CN115647647B - 一种低熔点铜磷钎料丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低熔点铜磷钎料丝及其制备方法，涉及钎焊材料技术领域。所述低熔点铜磷钎料丝由以下质量份数的组分组成：Cu8.4P共晶合金85～95份，Zn 1.0～3.0份；所述低熔点铜磷钎料丝的丝径为0.5～1.0mm。本发明还提供了所述低熔点铜磷钎料丝的制备方法，通过利用本体溶液对较粗金属丝的溶解作用，获得不同丝径的高磷低熔铜磷钎料丝。本发明方法克服了磷含量大于7％的低熔铜磷钎料丝难制备的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及钎焊材料技术领域，尤其是涉及一种低熔点铜磷钎料丝及其制备方法。
背景技术
铜磷钎料由于工艺性能好，价格低，在钎焊铜及铜合金方面得到广泛应用。
磷在铜中有两种作用：一是降低铜的熔点，二是在空气中钎焊铜时起自钎剂作用。磷能显著降低铜的熔点，当磷含量为8.4％时，铜与磷可形成熔化温度只有714℃的低熔共晶，其组织由Cu+Cu3P组成。因此，随着磷含量的增多，特别是当磷含量大于7％时，钎料中Cu3P脆性相较多，钎料塑性急剧下降，只能在热态下挤压成粗丝，难以制成细丝，然而，细丝是制备铜磷焊环的前提。
目前，制冷行业铜管件的钎焊主要用铜磷焊环钎焊。现有铜磷焊环主要成分为BCu93P、BCu91PAg，钎料中磷含量不大于7％，钎料的液相线温度高于800℃。铜磷钎料熔化温度较高，导致焊接温度较高，从而导致毛细铜管路件烧损。
为了解决上述不足，需开发一种低熔点铜磷钎料丝，克服传统铜磷钎料丝中磷含量较低、熔化温度较高的缺点，同时提供低熔铜磷钎料细丝的制备方法，为制备铜磷焊环奠定基础。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低熔点铜磷钎料丝及其制备方法，以解决现有技术中存在的铜磷钎料丝中磷含量较低、熔化温度较高的技术问题以及磷含量大于7％的低熔铜磷钎料细丝难制备的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种低熔点铜磷钎料丝，所述低熔点铜磷钎料丝由以下质量份数的组分组成：Cu8.4P共晶合金85～95份，Zn 1.0～3.0份；所述低熔点铜磷钎料丝的丝径为0.5～1.0mm。
在一个实施方案中，所述低熔点铜磷钎料丝由以下质量份数的组分组成：Cu8.4P共晶合金85～92份，Zn 1.5～3份。
在一个优选的实施方案中，所述低熔点铜磷钎料丝由以下质量份数的组分组成：Cu8.4P共晶合金85～90份，Zn 2～3份。
在一个具体的更优选实施方案中，所述低熔点铜磷钎料丝由以下质量份数的组分组成：Cu8.4P共晶合金85～88份，Zn 2.5～3份。在一个具体的更优选实施方案中，所述低熔点铜磷钎料丝由以下质量份数的组分组成：Cu8.4P共晶合金85份，Zn 3份。
一种前述低熔点铜磷钎料丝的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)根据钎料丝各组分的质量份数，计算并称取Cu、Cu-14P、Zn；
(b)将Cu和Cu-14P合金在熔炼装置中一起加热熔炼成共晶金属液；
(c)在步骤(b)中的所述共晶金属液中加入Zn获得合金液；
(d)通过将一部分所述合金液浇铸、挤压得到合金丝，其余的合金液留在熔炼装置中保持为液态；
(e)使所述合金丝匀速通过熔炼装置中的合金液；
(f)从所述合金液出来的合金丝再穿过整形模，收卷得到低熔铜磷钎料丝。
在本发明中，Cu-14P指其中P含量为14％，Cu8.4P共晶合金指P含量为8.4％。因此，根据Cu8.4P共晶合金85～95份和Zn 1.0～3.0份的组成，可以计算得出制备方法中，应当称取的Cu、Cu-14P、Zn的质量分数。
在一个实施方案中，所述步骤(b)中，加热至温度为950～1100℃。优选地，加热至温度为950～1000℃，或1000～1100℃，或990～1060℃，或1010～1040℃。例如包括但不限于950℃、980℃、1000℃、1020℃、1030℃、1040℃、1070℃、1080℃、1090℃或1100℃。
在一个实施方案中，所述熔炼装置为石墨坩埚。
在一个实施方案中，所述步骤(c)中，当所述共晶金属液的温度降低至700～750℃时加入Zn。在一个实施方案中，所述温度降低至710～740℃时加入Zn。在一个实施方案中，所述温度降低至720～730℃时加入Zn。
在一个实施方案中，所述步骤(d)中得到的合金丝的丝径为1.8～2.5mm。
在一个实施方案中，所述步骤(e)中，所述合金液的温度为720～780℃。
具体地，在步骤(d)中将一部分所述合金液浇铸、挤压得到合金丝，其余的合金液留在熔炼装置中维持一定温度保持为液态。在步骤(e)中，使所述合金丝匀速通过熔炼装置中处于一定温度的合金液；所述一定温度为720～～780℃，包括例如但不限于720～770℃、740～780℃、730～770℃或740～～760℃。
在一个实施方案中，步骤(e)中，所述匀速为40～65mm/s的速度。优选地，所述匀速为42～62mm/s的速度，包括42～60mm/s或50～65mm/s的速度。
在本发明中，本发明通过控制合金丝通过处于一定温度的合金液中的通过速度控制了本体溶液(合金液)对较粗合金丝的溶解时间，通过溶解温度和溶液温度，可获不同丝径的铜磷钎料细丝。
在一个实施方案中，步骤(d)中将50wt％以上的所述合金液浇铸、挤压得到合金丝。例如可将50wt％、60wt％、70wt％或80wt％的所述合金液浇铸、挤压得到合金丝。
在一个实施方案中，所述整形模为陶瓷拉丝模。
在一个具体实施方案中，低熔点铜磷钎料丝的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：根据钎料丝的质量份数，计算Cu、Cu-14P、Zn的质量份数并分别称取，先将Cu、Cu-14P合金置于石墨坩埚内，加热到一定温度(950～1100℃)，熔炼成共晶金属液；
步骤(2)：将步骤(1)的共晶金属液降低到一定温度(700～750℃)，加入称取的Zn，搅拌静置后，获得合金液；
步骤(3)：将步骤(2)的合金液一部分经浇铸、挤压得到较粗合金丝，另一部分合金液留在石墨坩埚内，保持在720～780℃内成液态；
步骤(4)：将较粗合金丝(直径范围为1.8～2.5mm)以一定速度(40～65mm/s)穿过石墨坩埚内部合金液；
步骤(5)：从合金液出来的合金丝再穿过陶瓷整形模，收卷得到低熔铜磷钎料丝。
有益效果：
(1)本发明的优点在于以铜磷共晶合金为基，加入低熔元素Zn，使钎料液相线温度低于750℃，钎焊温度较低；
(2)本发明的钎料丝中磷含量高于8％，磷钎料丝的丝径为0.5～1.0mm，钎焊性能较好；
(3)本发明的制备方法利用本体溶液对较粗丝的均匀溶解作用，通过控制溶解时间和溶液温度，可获不同丝径的铜磷钎料细丝，克服了磷含量大于7％的铜磷钎料细丝难制备的技术难题。
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为本发明制备工艺流程图(其中，1、较粗铜磷钎料丝；2、感应线圈；3、导轮1；4、导轮2；5、铜磷钎料液；6、导轮3；7、整形模；8、石墨坩埚)；
图2为低熔铜磷钎料丝示意图；
图3为本发明提供的实施例1钎料与传统BCu93P铜磷钎料钎焊紫铜的钎缝宏观形貌；
图4为本发明提供的实施例1钎料与传统BCu93P铜磷钎料钎焊紫铜的填缝形貌。
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。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种低熔点铜磷钎料丝，所述铜磷钎料丝中各组分质量份数为：Cu8.4P共晶合金：85份、Zn：3.0份。
所述铜磷钎料丝的丝径为0.5mm。
上述低点熔铜磷钎料丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：根据钎料丝的质量份数，计算Cu、Cu-14P、Zn的质量份数并分别称取，先将Cu、Cu-14P合金置于石墨坩埚内，加热到1050℃，熔炼成共晶金属液；
步骤(2)：将步骤(1)的共晶金属的温度降低到750℃，加入称取的Zn，搅拌静置后，获得合金液；
步骤(3)：将步骤(2)的合金液一部分(50wt％)经浇铸、挤压得到较粗合金丝(直径为1.8mm)，另一部分合金液留在石墨坩埚内，保持在一定温度720℃成液态；
步骤(4)：将较粗合金丝以一定速度(40mm/s)的速度穿过石墨坩埚内部合金液；
步骤(5)：从合金液出来的合金丝再穿过陶瓷整形模，收卷得到低熔铜磷钎料丝(丝径为0.5mm)。
图1为本发明的制备工艺流程图。将得到较粗合金丝(也即较粗铜磷钎料丝)通过3个导轮(导轮1；导轮2；导轮3；)以一定速度穿过石墨坩埚中的铜磷钎料液；铜磷钎料液对较粗合金丝进行均匀溶解，从合金液出来的合金丝再穿过整形模，收卷得到低熔铜磷钎料丝。
图2为制备得到的低熔铜磷钎料丝的示意图。
实施例2
一种低点熔铜磷钎料丝，所述铜磷钎料丝中各组分质量份数为：Cu8.4P共晶合金：87份、Zn：2.5份。
所述铜磷钎料丝的丝径范围为0.6mm。
本发明钎料丝的制备方法同实施例1。
与实施例1不同的是步骤(3)中所述较粗合金丝的直径为2.0mm，一定温度为740℃，步骤(4)中所述的一定速度为45mm/s。
实施例3
一种低熔铜磷钎料丝，所述铜磷钎料丝中各组分质量份数为：Cu8.4P共晶合金：89份，Zn：2.0份。
所述铜磷钎料丝的丝径范围为0.7mm。
本发明钎料的制备方法同实施例1。与实施例1不同的是步骤(3)中所述较粗合金丝的直径为2.1mm，一定温度为750℃，步骤(4)中所述的一定速度为50mm/s。
实施例4
一种低熔铜磷钎料丝，所述铜磷钎料丝中各组分质量份数为：Cu8.4P共晶合金：90份，Zn：1.0份。
所述铜磷钎料丝的丝径范围为0.8mm。
本发明钎料的制备方法同实施例1。
与实施例1不同的是步骤(3)中所述较粗合金丝的直径为2.2mm，一定温度为760℃，步骤(4)中所述的一定速度为55mm/s。
实施例5
一种低熔铜磷钎料丝，所述铜磷钎料丝中各组分质量份数为：Cu8.4P共晶合金：92份、Zn：1.5份。
所述铜磷钎料丝的丝径范围为0.9mm。
本发明钎料的制备方法同实施例1。与实施例1不同的是步骤(3)中所述较粗合金丝的直径为2.4mm，一定温度为770℃，步骤(4)中所述的一定速度为60mm/s。
实施例6
一种低熔铜磷钎料丝，所述铜磷钎料丝中各组分质量份数为：Cu8.4P共晶合金：95份、Zn：1.0份。
所述铜磷钎料丝的丝径范围为1.0mm。
本发明钎料的制备方法同实施例1。与实施例1不同的是步骤(3)中所述较粗合金丝的直径为2.5mm，一定温度为780℃，步骤(4)中所述的一定速度为65mm/s。
对比例1
为考察本发明铜磷钎料丝的熔化温度，采用DTA差示热分析法，分别测试传统铜磷钎料与各实施例铜磷钎料的熔化温度，测试结果见下表。
表1.钎料的熔化温度
从表1可以看出，与传统铜磷钎料相比，各实施例中制备的铜磷钎料丝的液相线温度显著更低，均低于750℃，约降低了50℃。
对比例2
为考察本发明铜磷钎料丝与传统铜磷钎料在钎焊紫铜的应用方面的效果，分别采用实施例1的钎料与传统BCu93P铜磷钎料感应钎焊紫铜管件10个，观察接头的宏观形貌，并将管路锯开，磨制金相，对比填缝情况。
图3为接头处钎缝的宏观形貌，图4为管路锯开后填缝的形貌。
从图3以及统计结果可以看出，实施例1的钎料钎焊的管路件中，没有烧损情况(0/10)，而BCu93P钎料钎焊的管路件中，有20％(2/10)的管路件严重烧损。
从图4可以看出，BCu93P钎料钎焊的烧损管路件中，钎缝内部有气孔、夹杂等缺欠，而实施例1的钎缝中无夹杂和气孔。
综上，实施例制备的钎料钎焊效果较好，母材不易烧损，钎缝填缝性能好，接头质量好。
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 (9)
1.一种低熔点铜磷钎料丝，其特征在于，所述低熔点铜磷钎料丝由以下质量份数的组分组成：Cu8.4P共晶合金85～95份，Zn 1.0～3.0份，所述低熔点铜磷钎料丝中的磷含量高于8％；所述低熔点铜磷钎料丝的丝径为0.5～1.0mm。
2.一种权利要求1所述的低熔点铜磷钎料丝的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(a)根据钎料丝各组分的质量份数，计算并称取Cu、Cu-14P、Zn；
(b)将Cu和Cu-14P合金在熔炼装置中一起加热熔炼成共晶金属液；
(c)在所述共晶金属液中加入Zn获得合金液；
(d)通过将一部分所述合金液浇铸、挤压得到合金丝，所述合金丝的丝径为1.8～2.5mm，其余的合金液留在熔炼装置中保持为液态；
(e)使所述合金丝匀速通过所述熔炼装置中的合金液；
(f)从所述合金液出来的合金丝再穿过整形模，收卷得到低熔铜磷钎料丝。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中，加热至温度为950～1100℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼装置为石墨坩埚。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)中，当所述共晶金属液的温度降低至700～750℃时加入Zn。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(e)中，所述合金液的温度为720～780℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(e)中，所述匀速为40～65mm/s。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(d)中将50wt％以上的所述合金液浇铸、挤压得到合金丝。
9.根据权利要求2～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述整形模为陶瓷拉丝模。
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