CN106624443A - 黄铜钎料合金 - Google Patents

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曹立兵
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/302—Cu as the principal constituent

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Abstract

本发明提出了一种黄铜钎料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：铜50～55％、锡0.2～0.4％、铋2～5％、钛0.1～1％与锗0.02～0.06％，余量为锌。该黄铜钎料合金中不含银和镉，但是能够降低传统黄铜钎料熔点，具有活性高与成本低的优点。

Description

黄铜钎料合金
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种黄铜钎料合金。
背景技术
在五金工具行业中使用的材料主要有硬质合金和金刚石以及铁质机体，这些材料的工件在焊接时多采用黄铜类钎料。由于黄铜的熔点较高，因此不利于工件的焊接。由于银的加入能够有效的降低黄铜焊料的熔点并且有效的提高黄铜焊料的钎焊流动性，因此现有技术中，大多数黄铜基体的钎料中多数均含有银。银的加入可以降低黄铜钎料的熔点，其中银黄铜钎料中最常用的含银量为2％、5％、10％、15％、20％、30％、35％、40％、45％、50％等，但由于银为一种贵金属，其价格较高，因此在黄铜钎料中加入银提高了钎料的成本。
长期以来，传统的黄铜钎料都是以Cu为基体，首先通过添加合金元素Zn来形成α-Cu固溶体，其Zn的添加范围一般为38％～42％；其次，通过添加微量合金元素Sn、Mn、Ni、Si来改善钎料的钎焊工艺性能和力学性能。在Cu-Zn合金中添加Sn可降低钎料合金的熔化温度，提高润湿性；添加Mn、Fe和Ni可改善钎料在硬质合金上的润湿性；添加Si来防止在钎焊过程中Zn的蒸发。另外，根据美国焊接学会的规定，也有在以上钎料合金中加入微量P(如：RBCuZn-D)来提高钎料的润湿性。
现有的黄铜钎料虽然在某些工业领域得到应用，但在一些重要的场合要使用黄铜钎料来钎焊钢，它还存在许多不足。研究表明，在Cu-Zn合金中加微量的Si和P，在钎焊过程中会在钢/钎料界面形成Fe-Si和Fe-P金属间化合物，甚至在界面处形成微裂纹，和用银基钎料钎焊时的接头存在较大差异(界面为α-Cu固溶体)。由于Fe-Si和Fe-P金属间化合物的固有脆性和微裂纹的产生，将会降低钎焊接头服役过程的可靠性(如：气密性、导电性及力学性能)。其次，现有的黄铜钎料由于熔点较高，在钎焊类似钢/铜接头时，铜退火严重，引起晶粒过度长大，导致强度指标降低。
发明内容
本发明提出一种黄铜钎料合金，该黄铜钎料合金中不含银和镉，但是能够降低传统黄铜钎料熔点，具有活性高与成本低的优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种黄铜钎料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜50～55％、锡0.2～0.4％、铋2～5％、钛0.1～1％与锗0.02～0.06％，余量为锌。
较优选地，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜52～54％、锡0.2～0.4％、铋2～4％、钛0.3～0.8％与锗0.03～0.06％，余量为锌。
进一步，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：铜53％、锡0.3％、铋3％、钛0.5％与锗0.05％，余量为锌。
进一步，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜50％、锡0.4％、铋5％、钛1％与锗0.06％，余量为锌。
进一步，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜55％、锡0.2％、铋2％、钛0.1％与锗0.02％，余量为锌。
上述钎料合金可通过常规的钎料合金熔炼方法获得，并可按常规的钎料加工方法加工成不同规格的丝材、带材。
本发明的有益效果：
1、和现有的黄铜钎料比较，由于熔化温度较低，可取代银钎料用于钢/铜接头的钎焊。
2、本发明不采用贵金属银，而是通过金属铋、锗与钛来替代，降低了成本。
Cu和Zn：为保证钎料合金组织为α-Cu固溶体；钎料有良好的加工性能，根据Cu-Zn二元相图，Cu和Zn的比例应限定在Cu∶Zn在50-55％∶50％-45％范围内。
在Cu-Zn合金中添加Sn，可降低钎料合金的熔化温度，增加润湿性。但Sn在Cu和Zn中的固溶度非常小，因此加入的Sn会和Cu形成金属间化合物，使钎料变脆，优选为0.2～0.4％。
Bi可降低钎料合金的熔化温度，改善润湿性，同时改善钎料的力学性能。
Ti和Ge为活性元素(活性低于Si)，可防止Zn的蒸发，和Fe不会形成金属间化合物，同时考虑本发明的黄铜钎料钎焊温度有所降低，因此优选为Ti0.1～1％，Ge 0.02～0.06％。
具体实施方式
实施例1
一种黄铜钎料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜53％、锡0.3％、铋3％、钛0.5％与锗0.05％，余量为锌。
制备方法：
1)按以上配方配制各材料共计5000克；
2)把Cu放入感应炉中加热到1100℃以上并使其熔化；
3)加入Zn并充分搅拌，同时迅速降低熔化金属温度到920℃；
4)待熔化金属均匀后加入Bi并充分搅拌；
5)加入Sn、Ti和Ge并搅拌均匀，然后浇铸；
6)按常规的钎料加工方法挤压、拉丝制得该钎料合金。
实施例2
一种黄铜钎料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜50％、锡0.4％、铋5％、钛1％与锗0.06％，余量为锌。
本实施例中的黄铜钎料合金的制备方法同实施例1中所述的方法一致，区别仅在于黄铜钎料合金各成分的重量百分数按照本实施例中比例称取。
实施例3
一种黄铜钎料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜55％、锡0.2％、铋2％、钛0.1％与锗0.02％，余量为锌。
本实施例中的黄铜钎料合金的制备方法同实施例1中所述的方法一致，区别仅在于黄铜钎料合金各成分的重量百分数按照本实施例中比例称取。
实施例4
一种黄铜钎料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜54％、锡0.26％、铋3.2％、钛0.7％与锗0.05％，余量为锌。
本实施例中的黄铜钎料合金的制备方法同实施例1中所述的方法一致，区别仅在于黄铜钎料合金各成分的重量百分数按照本实施例中比例称取。
随机选取上述实施例中得到的黄铜钎料合金，对其液相线温度、固相线温度、界面组织和界面状态的性能进行测试，具体测试结果见以下表1。
表1实施例1-4黄铜钎料合金性能检测结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种黄铜钎料合金，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜50～55％、锡0.2～0.4％、铋2～5％、钛0.1～1％与锗0.02～0.06％，余量为锌。
2.根据权利要求1所述的黄铜钎料合金，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜52～54％、锡0.2～0.4％、铋2～4％、钛0.3～0.8％与锗0.03～0.06％，余量为锌。
3.根据权利要求2所述的黄铜钎料合金，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：铜53％、锡0.3％、铋3％、钛0.5％与锗0.05％，余量为锌。
4.根据权利要求1所述的黄铜钎料合金，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜50％、锡0.4％、铋5％、钛1％与锗0.06％，余量为锌。
5.根据权利要求1所述的黄铜钎料合金，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铜55％、锡0.2％、铋2％、钛0.1％与锗0.02％，余量为锌。
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