料带，将一个铜带层朝向另一个的银带层进行堆叠后轧制，得到的双层Ag-Cu复合金属带；轧制前各金属带与轧制后对应形成的金属层的厚度基本相同；
双层Ag-Cu复合金属带的上表面为铜带层，下表面为银带层，采用德国NETZSCH公司生产的型号STA449F3综合热分析仪测量该双层Ag-Cu复合金属带的DSC曲线，测得其熔化温度为779.2℃；
2)将得到的双层Ag-Cu复合金属带的铜带层朝上，对Ag-Cu复合金属带进行多道轧制，形成凹面为铜面的U型带，然后将平均粒径为150μm的CuP9.6合金粉不断送入U型带的凹口内，进行合口形成铜银磷药芯钎料；双层Ag-Cu复合金属带在轧制前后，厚度基本不发生变化；
3)以合口接缝为上轧制面的中心对铜银磷药芯钎料进行轧制，获得带状铜银磷共晶钎料，即得。
本实施例的复合钎料的制备方法相较于传统熔炼、挤压/连铸等工序制备的铜银磷钎料的效率提升103％。
实施例18
本实施例的复合钎料的制备方法，为实施例的8的复合钎料的制备方法，包括以下步骤：
1)选用厚度0.05mm的纯铜带、厚度为0.11mm的纯银带，经精密轧机多道轧制形成Ag-Cu金属复合材料带，然后取四个Ag-Cu金属复合材料带堆叠后进行轧制得到四层Ag-Cu复合金属带；堆叠时，任意两相邻Ag-Cu金属复合材料带中一个银带层与另一个的铜带层相对放置；轧制前各金属带与轧制后对应形成的金属层的厚度基本相同；
四层Ag-Cu复合金属带的上表面为铜带层，下表面为银带层，采用德国NETZSCH公司生产的型号STA449F3综合热分析仪测量该四层Ag-Cu复合金属带的DSC曲线，测得其熔化温度为779.9℃；
2)将得到的四层Ag-Cu复合金属带的铜带层朝上，对Ag-Cu复合金属带进行多道轧制，形成凹面为铜面的U型带，然后将平均粒径为150μm的CuP9.6合金粉不断送入U型带的凹口内，经合口形成药芯铜银磷钎料；四层Ag-Cu复合金属带在轧制前后，厚度基本不发生变化；
3)以合口接缝为上轧制面的中心对铜银磷药芯钎料进行轧制，获得带状铜银磷共晶钎料，即得。
本实施例的复合钎料的制备方法相较于传统熔炼、挤压/连铸等工序制备的铜银磷钎料的效率提升94％。
实施例19
本实施例的复合钎料的制备方法为实施例9的复合钎料的制备方法，与实施例18的复合钎料的制备方法的区别仅在于：步骤2)中所采用的合金粉的平均粒径为106μm。
本实施例的复合钎料的制备方法相较于传统熔炼、挤压/连铸等工序制备的铜银磷钎料的效率提升126％。
实施例20
本实施例的复合钎料的制备方法为实施例10的复合钎料的制备方法，与实施例18的复合钎料的制备方法的区别仅在于：步骤2)中采用的合金粉的平均粒径为75μm。
本实施例的复合钎料的制备方法相较于传统熔炼、挤压/连铸等工序制备的铜银磷钎料的效率提升126％。
实验例1
根据国家标准GB/T 11364-2008《钎料润湿性试验方法》，将实施例1-5的复合银钎料和BCu75AgP共晶钎料进行润湿性对比试验。
试验方法：取各实施例的复合钎料200mg(钎剂质量在复合钎料中的占比15％)，分别置于40mm×40mm、厚度为2mm的C18150板中央，然后分别放入RSL-5润湿炉中加热，待钎料熔化后保温50s，室温自然冷却后清洗干净，测量计算钎料润湿面积。
作为对比，将BCu75AgP共晶钎料重量为170mg，同样成分的钎剂30mg，置于40mm×40mm、厚度为2mm的C18150板中央，同样放入RSL-5润湿炉中加热，待钎料熔化后保温50s，室温自然冷却后清洗干净，测量计算钎料润湿面积。
实施例1-5的复合钎料的润湿面积分别为BCu75AgP共晶钎料润湿面积的1.23倍、1.21倍、1.19倍、1.15倍、1.26倍。即本发明的铜锡磷银钎料具有良好的润湿铺展性能，可替代BCu75AgP共晶钎料。
实验例2
根据国家标准GB/T 11364-2008《钎料润湿性试验方法》，分别将实施例6-10的复合钎料和传统熔炼、挤压、轧制制备的同成分铜银磷钎料进行润湿性对比试验。试验时，将实施例的钎料200mg置于40mm×40mm、厚度为2mm的C18150板中央，采用FB102钎剂覆盖钎料，将同成分的传统铜银磷钎料重量为200mg，置于40mm×40mm、厚度为2mm的C18150板中央，同样采用FB102钎剂进行覆盖。然后同时放入RSL-5润湿炉中加热，待钎料熔化后保温50s，室温自然冷却后清洗干净，计算实施例的复合钎料和传统铜银磷钎料的润湿面积。经比较各实施例的复合钎料均与相同成分的传统方法制备的铜银磷钎料的润湿面积基本相同，表明本发明制备的铜银磷钎料与传统方式制备的铜银磷钎料性能相当。
Claims (6)
1.一种复合钎料，其特征在于：包括内芯和外皮，所述外皮包覆所述内芯；所述内芯包括合金粉；所述合金粉由铜和磷组成，所述合金粉中磷的质量百分比为9.5-9.7%；所述外皮包括一层或两层以上的层状金属复合材料；所述复合钎料为铜锡磷银复合钎料或铜银磷钎料；
所述复合钎料为铜锡磷银复合钎料时，所述层状金属复合材料由依次设置的第一铜层、银层、锡层和第二铜层组成；所述层状金属复合材料中第一铜层、银层、锡层和第二铜层在从内到外的方向上依次设置；所述层状金属复合材料由等宽的第一铜带、银带、锡带和第二铜带依次堆叠后经轧制形成；所述第二铜带为第一铜带厚度的15.5～16.0倍；所述银带为第一铜带厚度的2.0～3.0倍；所述第二铜带为锡带厚度的2.40～2.70倍；
所述复合钎料为铜银磷钎料时，所述层状金属复合材料由铜层和银层组成，银层和铜层形成BAg72Cu共晶钎料；所述层状金属复合材料中，铜层、银层在从内到外的方向上依次设置；所述层状金属复合材料是将等宽的铜带和银带堆叠后经过轧制形成。
2.根据权利要求1所述的复合钎料，其特征在于：所述内芯还包括钎剂粉；所述钎剂粉由以下质量百分比的组分组成：KBF4 10%～40%、B2O3 20%～60%、NaF 3%～20%、LiF 0～10%和NaBF4 10%～40%。
3.根据权利要求1或2所述的复合钎料，其特征在于：所述复合钎料为铜锡磷银复合钎料时，所述合金粉占合金粉与外皮总质量的52.08～52.09%。
4.根据权利要求1所述的复合钎料，其特征在于：所述复合钎料为铜银磷钎料时，所述内芯为合金粉；所述合金粉占合金粉、外皮总质量的75.70～75.90%。
5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的复合钎料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：采用复合金属带对芯粉进行包覆形成外皮；所述复合金属带主要由铜和银组成；所述芯粉包括合金粉。
6.根据权利要求5所述的复合钎料的制备方法，其特征在于：所述包覆包括以下步骤：将复合金属带制成U型带，然后将芯粉送入U型带的凹口内进行合口；
所述复合钎料的制备方法还包括以下步骤：使包覆后所得材料的合口接缝处于轧制面进行轧制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20220318 Assignee: HANGZHOU HUAGUANG ADVANCED WELDING MATERIALS Co.,Ltd. Assignor: ZHENGZHOU RESEARCH INSTITUTE OF MECHANICAL ENGINEERING Co.,Ltd. Contract record no.: X2024980002391 Denomination of invention: A composite brazing material and its preparation method Granted publication date: 20230609 License type: Common License Record date: 20240304 |