CN101524793B - 含锂和铌的无镉银钎料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接材料类，具体涉及一种含锂和铌的无镉银钎料，其特征在于：将含Ag、Cu、Zn、Sn的原料按配比冶炼后，再依次加入Nb、Li，搅拌均匀后即进行浇铸或水平连铸，然后将铸棒或铸锭通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材，钎料中各化学成分质量百分数为35.0％～40.0％的Cu，42.0％～52.0％的Zn，4.0％～6.0％的Sn，0.001％～0.1％的Li，0.001％～0.1％的Nb，其余为Ag。本发明先加入了Nb，再添加Li，银钎料的组织的“纯净度”就能得到显著提高，从而提高银钎料的润湿性能与铺展性能。本发明银含量低、钎焊性能优良、在钎焊过程中以及钎焊后的焊接部位没有有毒元素镉，适用于紫铜、黄铜、碳钢、不锈钢以及镍基合金等金属材料的钎焊。

Description

含锂和铌的无镉银钎料
技术领域
本发明属于焊接材料类，具体涉及一种含锂和铌的无镉银钎料。
背景技术
目前，国内外在焊接过程中通常使用的焊接钎料一般为含镉银钎料BAg35CuZnCd及BAg40CuZnCd，其化学成分中均含有大量的“有毒元素”镉(Cd)。由于含隔钎料的毒性，国内外都开始禁止这种含镉的钎料在家电产品中的使用，因此，必须研究开发出不含镉的替代产品。但是，尽管国内外现在已开发出一些无镉银钎料新产品，但由于这些产品的含银量均较高，一般均在25％(质量百分数)以上，从而使材料成本大大提高。为了降低制造成本，提高产品的竞争力，因此研究开发含银量低、性能优越的无镉银钎料已是当务之急。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种不含有毒元素镉的、钎焊性能优良、银含量低的含锂和铌的无镉银钎料。
本发明的技术方案如下：
一种含锂和铌的无镉银钎料，其特征在于：将含银(Ag)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)的原料按配比冶炼后，再依次加入铌(Nb)、锂(Li)，搅拌均匀后即进行浇铸或水平连铸，然后将铸棒或铸锭通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材，钎料中各化学成分质量百分数为35.0％～40.0％的Cu，42.0％～52.0％的Zn，4.0％～6.0％的Sn，0.001％～0.1％的Li，0.001％～0.1％的Nb，其余为Ag。
本发明锂和铌的加入顺序和加入方式必须是在Ag、Cu、Zn、Sn四元合金冶炼好了之后，在浇铸或水平连铸之前按先加入Nb，再加入Li的顺序依次加入，搅拌均匀后即可进行浇铸或水平连铸。
本发明的含锂和铌的无镉银钎料固相线温度在725℃～735℃，液相线温度在760C～770℃。以BAg25CuZn钎料为参照物，配合FB102钎剂，钎焊紫铜-黄铜、黄铜-碳钢、不锈钢-镍基合金等组合材料时，对母材的润湿性、铺展性与之相当，钎缝力学性能与之相当(抗拉强度σb在185～350MPa，抗剪强度τ在160～320MPa)。
本项发明主要解决了下述几个关键技术问题：
1)本发明通过采用添加微量的锂(Li)元素，利用其在冶炼过程中具有的“脱氧”、“脱气”能力，提高新发明的银钎料的组织的“纯净度”，从而提高银钎料的润湿性能与铺展性能。在本发明中，在高熔点元素铌(Nb)的“协同作用”下，将锂元素添加量控制在0.001％～0.1％范围内时，本发明的银钎料具有优良的润湿性能与铺展性能。
2)摒弃了传统的“添加稀土元素”以细化银钎料的晶粒，提高银钎料的塑性和综合力学性能的思路。通过添加在银钎料中国内外从未有人添加过的元素铌(Nb)，达到了比“添加稀土元素”更好的效果。研究发现：铌元素熔点高，且不易氧化，在银钎料冶炼完成后的浇铸冷却过程中，起到“形核质点”的作用，有助于银钎料的快速结晶，从而起到了细化银钎料的晶粒，提高了无镉银钎料的塑性和综合力学性能。
3)通过优化“含锂和铌的无镉银钎料”的化学成分，得到了对母材润湿性、铺展性优良、钎缝力学性能(σb、τ)优良的的无镉银钎料。尤其是在本发明中，无镉银钎料中Sn的加入量在4.0％～6.0％范围时，Zn的加入量仍然可高达42.0％～52.0％且具有良好的塑性。从而一方面使本发明的无镉银钎料的熔点范围降低至725℃～770℃，另一方面，由于Li与Nb的“协同作用”，使得本发明的无镉银钎料仍具有良好的加工性能。
通过大量试验发现，在本发明生产的钎料中，由于先加入了高熔点的元素铌(Nb)，再添加微量的Li元素(0.001％～0.1％，质量百分数)，银钎料的组织的“纯净度”就能得到显著提高，从而提高银钎料的润湿性能与铺展性能。本发明的银含量低、钎焊性能优良、在钎焊过程中以及钎焊后的焊接部位完全没有有毒元素镉，可替代BAg35CuZnCd钎料、BAg25CuZn钎料，对母材的润湿性、铺展性与之相当，钎缝力学性能与之相当的新型无镉银钎料，适用于紫铜、黄铜、碳钢、不锈钢以及镍基合金等金属材料钎焊的无镉银钎料。
具体实施方式
本发明的一种含锂和铌的无镉银钎料，采用以下实施例得到：
实施例1：
按质量百分数配比，其成分为：35.0％Cu，42.0％Zn，6.0％Sn，0.001％Li，0.01％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在730℃左右、液相线温度在765℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据：紫铜-黄铜(σb＝200±15MPa，τ＝170±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝280±15MPa，τ＝250±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝335±15MPa，τ＝310±10MPa)。
实施例2：
按质量百分数配比，其成分为：40.0％Cu，42.0％Zn，4.0％Sn，0.001％Li，0.1％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在735℃左右、液相线温度在770℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据：紫铜-黄铜(σb＝200±15MPa，τ＝170±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝280±15MPa，τ＝250±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝335±15MPa，τ＝310±10MPa)。
实施例3：
按质量百分数配比，其成分为：40.0％Cu，52.0％Zn，5.0％Sn，0.01％Li，0.001％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在725℃左右、液相线温度在760℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例4：
按质量百分数配比，其成分为：40.0％Cu，50.0％Zn，4.5％Sn，0.01％Li，0.01％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在725℃左右、液相线温度在765℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例5：
按质量百分数配比，其成分为：38.0％Cu，49.0％Zn，6.0％Sn，0.001％Li，0.001％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在725℃左右、液相线温度在760℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例6：
按质量百分数配比，其成分为：40.0％Cu，51.0％Zn，4.2％Sn，0.015％Li，0.012％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在725℃左右、液相线温度在765℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例7：
按质量百分数配比，其成分为：36.0％Cu，48.0％Zn，4.2％Sn，0.045％Li，0.022％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在730℃左右、液相线温度在765℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例8：
按质量百分数配比，其成分为：36.0％Cu，50.5％Zn，5.1％Sn，0.05％Li，0.015％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在730℃左右、液相线温度在765℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例9：
按质量百分数配比，其成分为：37.5％Cu，43.5％Zn，5.5％Sn，0.08％Li，0.035％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在730℃左右、液相线温度在765℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例10：
按质量百分数配比，其成分为：39.5％Cu，51.5％Zn，4.5％Sn，0.08％Li，0.01％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在725℃左右、液相线温度在770℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例11：
按质量百分数配比，其成分为：35.5％Cu，50.8％Zn，4.8％Sn，0.1％Li，0.08％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在728℃左右、液相线温度在765℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例12：
按质量百分数配比，其成分为：35.6％Cu，44.8％Zn，5.8％Sn，0.02％Li，0.06％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在732℃左右、液相线温度在770℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例13：
按质量百分数配比，其成分为：38.2％Cu，48.6％Zn，4.9％Sn，0.018％Li，0.006％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在732℃左右、液相线温度在765℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
实施例14：
按质量百分数配比，其成分为：37.4％Cu，49.3％Zn，4.7％Sn，0.025％Li，0.016％Nb，其余为Ag。
上述成分配比得到的“含锂和铌的无镉银钎料”固相线温度在735℃左右、液相线温度在770℃左右(考虑了实验误差)，配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊用母材及钎缝强度数据与实施例1相同。
上述14个实施例含锂和铌的无镉银钎料的生产方法，使用市售的白银、电解铜、锌锭、锡锭，按需要配比，采用常规的中频冶炼炉冶炼、依次加入Nb合金、Li合金，搅拌均匀后即可进行浇铸或水平连铸，然后将铸棒(铸锭)通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材。
本发明的含锂和铌的无镉银钎料，无论采用火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊，还是电阻钎焊等常规钎焊方法，钎焊时对紫铜、黄铜、碳钢、不锈钢、镍基合金分别都具有良好的润湿性能，因此上述实施例生产的含锂和铌的无镉银钎料，在钎焊紫铜-紫铜、紫铜-黄铜、黄铜-碳钢、黄铜-不锈钢、碳钢-不锈钢、碳钢-镍基合金、不锈钢-镍基合金、紫铜-镍基合金、黄铜-镍基合金等不同的组合材料时，对所钎焊的组合材料均具有良好的润湿性能，且钎焊接头具有良好的力学性能。

Claims (1)

1.一种含锂和铌的无镉银钎料，其特征在于：将含Ag、Cu、Zn、Sn的原料按配比冶炼后，再依次加入Nb、Li，搅拌均匀后即进行浇铸，然后将铸锭通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材，钎料中各化学成分质量百分数为35.0％～40.0％的Cu，42.0％～52.0％的Zn，4.0％～6.0％的Sn，0.001％～0.1％的Li，0.001％～0.1％的Nb，其余为Ag。
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