[发明专利]中温铜基钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎料及其制备方法。

背景技术

随着现代工业技术的发展，特别是航空航天、汽车、微电子等工业技术的发展，钎焊技术以其独特的优势得到了飞速的发展，成为最活跃、最具发展潜力的领域之一，而钎料作为钎焊的焊接材料也得到了极大的需求。过去，银基含镉钎料得到了广泛的应用，这是因为银基钎料中Cd的加入可以显著降低合金的液相线、缩小熔化温度区间、提高钎料的流动性和润湿铺展性，从而有效的改善了钎焊工艺性。据有关部门初步统计，仅2005年，国内在银基钎料中消耗的镉就达到了250吨。然而，含镉钎料的大量使用不仅危害焊接操作者的健康，也影响周边的环境。欧盟颁布的WEEE和RoHS两个指令，规定含镉的材料不允许在家电产品中使用，并且已于2006年7月1日起实施。根据中国信息产业部等七部委2006年第39号部令的要求，在家电等行业全面禁止使用含镉等6种有害物质，相关法令并已于2007年3月1日起实施，因此，必须研究开发不含镉的替代钎料产品。目前国内外主要研究银基钎料和铜基钎料这两个系列来代替目前使用的含镉钎料。但是目前不含镉的银基钎料中的银含量大，且加入了大量的贵重金属元素Ga和In，制备成本高，钎焊温度高；而不含镉的铜基钎料虽然制备成本低，但为了获得较低的钎焊温度而添加了锡、磷等合金元素，使得钎料的脆性很大，无法加工成焊丝，只能用快速凝固法制成箔状钎料或制成粉状钎料，P与Fe极易生成Fe₃P等脆性相，恶化了接头的力学性能，无法钎焊钢和不锈钢等黑色金属；铜锌钎料中的锌虽能降低钎料的熔点，但钎焊时容易产生锌蒸气，锌蒸气有毒，对工人的健康不利。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有铜基钎料脆性大、无法加工成焊丝、无法钎焊钢和不锈钢，且易产生有毒锌蒸气的技术问题，提供了一种中温铜基钎料及其制备方法。

中温铜基钎料按照重量份数由59.05～62.1份的Cu、14～17份的Zn、12.5～16.9份的Mn、0.6～2.1份的Si、3.5～6.5份的Sn、1～4份的Ni、0.05～0.2份的La和0.05～0.2份的Ce制成。

中温铜基钎料的制备方法如下：

一、按照重量份数称取59.05～62.1份的Cu、14～17份的Zn、12.5～16.9份的Mn、0.6～2.1份的Si、3.5～6.5份的Sn、1～4份的Ni、0.05～0.2份的La和0.05～0.2份的Ce；

二、稀土中间合金的配制：将混合盐放入坩埚中熔化，然后加入步骤一所述Sn重量4％～96％的Sn，Sn完全熔化后，加入La和Ce，并且每4～6分钟搅拌一次，保温25～35分钟，得到稀土中间合金，再把稀土中间合金倒入瓷舟冷却；

三、中温铜基钎料的熔炼：将Cu、Zn和Mn放入中频感应加热炉的石墨坩埚中，然后将中频感应加热炉的温度升至600～800℃，加入覆盖剂，再将中频感应加热炉的温度升至1050～1150℃至Cu、Zn和Mn完全熔化，加入Ni和剩余的Sn，加入覆盖剂，加完覆盖剂3～5min后，将中频感应加热炉的温度降至1000～1040℃，搅拌10～20min，加入Si，加入覆盖剂，将中频感应加热炉的温度降至950～990℃，加入稀土中间合金，搅拌直至熔化，在炉烟为乳白色的条件下搅拌、捞渣，再将中频感应加热炉的温度降至900～940℃出炉，倒入中间包除气，最后倒入温度为240～310℃的浇铸模，得到金属锭；

四、将金属锭去皮清理并切去冒口后预热至420～460℃，然后在挤压速度为9～11cm/s、挤压比为90～150的条件下将金属锭放入模片温度为430～460℃、料筒温度为380～420℃的挤压机中进行挤压得到0.5～3.0mm的焊丝，即得到中温铜基钎料；步骤二中所述混合盐按重量百分比由50％的LiCl和50％的KCl组成。

本发明铜基钎料中添加的合金元素的作用是：Zn能降低Cu的熔点；Mn的加入，与Cu形成低熔点固溶体，可以降低钎料熔点，提高钎缝强度；加入Si，可抑制钎料中Zn的挥发，防止锌蒸气对工人的伤害；加入Ni，可提高钎料的塑、韧性、高温强度以及钎缝强度和润湿性能，使钎料具有良好的加工及使用性能；加入Sn，可降低钎料熔点和提高钎料润湿性；加入稀土元素La和Ce，可以减少钎料中合金元素在晶界的偏析、均匀组织并提高钎料润湿性能和钎料强度。