CN106825987A - 一种银基钎焊合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种银基钎焊合金及其制备方法，属于焊料技术领域，该银基钎焊合金按质量百分比计由以下原料制成：Ag49～51％、Zn26～28％、Sn0.7～1.3％、Ni0.3～0.65％、Mn6.5～8.5％、In0.8～1.2％、Ga0.1～0.3％、稀土0.01～0.05％、石墨烯0.01‑0.02％、余量为铜和不可避免杂质。本发明中银基钎焊合金机械强度高、致密性好、电阻率低，接头耐腐蚀性和蠕变强度优秀，经客户使用后反馈钎焊工艺性能优良，钎焊接头质量稳定，具有良好的疲劳性能，能有效提升钎焊接头的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊料技术领域，特别涉及一种银基钎料合金及其制备方法。
背景技术
银钎料是目前应用最广泛的一种硬钎料，它具有优良的工艺性能、适宜的熔点、良好的润湿和填满间隙的能力，且钎料及钎缝的强度、导电性和耐腐蚀性优良，因此广泛用于钎焊低碳钢、不锈钢、高温合金、铜及铜合金和难熔合金。
银钎料是在银铜合金的基础上，加入一些其它合金元素形成的不同系列钎料。近几十年来，银钎料的研究主要集中在4个方面：无镉银钎料的研究、低银无银钎料的研究、合金元素的影响及新型钎料合金系的开发研制和钎焊陶瓷用钎料的研究等。国内外对银钎料的研究，归根到底是分析银钎料合金元素的影响作用，并以此为基础，开发出各种性能优良的钎料，来满足工业生产中各种各样的要求。
发明内容
本发明提供一种银基钎料合金及其制备方法，该银基钎料合金熔点低、强度高，可钎焊铜合金、钢及不锈钢以及钎温较低的调质钢。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种银基钎焊合金，按质量百分比计由以下原料制成：Ag49～51％、Zn26～28％、Sn0.7～1.3％、Ni0.3～0.65％、Mn6.5～8.5％、In0.8～1.2％、Ga0.1～0.3％、稀土0.01～0.05％、石墨烯0.01-0.02％、余量为铜和不可避免杂质。
其中，优选地，一种银基钎焊合金，按质量百分比计由以下原料制成：Ag50％、Zn27％、Sn0.8～1.2％、Ni0.4～0.55％、Mn6.8～7.2％、In0.9～1.1％、Ga0.15～0.25％、稀土0.02～0.04％、石墨烯0.01-0.02％、余量为铜和不可避免杂质。
本发明并提供了银基钎焊合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Ni与一半质量的Cu进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ni；
(2)将P与一半质量的Cu进行预选熔炼，制成中间合金Cu-P；
(3)熔炼前，对Sn进行处理，将大块的Sn制备成细丝状的Sn；加料时先加入Cu-Ni、Cu-P、Ag、Zn、Sn、Ni、Mn、In、Ga和稀土元素，待完全熔化后加入Sn，加料完成后立即加入覆盖剂起到保温作用；
(4)熔炼后，再通过连铸、连挤、成型、清洗得到银基钎焊中间合金；将银基钎焊中间合金100-150目备用；
(5)将石墨烯加入酒精，用超声处理；
(6)将超声处理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨机，150-200r/min,温度150-200℃，研磨10-15min；
(7)将研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；
(8)烘干后的混合物放入磨具，挤压成型；
(9)将成型后的混合粉在250-300℃，烧结3-5h，既得银基钎焊合金。
本发明的钎料以Ag-Cu-Zn为基体，其他各成分及含量通过以下方式确定：
金属铟的熔点为156℃，比金属锡的熔点更低，添加铟可以更为显著降低钎料的固、液相线，与锡相似，铟可以使钎料熔化区间减小，提高钎料流动性。
元素Sn、In作为铜基钎料能最有效的降熔点以及改性，其虽可以降低银基钎料的液相线温度，但同时钎料的固相线温度降低更多，导致钎料的熔化区间更大，钎焊性能进一步变差。通过添加适量的元素Sn或/和In来改善钎料的钎焊性能和加工性能，使钎料既有明显的降成本效果，又具有优异的钎焊性能和加工性能。
Ni元素可以固溶到Cu基体中起到固溶强化的作用，可提高钎料的强度，所以选择添加化学元素Ni，增加钎料的强度、韧性；同时Ni元素还能起到提高钎焊接头的抗腐蚀能力的作用，从而提高了钎料的综合钎焊性能；但Ni的含量不能过高，通过实验，一旦Ni的含量超过0.55％，会使钎料合金的熔化温度升高，且Ni会与P形成Ni3P脆性相，使钎料硬度增加，不利于钎料的进一步加工成型。
Mn具有二次脱氧的作用而提高了钎料抗氧化性能。Mn、P元素的加入可提高无铅钎料的抗氧化性能。
Ga-Zn易形成晶界脆性共晶，大幅度减少Zn含量有利于改善钎料合金的加工性。
稀土：加入微量稀土对钎料组织有调节作用，可细化钎料合金的组织，提升钎料的加工性能，同时降低铸锭中的氧化物含量，提高钎料的润湿性能。
本发明的有益效果：
本发明中银基钎焊合金机械强度高、致密性好、电阻率低，接头耐腐蚀性和蠕变强度优秀，经客户使用后反馈钎焊工艺性能优良，钎焊接头质量稳定，具有良好的疲劳性能，能有效提升钎焊接头的使用寿命；工艺性能指标要求与BCu80AgP铜磷钎料相当，部分指标还高于BCu80AgP铜磷钎料，能够替代BCu80AgP用于电机行业的钎焊。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种银基钎焊合金，按质量百分比计由以下原料制成：Ag50％、Zn27％、Sn1.0％、Ni0.50％、Mn7.0％、In1.0％、Ga0.2％、稀土0.03％、石墨烯0.015％、余量为铜和不可避免杂质。
本实施例的银基钎焊合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Ni与一半质量的Cu进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ni；
(2)将P与一半质量的Cu进行预选熔炼，制成中间合金Cu-P；
(3)熔炼前，对Sn进行处理，将大块的Sn制备成细丝状的Sn；加料时先加入Cu-Ni、Cu-P、Ag、Zn、Sn、Ni、Mn、In、Ga和稀土元素，待完全熔化后加入Sn，加料完成后立即加入覆盖剂起到保温作用；
(4)熔炼后，再通过连铸、连挤、成型、清洗得到银基钎焊中间合金；将银基钎焊中间合金100-150目备用；
(5)将石墨烯加入酒精，用超声处理；
(6)将超声处理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨机，150-200r/min,温度150-200℃，研磨10-15min；
(7)将研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；
(8)烘干后的混合物放入磨具，挤压成型；
(9)将成型后的混合粉在250-300℃，烧结3-5h，既得银基钎焊合金。
本实施例的银基钎焊合金熔化温度：固相线650℃、液相线670℃。润湿力0.55mN，铺展率91.2％，剪切强度140MPa。
实施例2
本实施例提供一种银基钎焊合金，按质量百分比计由以下原料制成：Ag49％、Zn28％、Sn0.7％、Ni0.65％、Mn6.5％、In1.2％、Ga0.1％、稀土0.05％、石墨烯0.01％、余量为铜和不可避免杂质。
本实施例的银基钎焊合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Ni与一半质量的Cu进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ni；
(2)将P与一半质量的Cu进行预选熔炼，制成中间合金Cu-P；
(3)熔炼前，对Sn进行处理，将大块的Sn制备成细丝状的Sn；加料时先加入Cu-Ni、Cu-P、Ag、Zn、Sn、Ni、Mn、In、Ga和稀土元素，待完全熔化后加入Sn，加料完成后立即加入覆盖剂起到保温作用；
(4)熔炼后，再通过连铸、连挤、成型、清洗得到银基钎焊中间合金；将银基钎焊中间合金100-150目备用；
(5)将石墨烯加入酒精，用超声处理；
(6)将超声处理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨机，150-200r/min,温度150-200℃，研磨10-15min；
(7)将研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；
(8)烘干后的混合物放入磨具，挤压成型；
(9)将成型后的混合粉在250-300℃，烧结3-5h，既得银基钎焊合金。
本实施例的银基钎焊合金熔化温度：固相线652℃、液相线676℃。润湿力0.58mN，铺展率92.1％，剪切强度150MPa。
实施例3
本实施例提供一种银基钎焊合金，按质量百分比计由以下原料制成：Ag51％、Zn26％、Sn1.3％、Ni0.3％、Mn8.5％、In0.8％、Ga0.3％、稀土0.01％、石墨烯0.02％、余量为铜和不可避免杂质。
本实施例的银基钎焊合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Ni与一半质量的Cu进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ni；
(2)将P与一半质量的Cu进行预选熔炼，制成中间合金Cu-P；
(3)熔炼前，对Sn进行处理，将大块的Sn制备成细丝状的Sn；加料时先加入Cu-Ni、Cu-P、Ag、Zn、Sn、Ni、Mn、In、Ga和稀土元素，待完全熔化后加入Sn，加料完成后立即加入覆盖剂起到保温作用；
(4)熔炼后，再通过连铸、连挤、成型、清洗得到银基钎焊中间合金；将银基钎焊中间合金100-150目备用；
(5)将石墨烯加入酒精，用超声处理；
(6)将超声处理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨机，150-200r/min,温度150-200℃，研磨10-15min；
(7)将研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；
(8)烘干后的混合物放入磨具，挤压成型；
(9)将成型后的混合粉在250-300℃，烧结3-5h，既得银基钎焊合金。
本实施例的银基钎焊合金熔化温度：固相线648℃、液相线671℃。润湿力0.56mN，铺展率93.2％，剪切强度144MPa。
实施例4
本实施例提供一种银基钎焊合金，按质量百分比计由以下原料制成：Ag50％、Zn27％、Sn0.8％、Ni0.55％、Mn6.8％、In1.1％、Ga0.15％、稀土0.04％、石墨烯0.01％、余量为铜和不可避免杂质。
本实施例的银基钎焊合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Ni与一半质量的Cu进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ni；
(2)将P与一半质量的Cu进行预选熔炼，制成中间合金Cu-P；
(3)熔炼前，对Sn进行处理，将大块的Sn制备成细丝状的Sn；加料时先加入Cu-Ni、Cu-P、Ag、Zn、Sn、Ni、Mn、In、Ga和稀土元素，待完全熔化后加入Sn，加料完成后立即加入覆盖剂起到保温作用；
(4)熔炼后，再通过连铸、连挤、成型、清洗得到银基钎焊中间合金；将银基钎焊中间合金100-150目备用；
(5)将石墨烯加入酒精，用超声处理；
(6)将超声处理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨机，150-200r/min,温度150-200℃，研磨10-15min；
(7)将研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；
(8)烘干后的混合物放入磨具，挤压成型；
(9)将成型后的混合粉在250-300℃，烧结3-5h，既得银基钎焊合金。
本实施例的银基钎焊合金熔化温度：固相线645℃、液相线662℃。润湿力0.60mN，铺展率93.2％，剪切强度156MPa。
实施例5
本实施例提供一种银基钎焊合金，按质量百分比计由以下原料制成：Ag50％、Zn27％、Sn1.2％、Ni0.4％、Mn7.2％、In0.9％、Ga0.25％、稀土0.02～0.04％、石墨烯0.01％、余量为铜和不可避免杂质。
本实施例的银基钎焊合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Ni与一半质量的Cu进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ni；
(2)将P与一半质量的Cu进行预选熔炼，制成中间合金Cu-P；
(3)熔炼前，对Sn进行处理，将大块的Sn制备成细丝状的Sn；加料时先加入Cu-Ni、Cu-P、Ag、Zn、Sn、Ni、Mn、In、Ga和稀土元素，待完全熔化后加入Sn，加料完成后立即加入覆盖剂起到保温作用；
(4)熔炼后，再通过连铸、连挤、成型、清洗得到银基钎焊中间合金；将银基钎焊中间合金100-150目备用；
(5)将石墨烯加入酒精，用超声处理；
(6)将超声处理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨机，150-200r/min,温度150-200℃，研磨10-15min；
(7)将研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；
(8)烘干后的混合物放入磨具，挤压成型；
(9)将成型后的混合粉在250-300℃，烧结3-5h，既得银基钎焊合金。
本实施例的银基钎焊合金熔化温度：固相线646℃、液相线671℃。润湿力0.59mN，铺展率92.3％，剪切强度148MPa。
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 (3)
1.一种银基钎焊合金，其特征在于，按质量百分比计由以下原料制成：Ag49～51％、Zn26～28％、Sn0.7～1.3％、Ni0.3～0.65％、Mn6.5～8.5％、In0.8～1.2％、Ga0.1～0.3％、稀土0.01～0.05％、石墨烯0.01-0.02％、余量为铜和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种银基钎焊合金，其特征在于，按质量百分比计由以下原料制成：Ag50％、Zn27％、Sn0.8～1.2％、Ni0.4～0.55％、Mn6.8～7.2％、In0.9～1.1％、Ga0.15～0.25％、稀土0.02～0.04％、石墨烯0.01-0.02％、余量为铜和不可避免杂质。
3.根据权利要求1或2所述的银基钎焊合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将Ni与一半质量的Cu进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ni；
(2)将P与一半质量的Cu进行预选熔炼，制成中间合金Cu-P；
(3)熔炼前，对Sn进行处理，将大块的Sn制备成细丝状的Sn；加料时先加入Cu-Ni、Cu-P、Ag、Zn、Sn、Ni、Mn、In、Ga和稀土元素，待完全熔化后加入Sn，加料完成后立即加入覆盖剂起到保温作用；
(4)熔炼后，再通过连铸、连挤、成型、清洗得到银基钎焊中间合金；将银基钎焊中间合金100-150目备用；
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