TW449524B - Flux for brazing difficult to wet metallic materials - Google Patents

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449524 Α7 Β7 五、發明說明（1 ) 本發明有關一種用以焊接難以潤濕之金屬材料與銀和 銅爲底質焊錫之焊劑。在焊接過程中，此種難以被焊錫潤 濕之材料大體上爲不鏽且無氧化皮之鋼以及藉由粉末冶金 製得之複合材料，諸如碳化物金屬。 焊接作用係一種藉由熔化作用接合與塗覆材料之熱方 法，其中藉由熔融金屬材料-即該焊錫-製得一種液相。 此方法期間，不會到達該母體材料之固線溫‘度。 所使用之焊竭係合金或純金屬。若處理之焊錫固線溫 度高於4 5 0°C，使用焊劑一辭。 假設純金屬表面，只要該液態焊錫與母體材料形成混 合結晶或是金屬間互化物，該液態焊錫可以潤濕該材料。 然後，將該焊錫塗佈在接合表面，之後固化之，形成具有 母體材料之可負重接頭。 若以適用於焊接之方式設計，欲接合零件的兩個接合 表面形成狹窄之平行縫隙。然後，因爲毛細裝塡壓力生效 之故，該熔融焊錫依本身之意向流入焊接縫隙，並塡滿該 縫隙。不妨礙該方法下之欲焊接組件表面最小溫度係所謂 工作溫度。其係討論中之焊錫的特徵數値。 爲了形成與母體材料之黏合，該熔融焊錫必須與金屬 母體材料直接接觸。因此必須先鬆散並去除存在任何工程 金屬表面上之氧化物層。若於空氣中進行焊錫作用，以呈 溶流形式之焊劑覆蓋該焊接位置可以達成此目的，其中 該氧化物溶解或是於焊接溫度下分解。 因此，該焊劑主要工作係去除焊錫與材料表面上之氧 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 --------訂------^---線！ ----------------------- -4- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 4 9 5 2 ^ Α7 ______ Β7 五、發明說明（2 ) 化物，並避免焊接方法期間再生成彼，因此該焊錫可以充 分潤濕母體材料。 該焊劑之熔點與有效溫度必須與所使用焊錫之工作溫 度相符，因此該焊劑必須於在低於所使用焊錫工作溫度約 5 0 - 1 0 0 °熔融，並自先前溫度變得完全有效。此外， 該熔融焊劑必須在該作品上形成一層緻密均勻塗層，其於 所需之焊接溫度下以及焊接期間仍然保持完整。 焊接焊劑大致係由呈熔融狀態之鹽混合物組成，該鹽 混合物可以溶解金屬氧化物。該焊劑大致上爲無機硼化合 物，諸如特別是硼酸鹼金屬鹽與氟硼酸驗金屬鹽，以及鹵 化物，諸如特別是鹼金屬氟化物。 標準D I N E N 1 0 4 5根據焊劑組成與有效溫 度將用以焊接重金屬（F Η型）之焊劑分類爲四等。該焊 劑係以粉末、糊漿或懸浮液形式使用，藉由噴霧、刷拂或 浸漬將後者塗覆於作品上。然後將彼等加熱至熔點，藉由 添加焊錫並熔化將該母體材料接合在一起。亦已知於一種 產物中結合焊劑與焊錫。實際上，塗覆焊劑之模製零件或 是覆蓋焊劑之焊錫線亦用以接合母體材料。 DE 24 44 521描述一種用於焊接之焊劑 ，其係由硼酸與各種多硼酸鹼金屬鹽組成。該焊劑亦可另 外包含1重量％之元素形式硼。 * G Β 9 0 9 3 14揭示一種用以焊接鎳與鎳合金 之焊接焊劑。除了習用構份，諸如四氟硼酸鉀、偏硼酸鉀 與氟化鉀之外，該焊劑另外包含銅化合物，諸如氧化銅與 本紙張尺度適用ΐ國國家標準（CNS)A4規格（210 χ297公釐） (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) —— — — — — II ^ 11111.11» I ---------- -- - - - - ------ '4 ^ Α7 Β7 五、發明說明（3 ) 氯化銅。後者構份用以抑制焊劑與母體材料之反應，以避 免母體材料變脆。 然而，習知之焊劑具有主要缺點。使用習用焊劑時， 難以潤濕之母體材料（諸如例如不鏽且無氧化皮鋼與碳化 物金屬，特噹是少於6 %低鈷含量之碳化物金屬（K 〇 1 —K 1 〇 ，P 0 5 )僅能被液態焊錫不充分地潤濕。工程 中使用包含一種額外元素硼之焊劑（FH 1 2型）接合該 母體材料。添加硼係欲將安定性提高至高於約7 0 0 °C， 即該焊劑活化時。然而，實際上並未因添加硼而改良碳化 物金屬與鉻-鎳鋼本身之潤濕作用，特別是與低工作溫度 焊接時（低於6 8 ◦ °C )。 特殊之焊接工作，諸如例如浸漬金剛石碳化物金屬之 接合作用需要更低之焊接溫度，如此該金剛石裝塡物與該 碳化物金屬不會受損。該應用使用例如D E 43 1 5 188與DE 43 15 189所述之含鎘銀焊接 焊錫或是含鎵銀焊接焊錫爲佳。該焊錫對工作溫度自 5 9 0 °C至6 40 °C。在此溫度範圍內，習用之焊劑僅不 足之效用與潤濕能力。此降低焊接之處理可靠度，因此導 致scrap提高以及產物品質降低。 因此，本發明目的係發展一種用以焊接難以潤濕之母 體材料的焊劑，該母體材料係諸如不鏽且無氧化皮鋼與碳 化'物金屬，其中使用標準DIN ΕΝ 1045所提出 用於焊接重金屬（F Η型.）之鹽組成物作爲該焊劑之基本 構份，該焊劑具有銀與銅底質焊錫，可以明顯改善母體材 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {請先閱蹟背面之注項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 卜，\ ------- - 訂----------------------- 449524 A7 B7 五、發明說明（4 ) 料之潤濕作用。 藉由一種以無機硼及/或鹵素化合物爲底質之焊劑可 達成本發明目的，該焊劑包含0.01—10重量％之元 素硼與◦. 0 1 — 1 〇重量％至少一種呈元素、合金或化 合物形式之Mo、W、Mn，N i 、Pd、Cu或Ag元 素作爲活化添加劑，其以焊劑之總數量爲基準。 令人驚異的是，與習用焊劑相較，本發明焊劑之結果 變得很明顯’難以潤濕材料（諸如不鏽與無氧化皮鋼，以 及更特別之碳化物金屬與具有低碳金屬含量之硬質金屬） 的潤濕作用有明顯改善。很顯著地，硼與額外至少一種其 他元素之含量賦予和具有習用組成之焊劑相當之活化作用 。此關連中很重要的是》該活化劑混合物之個別構份本身 並不會發揮對於習用焊劑效用之改良。僅有硼與Μ 〇、W 'Μη.、Co 、N i 、Pd、Cu或Ag之元素、合金或 化合物中至少一者之組合會顯示出與硼及/或鹵素化合物 之焊接焊劑有關之令人驚異表現。 本發明之焊接焊劑大致上係以習知用於焊劑與其組成 物之習用基本物質爲底質，其數量例如數値（品質與數量 )係由標準D I Ν E N 1 0 4 5所界定。 此種基本構份係無機硼及/或鹵素化合物。適用之硼 化合物主要爲硼酸與硼酸鹽或是鹼金屬與鹼土金屬之複合 硼‘酸鹽，特別是硼砂（四硼酸鈉）、四硼酸鉀與四氟硼酸 鉀。適用之鹵素化合物主要爲鹼金屬與鹼土金屬之氟化物 與氯化物’特別是氟化鉀與氟化鈉或是氫氟化鉀與氫氟化 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） <請先閱讀背面之ii意事項再填寫本頁) — II 訂!!-11-線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 5 9 4 4 A7 -------------- 五、發明說明（5 ) 鈉。 根據本發明’該焊接焊劑包含一種活化劑組成物，以 總數量爲基準，其爲〇 . 〇 i —丨〇重量％之元素硼與 0 · 01 — 10 重量％M〇 'w'Mn、Co、Ni 、 p d、C li或A g元素至少一者，以強化潤濕作用。該焊 劑最好包含0 . 1 - 5重量％之元素硼與〇 . 1 — 5重量 %之上述其他元素，各實例係以焊劑之總數‘量爲基準。 所使用之元素硼係非晶相形式之硼爲佳。可使用其他 元素本身或是以其元素形式、含彼等之合金形式或其化合 物形式之組合。適用之化合物係對應之氧化物爲佳。 活化劑組成物之組份係以細微粉末形式使用爲佳，其 中其平均粒子大小必須小於4 5微米爲佳。 本發明用於焊接難以潤濕之材料之焊劑係藉由強烈且 均勻混合最初0，0 1 — 1 〇重量％細微粉末狀硼粉未與 ◦-01—1◦重量％ Mo、W、Mn、Co、Ni、 p d、C U或A g元素至少一者之細微粉末狀添加物，其 係以元素、合金或化合物形式存在，此等組份係以焊劑之 總數量爲基準，然後將此活化劑混合物添加於無機硼與鹵 素之細微粉末狀焊劑混合物所製備。 除了硼之外，包含元素形式、合金或一種氧化物形式 之元素鎢或錳的焊劑混合物特別有效。 ' 本發明之焊接焊劑最好包含0 . 5 - 3重量％之非晶 相形式硼與0 . 5 — 3重量％之錳作爲活化劑混合物，此 係以焊劑總數量爲基準，各者之平均粒子大小小於4 5微 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .--------訂----1'---線 — 經濟邹智慧財產局員X消費合作枉印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8- 449524 A7 B7 五、發明說明（6 ) 米。此處所使用之錳可爲一種金屬、合金或氧化物之粉末 形式，其效用不會受到影響。以合金Μη N i 4 0或是二 氧化錳形式導入錳爲佳。 爲了調整特定母體材料與操作條件，該焊劑可包含最 高達2重量1 ，其以與氧鍵結之形式爲佳，例如二 氧化矽。此添加劑亦以對應之細微粉末狀形式添加於該混 合物中。 本發明之焊劑最初係以一種粉末混合物存在，而且可 以原已習知之方式使用。 該焊劑亦以糊漿或懸浮液形式存在，以一種惰性液體 諸如水、脂族醇類乙二醇等將該粉末混合物轉換成一種糊 漿及/或懸浮液。 此種焊劑糊漿或懸浮液亦可包含較少量輔助性物質， 諸如習用界面活性劑、黏合劑或稠化劑。 爲做應用，以適於討論中之形式方式，將本發明之焊 接焊劑塗覆於欲接合或是焊接之母體材料表面上，例如噴 淋、塗覆、刷拂、噴霧或浸漬，並進行該焊接方法。進行 此作用時，於與銀和銅爲底質焊錫焊接期間，本發明之焊 劑實質改善母體材料上之焊錫潤濕表現。此現象對於難以 潤濕之金屬材料特別顯著且有利，諸如特別是不鏽與無氧 化皮鋼，以及粉末冶金製得之複合材料。後者包括碳化物 金‘屬與金屬一陶瓷複合材料之硬質材料（例如所謂之H c金 屬陶瓷”），更特別的是具有低碳含量者。 本發明之焊劑亦可與焊接材料結合，例如一種粉末混 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ----------------------I-------------- -9- 4 4 9524 A7 __B7___ 五、發明說明（7 ) 合物 '一種糊漿懸浮液，此外’各實例中包含細粒狀焊接 焊錫。 其他焊錫-焊劑組成物係例如塗覆焊劑焊錫’其係藉 由例如將乾燥或固化焊劑糊漿調配物擠壓在焊錫模製之零 件（諸如棒或是環）上所製得。 下列實施例提出本發明焊劑之代表性具體實例與應用 形式： ' 實施例1焊劑粉末（根據din ΕΝ 1045之 F Η 1 2 型） 41重量％之四硼酸鉀 5 0重量％之四氟硼酸鉀 5重量％之氟化鉀 2重量％之非晶相砸（平均粒子大小<5微米） 2重量％之錳粉末（平均粒子大小<45微米）。 稱重上述構份，並於一個Diosna攪拌器中碾磨並均化1 5分鐘。將0.5克此種焊劑塗覆於1平方厘米之SMG 〇 2 (Cerametal，碳含量2- 3重量％)碳化物金屬圓 盤。塗覆3毫米長之合金L — Ag49焊錫線（Ag49 Cul6Zn23Mn7.5Ni4.5)，並以氧乙炔 燈加熱至該焊錫熔點"在短時間內該液態焊錫潤濕碳化物 金屬整體表面。 ' 爲了做對照，製備相同構份但是不添加硼與錳活化添 加劑之焊劑，並如上述試驗之。該焊錫熔融，但是僅潤濕 塗覆處之碳化物金屬表面。該焊錫不會流至整個表面- 本紙張尺度適用中囡國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員X消費合作杜印製

I ----J I 訂-----.1 I I 1 -----I----------------I -10- 449524 Α7 Β7 五、發明說明（8 ) 實施例2含水焊劑糊漿 1 6 . 3重量％氫氟化鉀 27 . 2重量％之四硼酸鉀 1 9 . 5重量％之四氟硼酸鉀 〇 . 7重量％之二氧化錳（平均粒子大小<4 5微米 ) :1 . 3重量％之非晶相硼（平均粒子大'小< 5微米） 1 . 0重量％之界面活性劑（Marlowet PW) 3 4 . 0重量％水。 將對應數量之水裝入一個具有界面活1性劑之容器中° 以高速混合器邊攪拌邊連續添加其餘構份’並均化3 0分 鐘。 比較此糊漿與用以焊接碳化物金屬之市售焊劑糊發（ F Η 1 2型，Degussa h Special) °最後’在一不鏽鋼板 (1 . 4301)上塗覆各種糊漿之薄層。將圓形焊錫圓 盤穿孔500微米厚之合金3-厶宮6〇(：11311 — 6 0 0/7 0 0焊錫條，並置於金屬基板上。然後’在一 個室式爐中，在一銀塊上將此等加熱至7 5 0°C，於兩分 鐘後自該爐取出。冷卻之後’測量被焊錫潤濕之表面積’ 並與該焊錫圓盤之原有表面是比較（潤濕指數）。此試驗 中，本發明之焊劑提供6 — 7之潤濕指數，然而市售焊劑 獲'得之値僅有2 — 3。 實施例3焊劑粉末（根據D I N E N 1 0 4 5之 F Η 2 1 型） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) J--------訂 — ！！！線 — 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 -11 - 49524 Α7 Β7 五、發明說明（9 ) 3 5重量％之硼砂 4 0重量％之硼酸 2 2重量％之氧化矽粉 1重量％之非晶相硼（平均粒子大小< 5微米） 2重量％之錳—鎳合金6 0/4 0 (平均粒子大小 < 6 3微米） 以與實施例1相同方式製備焊劑。以鍍鋅鋼與黃銅焊 錫L- C u Ζ η 4 0之T型接合焊接作用證實效用之改善 。最後，將鍍鋅鋼板折彎4 5°角，並置於第二金屬板上。 將1 0毫米長之黃銅焊錫線與頂點之一的焊劑放置在一起 ，並以氧乙炔燈加熱至該焊錫之工作溫度。此試驗中，使 用本發明焊劑時，該焊錫完全裝滿該縫隙。 相對地，使用具有相同調配之焊劑但是不添加硼與錳 -鎳合金活化添加劑時，該焊錫僅流動至該彎歐金屬板中 間。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 --------訂------.---線- ---------------------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12-

Claims (1)

1. A8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種以無機硼及/或鹵素化合物爲底質之焊劑， 其用以焊接難以潤濕之金屬材料與銀和銅爲底質之焊錫， 其特徵係包含001—10重量％之元素硼與0·01 —1 0重量％至少一種呈元素、合金或化合物形式之Mo 、W、Mn 、Co、Ni 、Pd、Cu 或 Ag 元素作爲活 化添加劑，其以該焊劑之總數量爲基準。 _2 如申請專利範圍第1項之焊劑，萁特徵係其包含 0 . 1 — 5重量％之元素硼與0 . 1 - 5重量％Mo ，W 'Μη、Co、N i 、Pd、Cu或Ag元素中至少一者 ο 3 .如申請專利範圍第1或2項之焊劑，其特徵係其 包含0 . 5 — 3重量％之非晶相硼與〇 . 5 - 3重量％錳 ’其呈金屬、合金或氧化物化合物形式。 4 如申請專利範圍第1或2項之焊劑，其特徵係其 包含細微粉末形式之活化添加劑，平均粒子大小< 4 5微 米。 5 .如申請專利範圍第1或2項之焊劑，其特徵係其 以粉末混合物、糊漿或懸浮液形式存在。 6 . —種提高焊劑潤濕性之方法，該焊劑係以無機硼 及/或鹵素化合物爲底質，其用以焊接難以潤濕之金屬材 料與銀和銅爲底質焊錫，該方法特徵係於該焊劑中添加 0 ‘ 1 一 10重量％元素硼與0 . 1 — 1〇重量％至少一 種呈元素、合金或化合物形式之Mo 、W、Mn、Co、 N i 、P d、C u或A g作爲活化劑組合物。 本紙伕尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 打 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ABCD ϊά35 24 六、申請專利範圍 7 · —種焊錫-焊劑組合物，其特徵係包含如申請專 利範圍第1或2項之焊劑。 8，如申請專利範圍第7項之焊錫-焊劑組合物*其 特徵係其以粉末混合物、糊漿或懸浮液形式存在，而且包 含細粒狀焊接焊錫。 9 .如申請專利範圍第7項之焊錫-焊劑組合物，其 特徵:係其以塗覆焊劑之焊錫模製零件形式存在。 --------I.------t----^---ί;— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經滴部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（2t〇X297公釐） -14 -