CN114227064B - 一种银铜钛活性钎料层状复合带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种银铜钛活性钎料层状复合带材，钛含量为1‑5wt％，包括：银铜合金层、钛层、钎料层，其中，银铜合金层复合于钛层的两面上，钎料层位于银铜合金层与钛层之间，银铜合金层、钎料层、钛层经真空钎焊、轧制复合成为一体。本发明还公开了上述银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，包括如下步骤：将钛板置于银铜合金板框内，在银铜合金板框的两面由内向外依次放置钎料片、银铜合金板，然后真空钎焊将银铜合金板、钎料片、纯钛板、银铜合金板框连接成一体，再轧制，裁剪得到银铜钛活性钎料层状复合带材。本发明可使钛不通过熔炼加入银铜合金中，可避免钛与铜反应生成脆性金属间化合物，可避免钛与外界环境接触发生氧化而降低活性。

Description

一种银铜钛活性钎料层状复合带材及其制备方法
技术领域
本发明涉及钎料技术领域，尤其涉及一种银铜钛活性钎料层状复合带材及其制备方法。
背景技术
现代陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优异性能，从而成为新材料的发展中心，受到广泛关注，在航空、航天、能源、机械、汽车、电子和光学等领域有着广泛的应用。但是，陶瓷材料普遍塑韧性差，加工困难，难以制作大而复杂的结构，导致其实际应用受到很大限制。只有与金属材料的强韧性结合起来，才能满足现代工程的需要。因此，陶瓷与金属的连接技术一直是工程陶瓷应用研究的重要方面，也是生产和制造陶瓷产品的核心关键技术之一，日益受到重视。
陶瓷与金属的连接方法主要有胶接法、机械连接法、热等静压法、静电连接法、固态扩散连接法和钎焊法等。由于钎焊法具有接头可靠、重复性好、生产效率高等优点，成为陶瓷与金属连接最常用的方法，也是研究热点。钎焊法包括间接钎焊法和直接钎焊法：间接钎焊法是在陶瓷表面先进行金属化处理，再用常规金属钎料进行钎焊，因其工艺复杂，应用在一定程度上受到了限制；而直接钎焊法是用含有活性元素的金属钎料直接连接陶瓷与金属，具有适用性广、技术简单、连接强度高、重复性好、生产成本相对较低等优点，成为陶瓷与金属连接研究和应用的重点。
含有活性元素的金属钎料统称为活性钎料，其中，以银铜(Ag-Cu)钎料中添加活性元素钛(Ti)的银铜钛(Ag-Cu-Ti)活性钎料应用最为广泛。活性钎料供货状态主要有带状和粉状，由于带状钎料具有：形状、尺寸易与接头配合，使用简单，接头连接更加可靠的优点，而优选采用带状钎料。
银铜钛活性钎料一般通过冶金熔炼方法将钛元素添加入银铜合金液中制备钎料合金，钛元素的添加量在1-5％(质量分数)之间；随着钛元素含量的增加，钎料的活性增大，但钛元素与铜元素生成的脆性金属间化合物增多，导致钎料合金的加工成形性能急剧下降。一般钛含量在1-3％，银铜钛活性钎料尚可通过轧制减薄方法加工成带状；钛含量在3-5％，银铜钛活性钎料变得很脆，只能通过制粉方法加工成粉状；但是制粉过程中钛元素容易与外界环境接触发生氧化而降低活性。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种银铜钛活性钎料层状复合带材及其制备方法，本发明可以使得钛元素不通过熔炼添加入银铜合金中，有效避免了钛元素与铜元素反应生成脆性金属间化合物，活性钎料的加工成形性能得到保证，可以制备钛含量为1-5wt％银铜钛活性钎料层状复合带材；且本发明可以避免制备过程中钛与外界环境接触发生氧化而降低活性。
本发明提出了一种银铜钛活性钎料层状复合带材，钛含量为1-5wt％，包括：银铜合金层、钛层、钎料层，其中，银铜合金层复合于钛层的两面上，钎料层位于银铜合金层与钛层之间，银铜合金层、钎料层、钛层经真空钎焊、轧制复合成为一体。
优选地，钛含量为3-5wt％。
优选地，钎料层的材质为银铜铟钎料。
优选地，钛层的至少一端与银铜合金层的一端齐平；钛层的两侧与银铜合金层的两侧齐平。
优选地，钛层的两端与银铜合金层两端齐平；钛层的两侧与银铜合金层的两侧齐平。
优选地，银铜钛活性钎料层状复合带材的厚度为0.03-0.5mm。
本发明还提出了上述银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，包括如下步骤：将钛板置于银铜合金板框内，在银铜合金板框的两面由内向外依次放置钎料片、银铜合金板，然后真空钎焊将银铜合金板、钎料片、纯钛板、银铜合金板框连接成一体，再轧制，裁剪得到银铜钛活性钎料层状复合带材。
优选地，钛板与银铜合金板框的厚度相同。
优选地，钛板的尺寸与银铜合金板框内框的尺寸相吻合。
优选地，银铜合金板和钎料片的长度均大于银铜合金板框内框的长度，银铜合金板和钎料片的宽度均大于银铜合金板框内框的宽度。
上述银铜合金板和钎料片的尺寸大于银铜合金板框内框的尺寸，并用钎料片钎焊后，可以使得银铜合金板、钛板、银铜合金板框连接成一体；可以避免轧制过程中钛板与银铜合金板容易分离的问题。银铜合金板、钎料片和银铜合金板框外框的长度优选为相同，银铜合金板、钎料片和银铜合金板框外框的宽度优选为相同；这样更有利于轧制。
按照上述方法钎焊后，可以使得钛板被密封在银铜合金板框、银铜合金板构成的密闭空间内，可以确保钛板不与外界环境发生接触，防止在轧制等加工过程中钛与外界环境接触发生氧化而降低活性；并且银铜合金板、钛板、银铜合金板框经钎料焊接连接成一体，可以避免轧制过程中钛板与银铜合金板容易分离的问题；
另外，钛元素不通过熔炼添加入银铜合金中，有效避免了钛元素与铜元素反应生成脆性金属间化合物，活性钎料的加工成形性能得到保证，钛含量的提高不会使得所述层状复合带材变脆，不会降低韧性；可以制备钛含量为1-5wt％，尤其适合制备钛含量为3-5wt％的铜钛活性钎料层状复合带材。
上述轧制方法为本领域常规方法，优选的轧制方法为：分多次轧制减薄，且每次轧制减薄后均进行去应力退火处理，以消除加工硬化现象。可以用二辊轧机、四辊轧机进行轧制。
上述钎料片的厚度远小于银铜合金板的厚度，使得钎料的用量很少，可以避免钎料中各成分对最终制得的银铜钛活性钎料层状复合带材的焊接性能的影响，且在计算钛含量时，由于钎料的用量很少，通常将钎料的用量忽略不计；银铜合金板的厚度与钎料片的厚度比优选为5:0.05-0.15。
可以根据银铜钛活性钎料层状复合带材中各成分的比例，计算设计钛板的尺寸、银铜合金板的尺寸和成分。
轧制后，需要对带材进行裁剪，以去除带材中不含钛的两端和两侧，最终得到银铜钛活性钎料层状复合带材；因此银铜合金板框和银铜合金板的成分可以不同，也可以相同。
优选地，钎料片的材质为银铜铟钎料。
优选地，真空钎焊的真空度为≤10-2Pa。
优选地，真空钎焊的温度为700-720℃，真空钎焊的时间为10-15min。
选用银铜铟钎料，因其熔化温度低，需要的真空钎焊温度低，可以避免钎焊温度过高对银铜合金板、钛板的影响。
优选地，银铜合金板的成分按重量百分比为：Ag 71-73％，余量为Cu。
优选地，钎料片的成分按重量百分比为：Ag 60.5-62.5％，In 14-15％，余量为Cu。
有益效果：
本发明通过设计合适的制备工艺，使得钛板被密封在银铜合金板框、银铜合金板构成的密闭空间内，可以确保钛板不与外界环境发生接触，防止在轧制等加工过程中钛与外界环境接触发生氧化而降低活性；并且银铜合金板、钛板、银铜合金板框经钎料焊接连接成一体，可以避免轧制过程中钛板与银铜合金板容易分离的问题；
另外，钛元素不通过熔炼添加入银铜合金中，有效避免了钛元素与铜元素反应生成脆性金属间化合物，活性钎料的加工成形性能得到保证，且钛含量的提高不会使得所述层状复合带材变脆，不会降低韧性；可以制备钛含量为1-5wt％，尤其适合制备钛含量为3-5wt％的铜钛活性钎料层状复合带材；对轧制后的带材进行裁剪，以去除带材中不含钛的两端和两侧，从而得到银铜钛活性钎料层状复合带材。
附图说明
图1为银铜钛活性钎料层状复合带材的示意图，其中，1为银铜合金层，2为钎料层，3为钛层。
图2为层状复合带材制备过程中钛板、银铜合金板框、钎料片、银铜合金板的位置关系图，其中，4为钛板，5为银铜合金板框，6为钎料片，7为银铜合金板。
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1，一种银铜钛活性钎料层状复合带材，钛含量为1-5wt％，包括：银铜合金层、钛层、钎料层，其中，银铜合金层复合于钛层的两面上，钎料层位于银铜合金层与钛层之间，银铜合金层、钎料层、钛层经真空钎焊、轧制复合成为一体；其中，钎料层的材质为银铜铟钎料，钛层的两端与银铜合金层的两端齐平，钛层的两侧与银铜合金层的两侧齐平。
实施例2
一种银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，包括如下步骤：
参照图2，取外框尺寸为宽60mm×长500mm×厚1mm、内框尺寸为宽50mm×长450mm×厚1mm的银铜合金板框(其成分重量百分比为：Ag72％、Cu28％)，将厚度为1mm的纯钛板放置于银铜合金板框的内框中，且纯钛板尺寸与内框尺寸吻合；
然后在银铜合金板框的两面由内向外依次放置钎料片(其成分重量百分比为：Ag61.5％、In 14.5％、Cu 24％；其尺寸为宽60mm×长500mm×厚0.1mm)、银铜合金板(其成分重量百分比为：Ag72％、Cu28％；其尺寸为宽60mm×长500mm×厚5mm)；
然后在真空度≤10-2Pa、钎焊温度为700-720℃，保温时间为10-15min的条件下，使得银铜合金板、钎料片、纯钛板、银铜合金板框连接成一体，制成复合板坯，此时钛板被完全密封；
取复合板坯用二辊轧机和四辊轧机，进行多道次的轧制减薄，且每次轧制减薄后均进行去应力退火处理，得到厚度为0.1mm的带材，然后将带材中不含钛的两端和两侧裁剪去除，最终得到厚度为0.1mm、宽50mm的银铜钛活性钎料层状复合带材，其成分重量百分比为：Ag 69％、Cu 27％、Ti 4％。
实施例3
一种银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，包括如下步骤：
参照图2，取外框尺寸为宽60mm×长500mm×厚0.5mm、内框尺寸为宽50mm×长450mm×厚0.5mm的银铜合金板框(其成分重量百分比为：Ag72％、Cu28％)，将厚度为0.5mm的纯钛板放置于银铜合金板框的内框中，且纯钛板尺寸与内框尺寸吻合；
然后在银铜合金板框的两面由内向外依次放置钎料片(其成分重量百分比为：Ag61.5％、In 14.5％、Cu 24％；其尺寸为宽60mm×长500mm×厚0.075mm)、银铜合金板(其成分重量百分比为：Ag72％、Cu28％；其尺寸为宽60mm×长500mm×厚5mm)；
然后在真空度≤10-2Pa、钎焊温度为700-720℃，保温时间为10-15min的条件下，使得银铜合金板、钎料片、纯钛板、银铜合金板框连接成一体，制成复合板坯，此时钛板被完全密封；
取复合板坯用二辊轧机和四辊轧机，进行多道次的轧制减薄，且每次轧制减薄后均进行去应力退火处理，得到厚度为0.1mm的带材，然后将带材中不含钛的两端和两侧裁剪去除，最终得到厚度为0.1mm、宽50mm的银铜钛活性钎料层状复合带材，其成分重量百分比为：Ag 70.5％、Cu 27.5％、Ti 2％。
实施例4
一种银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，包括如下步骤：
参照图2，取外框尺寸为宽60mm×长500mm×厚0.25mm、内框尺寸为宽50mm×长450mm×厚0.25mm的银铜合金板框(其成分重量百分比为：Ag72％、Cu28％)，将厚度为0.25mm的纯钛板放置于银铜合金板框的内框中，且纯钛板尺寸与内框尺寸吻合；
然后在银铜合金板框的两面由内向外依次放置钎料片(其成分重量百分比为：Ag61.5％、In 14.5％、Cu 24％；其尺寸为宽60mm×长500mm×厚0.05mm)、银铜合金板(其成分重量百分比为：Ag72％、Cu28％；其尺寸为宽60mm×长500mm×厚5mm)；
然后在真空度≤10-2Pa、钎焊温度为700-720℃，保温时间为10-15min的条件下，使得银铜合金板、钎料片、纯钛板、银铜合金板框连接成一体，制成复合板坯，此时钛板被完全密封；
取复合板坯用二辊轧机和四辊轧机，进行多道次的轧制减薄，且每次轧制减薄后均进行去应力退火处理，得到厚度为0.1mm的带材，然后将带材中不含钛的两端和两侧裁剪去除，最终得到厚度为0.1mm、宽50mm的银铜钛活性钎料层状复合带材，其成分重量百分比为：Ag 71.3％、Cu 27.7％、Ti 1％。
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 (9)

1.一种银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将钛板置于银铜合金板框内，在银铜合金板框的两面由内向外依次放置钎料片、银铜合金板，然后真空钎焊将银铜合金板、钎料片、钛板、银铜合金板框连接成一体，使得钛板被密封在银铜合金板框、银铜合金板构成的密闭空间内，再轧制，裁剪以去除带材中不含钛的两端和两侧，得到银铜钛活性钎料层状复合带材；
银铜钛活性钎料层状复合带材的钛含量为1-5wt%，银铜钛活性钎料层状复合带材包括：银铜合金层、钛层、钎料层，其中，银铜合金层复合于钛层的两面上，钎料层位于银铜合金层与钛层之间，银铜合金层、钎料层、钛层经真空钎焊、轧制复合成为一体。
2.根据权利要求1所述银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，其特征在于，钛板与银铜合金板框的厚度相同。
3.根据权利要求1或2所述银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，其特征在于，钛板的尺寸与银铜合金板框内框的尺寸相吻合。
4.根据权利要求1或2所述银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，其特征在于，银铜合金板和钎料片的长度均大于银铜合金板框内框的长度，银铜合金板和钎料片的宽度均大于银铜合金板框内框的宽度。
5.根据权利要求1或2所述银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，其特征在于，钎料片的材质为银铜铟钎料。
6.根据权利要求1或2所述银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，其特征在于，真空钎焊的真空度≤10-2Pa。
7.根据权利要求1或2所述银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，其特征在于，真空钎焊的温度为700-720℃，真空钎焊的时间为10-15min。
8.根据权利要求1或2所述银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，其特征在于，银铜钛活性钎料层状复合带材的钛含量为3-5wt%。
9.根据权利要求1或2所述银铜钛活性钎料层状复合带材的制备方法，其特征在于，银铜钛活性钎料层状复合带材的厚度为0.03-0.5mm。
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