CN114871635B - 一种铜磷锡焊片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铜磷锡焊片及其制备方法，涉及钎焊材料技术领域。本发明所述铜磷锡焊片包括纯铜层和设置在所述纯铜层至少一侧的CuSnP合金层；所述铜磷锡焊片的厚度在0.2mm以下。本发明以铜箔为芯层，利用Sn对铜、Cu14P粉均具良好浸润和合金化作用，将铜箔和Cu14P合金化成一体，获得铜磷锡焊片，解决了现有工艺难以制备较薄铜磷锡焊片的技术难题。

Description

一种铜磷锡焊片及其制备方法
技术领域
本发明涉及钎焊材料技术领域，尤其是涉及一种铜磷锡焊片及其制备方法。
背景技术
钎焊过程中，经常需要钎料和钎剂配合使用，为了方便操作，出现了钎料和钎剂复合在一起的钎料(如专利文献CN 105081599 A公开的药芯钎焊条)。铜磷锡钎料以其低的熔点，良好的钎焊工艺性能，特有的自钎作用(对紫铜钎焊)以及低廉的价格等优点，广泛用于空调、制冷行业中紫铜及黄铜件的钎焊。
但是，铜磷锡钎料中含有脆性相Cu3P脆性相，导致钎料塑性较差；同时随着磷含量的增加，钎料的脆性急剧提高。因此，传统轧制工艺获得铜磷锡焊片的技术难度也相应提高。特别是当钎料中磷含量提高至7.5％以上时，无法采用轧制工艺制得较薄(厚度在0.05-0.2mm之间)的铜磷锡焊片。而厚度在0.05-0.2mm之间的铜磷锡焊片恰恰又是电力、电机制造业中用量较大的钎料。
此外，现有的快速凝固技术可获得较薄的铜磷锡焊片，但需专门非晶甩带设备，成本高、效率低。
为解决上述不足，需开发一种新型铜磷锡焊片的制备方法。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜磷锡焊片及其制备方法，以克服铜磷锡钎料的脆性，获得较薄的铜磷锡焊片；与非晶甩带方法相比，成本低、效率高。
本发明提供的技术方案如下：
在一个方面，本发明提供了一种铜磷锡焊片，所述铜磷锡焊片包括纯铜层和设置在所述纯铜层至少一侧的CuSnP合金层；所述铜磷锡焊片的厚度在0.2mm以下。
优选地，所述铜磷锡焊片的厚度为0.05-0.2mm。
在一个实施方案中，所述铜磷锡焊片中各元素质量份数为：Cu 85～92份，P 7～8份，Sn 2～6份。优选为Cu 86～90份，P 7.2～7.8份和Sn 3～5份。
在本发明中，P以Cu14P合金粉形式加入。
在一个实施方案中，所述铜磷锡焊片中，P的重量％为6.5％以上，优选为7％以上或7.％以上，例如7.5％-8.2％。
在一个方面，本发明提供了所述铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(a)将加热后的铜箔与Sn块刮擦，获得镀锡铜箔；
(b)将所述镀锡铜箔加热至表面镀层呈熔融态，将Cu14P粉、钎剂粉加入所述镀锡铜箔表面的熔融镀层，得到铜磷锡焊片。
在一个实施方案中，根据铜箔(紫铜箔)的质量以及Cu、Cu14P、Sn三者的质量份数，算出铜箔所需Sn层厚度和Cu14P粉质量，称取Cu14P粉。
在一个实施方案中，所述Cu14P粉的粒度为0.075～0.15mm。
在一个实施方案中，所述步骤(a)中加热的温度为400～480℃。
在一个实施方案中，所述步骤(b)中加热的温度为300～380℃。
在一个实施方案中，所述步骤(b)中，所述加热包括:将所述镀锡铜箔通过加热平台加热至表面镀层呈熔融态；优选地，所述通过加热平台的速度为12-20mm/S。
在一个实施方案中，当将铜箔经隧道炉加热一定温度，与上方的纯Sn块刮擦，表面形成所需厚度的Sn液，获得镀锡铜箔。
在一个实施方案中，当镀锡铜箔经过加热平台，加热至一定温度，表面镀层呈熔融态；开启装有Cu14P粉、钎剂粉的料斗开关，将Cu14P粉、钎剂粉同时均匀撒入铜箔表面熔融镀层，经收卷得到铜磷锡焊片。
在一个实施方案中，所述钎剂粉为松香粉。
在一个实施方案中，所述钎剂粉与所述Cu14P粉的质量比为1:8-10。
在一个方面，本发明提供了一种制备铜磷钎料箔的装置，适用于所述的铜磷钎料箔的制备方法，包括依次设置的放线盘、第一加热装置、Sn块固定装置和第二加热装置；
其中，所述放线盘用于输送铜箔；
所述Sn块固定装置包括横梁，所述横梁与所述Sn块固定连接；优选地，所述Sn块通过压缩弹簧与所述横梁连接；
所述第二加热装置为加热平台，所述加热平台上方设置有容器，所述容器用于盛放Cu14P粉与钎剂粉的混合粉；优选地，所述容器为料斗，所述料斗与所述横梁连接；
优选地，所述第一加热装置包括隧道炉；
优选地，在所述制备铜磷钎料箔的运动方向上，所述第二加热装置还连接有收线装置。
在一个实施方案中，铜磷锡焊片的制备方法包括：
步骤(1)：取一紫铜箔，将其表面用砂纸打磨、酒精擦拭干净后备用；
步骤(2)：根据紫铜箔质量和三者质量份数，算出铜箔所需Sn层厚度和Cu14P粉质量，称取Cu14P粉；
步骤(3)：将紫铜箔经隧道炉加热一定温度，与上方的纯Sn块刮擦，表面形成所需厚度的Sn液，获得镀锡铜箔；
步骤(4)：将步骤(3)的镀锡铜箔以一定速度通过加热平台，加热至一定温度，表面镀层呈熔融态；
步骤(5)：开启料斗开关，将称取的Cu14P粉、钎剂粉同时均匀撒入铜箔表面的熔融镀层，经收卷得到铜磷锡焊片。
与现有技术相比，本发明有益效果为：
(1)本发明获得了磷含量高且厚度较薄(厚度在0.05-0.2mm之间)的铜磷锡焊片，解决了现有工艺难以制备较薄铜磷锡焊片的技术难题；
(2)本发明打破了铜磷锡焊片传统制备方法的极限，基于紫铜箔的塑性，以紫铜箔为基，利用Sn液对紫铜箔和Cu14P粉均具良好浸润、合金化作用，将Cu14P粉均匀焊在紫铜箔上，从而获得铜磷锡焊片；
(3)与快速凝固方法相比，成本低、效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的制备工艺流程图(其中，1、紫铜箔；2、Sn块；3、压缩弹簧；4、固定横梁；5、Cu14P粉与钎剂粉的混合粉；6、料斗；7、铜磷锡焊片)；
图2为本发明的铜磷锡焊片截面示意图(其中，1、紫铜箔；2、Sn块；)；
图3为实施例4钎料箔的局部图；
图4为铺展润湿形貌(从左到右，实施例4、对比例2、对比例3)。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种铜磷锡焊片，所述焊片为两层结构，底层为纯铜，外层为CuSnP合金。
其中，所述铜磷锡焊片中各元素质量份数为：Cu 85份，P 7份，Sn 2份，其中P以Cu14P合金粉形式加入。
如上所述铜磷锡焊片的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：取0.05mm厚的紫铜箔，将其表面用砂纸打磨、酒精擦拭干净后备用；
步骤(2)：根据紫铜箔质量和三者质量份数，算出铜箔所需Sn层厚度和Cu14P粉质量，并称取Cu14P粉(所述Cu14P粉的粒度为0.075～0.15mm)；
步骤(3)：将紫铜箔经隧道炉加热一定温度(480℃)，与上方纯Sn块刮擦，表面形成所需厚度的Sn液，获得镀锡铜箔；
步骤(4)：将步骤(3)的镀锡铜箔以一定速度(20mm/S)通过加热平台，加热至300～380℃，表面镀层呈熔融态；
步骤(5)：开启料斗开关，将称取的Cu14P粉、钎剂粉(松香粉)同时均匀撒入铜箔表面熔融镀层，经收卷得到铜磷锡焊片。
实施例2
一种铜磷锡焊片，所述焊片为两层结构，底层为纯铜，外层为CuSnP合金。
所述铜磷锡焊片中各组分质量份数如下：Cu 86份，P 8份，Sn 3份。
本实施例焊片的制备方法同实施例1。不同的是步骤(1)中紫铜箔厚度为0.1mm，步骤(3)所述一定温度为460℃，步骤(4)所述的一定速度为18mm/S。
实施例3
一种铜磷锡焊片，所述焊片为两层结构，底层为纯铜，外层为CuSnP合金。
所述铜磷锡焊片中各组分质量份数如下：Cu 88份，P 7份，Sn 4份。
本实施例焊片的制备方法同实施例1。不同的是步骤(1)中紫铜箔厚度为0.2mm，步骤(3)所述一定温度为450℃，步骤(4)所述的一定速度为16mm/S。
实施例4
一种铜磷锡焊片，所述焊片为两层结构，底层为纯铜，外层为CuSnP合金。
所述铜磷锡焊片中各组分质量份数如下：Cu 90份，P 8份，Sn 5份。
本实施例焊片的制备方法同实施例1。不同的是步骤(1)中紫铜箔厚度为0.1mm，步骤(3)所述一定温度为420℃，步骤(4)所述的一定速度为14mm/S。
实施例5
一种铜磷锡焊片，所述焊片为两层结构，底层为纯铜，外层为CuSnP合金。
所述铜磷锡焊片中各组分质量份数如下：Cu 92份，P 7份，Sn 6份。
本实施例焊片的制备方法同实施例1。不同的是步骤(1)中紫铜箔厚度为0.05mm，步骤(3)所述一定温度为400℃，步骤(4)所述的一定速度为12mm/S。
在上述实施例中，实施例4的磷含量最高，钎料熔化温度最低，性能最好。
对比例1
本对比例提供一种铜磷锡焊片的制备方法，与实施例4铜磷锡钎料成分完全一致，不同的是采用传统的热轧方法制备。
对比例2
本对比例提供一种铜磷锡焊片的制备方法，与实施例4不同的是，Cu14P粉的粒度大于0.15mm。
对比例3
本对比例提供一种铜磷锡焊片的制备方法，与实施例4不同的是，Cu14P粉的粒度小于0.075mm。
实验例1
为考察本发明制备方法的效果，分别采用实施例4、对比例1的方法制备0.1mm厚的铜磷锡焊片10kg。
实施例4采用0.1mm厚的紫铜箔，用时15min，获得10kg铜磷锡焊片，没有废品，成品率是100％；而对比里1是传统的热轧方法，原材料是挤压获得的20kg厚度为4mm的钎料带，然后热轧，当轧到0.2mm厚时，钎料带已经裂变、脆断严重，无法继续热轧，重量不到5kg。
与传统轧制方法相比，实施例方法的效率高、成品率高。
图3为本发明实施例4钎料箔(即铜磷锡焊片)的局部图。
为对比实施例1-5与对比例2、对比例3的钎焊效果，按照GB/T 11364的方法进行钎料在紫铜上的铺展润湿性能试验，图4为铺展润湿形貌，表1为润湿面积测试结果。
表1.钎料在紫铜上润湿面积
Figure BDA0003695443140000081
从表1、图4可以看出，实施例4中钎料在紫铜上铺展面积远大于对比例2、对比例3的铺展面积。
原因在于，对比例2中Cu14P粒度太大，铺展润湿过程中大颗粒没有熔进合金层，脱落造成小坑，而对比例3中Cu14P粒度太小，在制备焊片过程中易氧化成渣，阻碍钎料的润湿铺展。Cu14P粒度在一定范围内(0.075～0.15mm)时，钎料在紫铜上铺展性能更好。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述铜磷锡焊片包括纯铜层和设置在所述纯铜层至少一侧的CuSnP合金层；所述铜磷锡焊片的厚度在0.2 mm以下；
所述铜磷锡焊片的制备方法，包括以下步骤：
（a）将加热后的铜箔与Sn块刮擦，获得镀锡铜箔；
（b）将所述镀锡铜箔加热至表面镀层呈熔融态，将Cu14P粉、钎剂粉加入所述镀锡铜箔表面的熔融镀层，得到铜磷锡焊片。
2.根据权利要求1所述的铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述铜磷锡焊片包括纯铜层和设置在所述纯铜层一侧的CuSnP合金层。
3.根据权利要求1或2所述的铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述铜磷锡焊片包括按照质量份数计的以下组分：
Cu 85~92份，P 7~8份和Sn 2~6份。
4.根据权利要求1或2所述的铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述铜磷锡焊片包括按照质量份数计的如下组分：Cu 86~90份，P 7.2~7.8份和Sn 3~5份。
5.根据权利要求1所述的铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述Cu14P粉的粒度为0.075～0.15 mm。
6.根据权利要求1所述的铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述步骤（a）中加热的温度为400～480℃。
7.根据权利要求1所述的铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述步骤（b）中加热的温度为300～380℃。
8.根据权利要求1所述的铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述步骤（b）中，所述加热包括:将所述镀锡铜箔通过加热平台加热至表面镀层呈熔融态。
9.根据权利要求8所述的铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述通过加热平台的速度为12-20 mm/s。
10.根据权利要求1所述的铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，所述钎剂粉为松香粉。
11.一种制备铜磷锡焊片的装置，适用于如权利要求1-10任一项所述的铜磷锡焊片的制备方法，其特征在于，包括依次设置的放线盘、第一加热装置、Sn块固定装置和第二加热装置；
其中，所述放线盘用于输送铜箔；
所述Sn块固定装置包括横梁，所述Sn块通过压缩弹簧与所述横梁连接；
所述第二加热装置为加热平台，所述加热平台上方设置有容器，所述容器用于盛放Cu14P粉与钎剂粉的混合粉；所述容器为料斗，所述料斗与所述横梁连接。
12.根据权利要求11所述的制备铜磷锡焊片的装置，其特征在于，所述第一加热装置包括隧道炉。
13.根据权利要求11所述的制备铜磷锡焊片的装置，其特征在于，在制备铜磷锡焊片的运动方向上，所述第二加热装置还连接有收线装置。
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