[发明专利]无银黄铜基焊料

说明书

本发明涉及黄铜钎焊料领域，提供一种无银黄铜基焊料。所述无银黄铜基焊料包括铜、锌、锡、锰和硅，按重量百分比计，锌的含量为20~33%，锡、锰和硅的总和与锌的质量比为5.1:33~15.5:20。本发明通过降低锌元素的含量为20~33%，配伍适量的锡、锰和硅，可以在不添加贵金属元素、稀土元素及危害元素的前提下，实现黄铜基焊料的降熔效果，将熔点降低至830~860℃。而且，在实现低熔点的同时避免降熔元素Sn、Mn、Si的添加而产生大量的硬脆性β’‑Cu相和γ‑Cu相，本发明成分范围内的焊料合金组织均控制在(α+β’)混合相区，保证了焊料的强度和加工成型能力。

技术领域

本发明涉及黄铜钎焊料技术领域，尤其涉及一种无银黄铜基焊料。

背景技术

针对铜-钢火焰和感应钎焊，目前通常采用含银焊料如45Ag（牌号HL303）、30Ag（牌号HL323）、25Ag（牌号HL302）等，焊料形式为焊丝、焊环形式。银元素Ag的添加一方面降低焊料的熔点，另一方面促进焊料的流动，但银元素Ag的存在显著提高了焊料的成本。

传统的铜磷焊料（如BCu93P）因成本低、熔点低（710~820℃）而广泛应用于行业内的铜-铜火焰和感应钎焊，但焊料的磷元素P在钎焊过程中除了与铜反应生成Cu₃P脆性相之外，还会与钢反应生成高脆性的Fe-P化合物聚集在焊缝，增大了焊缝的脆性，进而降低了焊缝的强度和韧性，故不适于铜-钢钎焊。

从降低成本和可焊接性的角度出发，黄铜基焊料是一种适用于铜-钢钎焊的品类。黄铜焊料主要成分为铜Cu和锌Zn元素，常用来进行纯铜、铜合金、钢等材料的火焰和感应钎焊，其成本虽然低，但熔点相对于银焊料和铜磷焊料较高。市面上常见的如HS221焊料(成分Cu59Zn-1Sn)的熔点约890~920℃，HL105焊料(成分Cu58ZnMn)的熔点约890~950℃。高的熔点需要匹配高的钎焊温度以保证焊料充分熔化，则不可避免的存在母材过烧的情况，进而导致钎焊不良，影响生产效率和质量。HL102和HL103焊料中含有较多的锌Zn元素(46~52wt.%)，锌Zn元素的增加一定程度上降低了焊料的熔点，然而焊料中出现了大量硬脆性的β’-Cu相、γ-Cu相及其混合组织，导致焊料塑韧性差且较难加工成型。也有焊料(BCu60ZnSi、BCu59ZnSn)添加少量的其他元素如锡Sn、硅Si等元素以降低熔点，虽然可以保证焊料的塑韧性，但其熔点仍接近900℃。

针对黄铜基焊料，相关文献也进行了报道。CN114434044A公开了“一种高强度耐磨环保黄铜钎料及其制作方法”，在Zn元素含量42.47~44.25%的基础上添加了10%的稀土元素RE以及少量的Sn、Mn、Si元素。稀土元素RE虽然可以提高焊料的性能，但无疑增加了焊料的成本。

CN112621017A公开了“一种黄铜焊料及利用该焊料焊接碳钢与紫铜的纤焊工艺”，提出了Zn含量38.42~38.58%、Sn含量1.15~1.2%的黄铜焊料，同时焊料中添加了微量的铅元素Pb和镉元素Cd。在熔炼和钎焊过程中，Cd元素会蒸发形成有毒的Cd蒸汽经呼吸道进入人体，从而危害人体健康，此外Cd、Pb元素均会对环境产生污染，这无疑对生产现场保护和环保提出了严格的要求。

发明内容

本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种无银黄铜基焊料，其可以在不增加成本的基础上将熔点降低至830~860℃。

根据本发明实施例的无银黄铜基焊料，包括铜、锌、锡、锰和硅，按重量百分比计，锌的含量为20~33%，锡、锰和硅的总和与锌的质量比为5.1:33~15.5:20。

根据本发明实施例的无银黄铜基焊料，通过降低锌元素的含量为20~33%，配伍适量的锡、锰和硅，可以在不添加贵金属元素、稀土元素及危害元素的前提下，实现黄铜基焊料的降熔效果，将熔点降低至830~860℃，明显低于市场常规的黄铜焊料。

根据本发明的一些实施例，锡、锰、硅的质量比为（3~9）：（2~5）：（0.1~1.5）。