[发明专利]一种铜基钎料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于硬钎料的制备领域，更具体地，涉及一种铜基钎料及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业发展对材料性能的要求越来越高，在很多情况下金属材料已不能满足需求。陶瓷与金属的可靠连接可获得兼具陶瓷与金属材料各自优异性能的复合构件，使其具有广阔的应用前景，真空钎焊可以有效的解决这个问题。其中，铜基钎料具有润湿性和填充能力好，成本比银基钎料成本低等优点，因此广泛应用于Ti(C,N)基金属陶瓷与金属的焊接工艺中。

然而，现有技术中的铜基钎料通常含有Ag、Zn元素，Ag由于价格贵，提高了钎料的成本，而Zn的饱和蒸气压大，真空钎焊时易挥发，导致钎料的成分发生变化，恶化接头的力学性能。例如文献《Ti(C,N)基金属陶瓷与3Cr13不锈钢的真空钎焊》(四川大学学报(工程科学版)》2012年第S1期)中公开了一种铜基钎料，这种钎料的成分为Cu，Ag，Zn和Ni，其最大剪切强度为154Mpa。然而该钎料一方面在Ti(C,N)基金属陶瓷与Cu基钎料一侧没有形成可靠的冶金结合界面，另一方面其中含有的Ag导致钎料较软，强度不高，因此其接头强度不够，连接质量不稳定，从而在很多场合下难以满足使用要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种铜基钎料及其制备方法与应用，其目的在于通过改善铜基钎料的成分，从而提高其接头强度和质量。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铜基钎料，以总质量为100份计，由8份～12份的锰，7份～11份的镍，2份～4份的铬，1份～3份的硅以及70份～82份的铜组成。

优选地，所述铜基钎料为厚度0.1mm～0.3mm的片状结构。

按照本发明的另一方面，提供了上述铜基钎料的制备方法，包括以下步骤：

(1)以质量份数计，将8份～12份的锰粉，7份～11份的镍粉，2份～4份的铬粉，1份～3份的硅粉以及70份～82份的铜粉组成的金属粉末均匀混合；

(2)将所述步骤(1)中获得的混匀的金属粉末压制为压坯片；

(3)将所述步骤(2)中获得的压坯片烧结；

(4)将所述步骤(3)中获得的烧结的压坯片退火轧制为厚度0.1mm～0.3mm的钎料薄片。

优选地，所述步骤(1)中金属粉末的粒径为100目～200目。

优选地，所述步骤(1)具体为：在球磨罐中加入金属粉末、磨球以及能够覆盖金属粉末和磨球的乙醇，充分球磨并干燥后获得混匀的金属粉末。

作为进一步优选地，所述步骤(1)中球磨的转速为200rpm～220rpm，时间为180min～240min。

优选地，所述步骤(2)中压制的压力为300MPa～400Mpa。

优选地，所述步骤(3)中烧结的温度为810℃～830℃，时间为20min～30min。

按照本发明的另一方面，还提供了所述铜基钎料在真空钎焊中的应用。

优选地，所述铜基钎料用于钎焊Ti基金属陶瓷与钢。

优选地，所述铜基钎料的钎焊温度为1050℃～1070℃，钎焊时间为25min～35min。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比具有下列有益效果：

1、本发明在铜基钎料中添加了镍元素，用于改善钎料的耐高温性能和耐腐蚀性能；添加了锰元素，用于改善钎料的润湿性和铺展性；添加了铬元素，用于提高钎料的强度和耐腐蚀性，同时降低了钎料的熔点；添加了硅元素，用于防止锰元素氧化，同时改善钎料的流动性；从而整体改善了钎料的润湿性、强度、熔点和耐腐蚀性；

2、利用本发明制备的铜基钎料，成功实现了Ti(C,N)基金属陶瓷与钢可靠连接，接头的最大剪切强度达到301.5MPa，平均剪切强度达到276.8Mpa，比现有技术得到的剪切强度提高了约30％。

附图说明

图1为本发明实施例8的钎焊工艺曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种铜基钎料，所述铜基钎料为0.1mm～0.3mm的片状结构，其总质量为100份计，由8份～12份的锰，7份～11份的镍，2份～4份的铬，1份～3份的硅以及70份～82份的铜组成。