一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及材料焊接領域，特別是一種焊接銅及銅合金時無焊料外溢的無銀釬料 及制備方法。
【背景技術】
[0002] 銅及銅合金的釬焊廣泛應用于制冷、機電等行業，其中母材為黃銅、紫銅的閥體和 管接頭配件的連接普遍采用含銀量6%以下的銀磷銅釬料焊接，焊后經常會有釬料外溢流 到母材表面的現象，影響到產品的后續加工、裝配和外觀；而且釬料含銀成本相對較高，因 此釬料的外溢現象必須嚴格控制，以免造成零部件的報廢，而由釬料著手控制焊接時的釬 料外溢是最為經濟有效的辦法。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是針對現有用于銅及銅合金焊接的釬料含銀量較高，外溢導致焊接 成本提高的不足之處，提供一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料及制備方法，該 釬料可以替代含銀6wt%以下的銀磷銅釬料用于釬焊銅及銅合金。
[0004] 本發明采用的技術方案是通過如下方式完成的：一種焊接銅及銅合金時無外溢現 象的無銀釬料，其特征在于該焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料由P、Cu、Sn、SijP Zr組成，各組分的質量百分比分別為：6 %~8 %的P、I %~4 %的Sn、0. 01 %~0. 2 %的Si 和0· 02~0· 1 %的Zr，余量為Cu。
[0005] 在所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料中，所述的P為P97. 5、 P98. 5、P99 中的一種。
[0006] 在所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料中，所述的Sn為 Sn99. 99A、Sn99. 95A、Sn99. 95AA、Sn99. 90A、Sn99. 90AA 中的一種。
[0007] 在所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料中，所述的Cu為 Cu-CATH-1、Cu-CATH-2、Cu-CATH-3 中的一種。
[0008] 在所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料中，所述的Si為Si-U Si-2、Si-3 中的一種，Zr 為 Zr-1、Zr-3、Zr-5 中的一種。
[0009] -種制備上述焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料的方法，該方法包括以下 步驟：
[0010] ⑴熔煉：將Zr、Si分別與銅預先熔煉成二元合金，得到Zr的質量分數為50%的 Cu-Zr合金和Si的質量分數為15. 5%的Cu-Si合金；將赤磷和電解銅放入中加熱爐中加熱 至1000~1300°C，待完全熔化并充分攪拌后，加入Sn及預先熔煉的Cu-Zr合金、Cu-Si合 金，繼續熔煉至所有原料完全熔化后充分攪拌，溫度降至900~1000°C保溫lOmin，隨后澆 注得到鑄錠；
[0011] ⑵擠壓：將步驟⑴中所得的鑄錠加熱到350~550°C進行擠壓，得到擠壓絲；
[0012] ⑶成型：將步驟⑵中所得到的擠壓絲加工成所需形狀的焊料。
[0013] 在所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料的制備方法中，所述的步 驟⑶中采用拉拔的方法得到絲材，再將絲材加工成成型的焊料。
[0014] 在所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料的制備方法中，所述的步 驟⑶中采用乳制的方法得到帶材，再將帶材加工成成型的焊料。
[0015] 本發明的優點在于：
[0016] 1、釬料不含貴金屬元素 Ag，成本較低。
[0017] 2、釬料的熔點適中，其固相限680~720°C，液相限740~790°C，最低釬焊溫度 700~750°C，適合于焊接銅及銅合金。
[0018] 3、釬料的加工性能良好，可以通過配比、熔煉、澆鑄、擠壓、拉絲或乳制等加工方法 加工成絲材和帶材等不同形狀規格的釬料。
[0019] 通過在上述成分范圍內調整各組分的含量，釬料的流動性可以根據實際的焊接條 件進行調節，焊接銅及銅合金時釬料可以很好的填滿焊縫但又不會出現釬料的外溢現象， 焊縫美觀，適合于閥件、管接頭等對釬料外溢要求較高的零部件的焊接。
[0020] 釬料的上述優點是通過如下的原理實現的：
[0021] P、Cu是無銀釬料的主元素，其對釬料的加工性能和焊接性能有較大的影響。為滿 足釬料在加工性能方面的要求，同時保證釬料熔點不會太高，P含量控制在6~8wt %，銅為 余量。
[0022] Sn可以顯著的降低釬料的熔點，提高焊料的流動性，但常溫下Sn在Cu中固溶度很 小，容易與Cu形成金屬間化合物，雖然降低了釬料的熔化溫度，也降低了釬料的塑性，使釬 料的加工性能降低，因此其加入量優選為1~4wt%。
[0023] 微量的Si可以增加釬料的潤濕能力，改善液態焊料表面特性和焊縫表面質量，在 熔化的焊料表面形成一層膜，包裹著焊料，在焊接時使焊料不會漫淌、外溢，同時Si可以改 善釬料的塑性和抗腐蝕能力，但由于Si易燒損，熔煉的時候損耗難以控制，因此其含量優 選為 0· 01 ~0· 2wt%。
[0024] Zr屬于活性元素，添加量在0. 02~0. 1 %時，Zr能夠與液態合金中的氧及氧化物 等反映，凈化金屬液，同時降低焊料的含氣量，使焊料在焊接的時候能夠有效減少氣孔出現 的幾率，對閥門、管件等要求較嚴格的母材焊接能夠得到性能較好的焊接接頭。
[0025] 本發明合金雖然加入多種微量元素，使釬料的流動性、潤濕性大大提高，同時由于 Si的特殊作用又不會使焊料在焊接時任意外溢、流淌，保證了焊接的可靠性，從而能夠得到 尚性能的焊接接頭。
[0026] 本發明與現有的含銀焊接釬料相比，具有焊接成本低、焊接無外溢的特點。
【具體實施方式】
[0027] 釬料的制備：按照表1中的配比稱取制備焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬 料的原料，按照下述步驟制備得到焊接銅及銅合金無外溢現象的無銀釬料，即
[0028] ⑴熔煉：將Zr、Si分別與銅預先熔煉成二元合金，得到Zr的質量分數為50%的 Cu-Zr合金和Si的質量分數為15. 5%的Cu-Si合金；將赤磷和電解銅放入中加熱爐中加熱 至1000~1300°C，待完全熔化并充分攪拌后，加入Sn及預先熔煉的Cu-Zr合金、Cu-Si合 金，繼續熔煉至所有原料完全熔化后充分攪拌，溫度降至900~1000°C保溫lOmin，隨后澆 注得到鑄錠；
[0029] ⑵擠壓：將步驟⑴中所得的鑄錠加熱到350~550°C進行擠壓，得到擠壓絲；
[0030] ⑶成型：將步驟⑵中所得到的擠壓絲加工成所需形狀的焊料。
[0031] 制備過程中，在熔煉前將Zr、Si分別和Cu預先熔煉成中間合金再進行添加，而且 待其它元素金屬都已完全熔化后再添加中間合金，通過中間合金的預處理，不僅降低了 Zr、 Si的熔化溫度，而且減少了由于氧化而造成的燒損，其它組分的原材料采用赤磷、純錫和純 銅。
[0032] 本發明釬料的實施例及與現有BCU93P-B及BCu91PAg釬料的性能比較見表1。釬 料的熔化溫度采用差熱分析儀測量，升溫速率為15°C /min，保護氣體為N2，采用高純氧化鋁 謝堝；焊接母材為長、寬、厚為40mmX5mmX3mm的紫銅與黃銅對接，焊接為氧-乙炔火焰釬 焊，并涂以102釬劑焊接，焊接時無銀釬料流動、潤濕良好，而且沒有釬料外溢現象，焊后焊 縫表面光亮、致密，BCu93P焊后焊縫表面不夠致密，有氣孔、麻點等缺陷，BCu91PAg在焊接 時有焊料外溢現象，接頭強度采用津島AGS-J電子萬能拉伸機測試。 「00331 表1 :本發明釬料的實施例及與現有釬料的件能比較
【主權項】
1. 一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料，其特征在于該焊接銅及銅合金時無 外溢現象的無銀釬料由P、Cu、Sn、Si、和Z r組成，各組分的質量百分比分別為：6%~8%的 P、l%~4%的 Sn、0. 01%~0? 2%的 Si 和 0? 02 ~0? 1%的 Zr，余量為 Cu。2. 根據權利要求1所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料，其特征在于 所述的P為P97. 5、P98. 5、P99中的一種。3. 根據權利要求1或2所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料，其特征 在于所述的 Sn 為 Sn99. 99A、Sn99. 95A、Sn99. 95AA、Sn99. 90A、Sn99. 90AA 中的一種。4. 根據權利要求1或2所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料，其特征 在于所述的 Cu 為 Cu-CATH-1、Cu-CATH-2、Cu-CATH-3 中的一種。5. 根據權利要求1或2所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料，其特征 在于所述的Si為Si-1、Si-2、Si-3中的一種，Zr為Zr-1、Zr-3、Zr-5中的一種。6. -種制備上述焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料的方法，其特征在于該方法 包括以下步驟： ⑴熔煉：將Zr、Si分別與銅預先熔煉成二元合金，得到Zr的質量分數為50%的Cu-Zr 合金和Si的質量分數為15. 5%的Cu-Si合金；將赤磷和電解銅放入中加熱爐中加熱至 1000~1300°C，待完全熔化并充分攪拌后，加入Sn及預先熔煉的Cu-Zr合金、Cu-Si合金， 繼續熔煉至所有原料完全熔化后充分攪拌，溫度降至900~1000°C保溫lOmin，隨后澆注得 到鑄錠。 ⑵擠壓：將步驟⑴中所得的鑄錠加熱到350~550°C進行擠壓，得到擠壓絲。 ⑶成型：將步驟⑵中所得到的擠壓絲加工成所需形狀的焊料。7. 根據權利要求6所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料的制備方法， 其特征在于所述的步驟⑶中采用拉拔的方法得到絲材，再將絲材加工成成型的焊料。8. 根據權利要求6所述的一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料的制備方法， 其特征在于所述的步驟⑶中采用乳制的方法得到帶材，再將帶材加工成成型的焊料。
【專利摘要】本發明是一種焊接銅及銅合金時無焊料外溢的無銀釬料及制備方法。本發明的目的是針對現有用于銅及銅合金焊接的釬料含銀量較高，外溢導致焊接成本提高的不足之處，提供一種焊接銅及銅合金時無焊料外溢的無銀釬料及制備方法，該釬料可以替代含銀6wt％以下的銀磷銅釬料用于釬焊銅及銅合金。本發明采用的技術方案是通過如下方式完成的：一種焊接銅及銅合金時無外溢現象的無銀釬料，由P、Cu、Sn、Si、和Zr組成，各組分的質量百分比分別為：6％～8％的P、1％～4％的Sn、0.01％～0.2％的Si和0.02～0.1％的Zr，余量為Cu。本發明與現有的含銀焊接釬料相比，具有焊接成本低、焊接無外溢的特點。
【IPC分類】B23K35/40, B23K35/30
【公開號】CN105033500
【申請號】CN201510280413
【發明人】劉欣龍, 張理成, 劉玉章, 馬劍強, 朱水芳, 吳晴飛, 鄭麗
【申請人】浙江信和科技股份有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年5月28日