CN1765564A - 含镓和铈的无镉银钎料 - Google Patents
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Abstract
一种含镓和铈的无镉银钎料，属于焊接材料。该无镉银钎料按质量百分数的化学组成成分为：17.0％～21.0％的铜(Cu)，16.0％～20.0％的锌(Zn)，3.0％～6.0％的锡(Sn)，2.0％～5.0％的镓(Ga)，0.001％～0.10％的铈(Ce)，其余为银(Ag)。其固相线温度在605℃～615℃，液相线温度在635℃～645℃。采用常规的中频冶炼炉冶炼、浇铸，然后通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材。该钎料完全没有有害元素镉(Cd)，消除了对环境的污染。可替代BAg50CuZnCd、BAg50CuZnCdNi等含镉的钎料，与FB102(QJ102)钎剂配合，钎焊紫铜—黄铜、黄铜—碳钢、不锈钢—镍基合金等材料组合时，对母材的润湿性、铺展性与之相当，钎缝力学性能达到σb＝180～350MPa，τ＝160～300MPa范围。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种含镓和铈的无镉银钎料，特别是涉及一种具有良好的钎焊性能、合适的固-液相线、可替代BAg50CuZnCd、BAg50CuZnCdNi、BAg45CuZn等钎料、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，该种无镉银钎料具有与传统的含镉银钎料(BAg50CuZnCd、BAg50CuZnCdNi)相当的综合性能，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。
二、背景技术
目前使用的银钎料BAg50CuZnCd、BAg50CuZnCdNi，其化学成分中分别含有17.0％-19.0％、15.0％-17.0％的镉(Cd)。由于欧盟“WEEE”和“ROHS”两个指令的颁布，并于2006年7月1日起实施，含镉的材料将不允许在许多家电生产中使用，必须研究开发出不含镉的替代产品。本项发明“一种含镓和铈的无镉银钎料”，即是在这种技术背景下完成的。
三、发明内容
本项发明的任务是提供一种能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的、钎焊性能优良、可替代BAg50CuZnCd、BAg50CuZnCdNi、BAg45CuZn等钎料的银钎料。
本项发明主要解决了下述两个关键技术问题：1)研制开发出无镉的、可替代BAg50CuZnCd、BAg50CuZnCdNi的银钎料，通过优化“含镓和铈的无镉银钎料”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)好的无镉银钎料；2)在无镉银钎料中加入适量的锡(Sn)、镓(Ga)以降低主成分合金(Ag-Cu-Zn合金)的熔点，同时改善无镉银钎料在紫铜、黄铜、碳钢、不锈钢以及镍基合金上的润湿性，同时加入稀土元素铈(Ce)以细化新发明的无镉银钎料的晶粒，提高无镉银钎料的塑性和综合力学性能。
解决上述问题的技术方案是，1)、使用市售的白银、电解铜、锌锭、锡锭、金属镓、金属铈，按需要配比，采用常规的中频冶炼炉冶炼、浇铸，然后通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材；2)、根据生产需要，可将锡锭、金属镓、金属铈分别预先冶炼成合金，然后加入银-铜-锌合金中冶炼、浇铸，再通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材。
本发明的技术特点是，新发明的“含镓和铈的无镉银钎料”，化学成分(质量百分数)为17.0％～21.0％的铜(Cu)，16.0％～20.0％的锌(Zn)，3.0％～6.0％的锡(Sn)，2.0％～5.0％的镓(Ga)，0.001％～0.10％的铈(Ce)，其余为银(Ag)。固相线温度在605℃～615℃范围、液相线温度在635℃～645℃范围；配合FB102(QJ102)钎剂，钎焊材料为下列组合：紫铜-黄铜、黄铜-碳钢、不锈钢-镍基合金，σb＝180～350MPa范围，τ＝160～300MPa范围。
采用常规的中频冶炼炉冶炼、浇铸，然后通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材；新发明的含镓和铈的无镉银钎料以BAg50CuZnCd为参照物，配合FB102/QJ102钎剂，钎焊紫铜-黄铜、黄铜-碳钢、不锈钢-镍基合金等材料组合时，对母材的润湿性、铺展性与之相当，钎缝力学性能与之相当(σb＝180～350MPa范围，τ＝160～300MPa范围)。新发明的含镓和铈的无镉银钎料完全没有有害元素镉，有效地保护了操作者的身体安全，消除了对环境的污染。钎料的性能指标(如固-液相线温度、钎缝力学性能)与BAg50CuZnCd、BAg50CuZnCdNi钎料相当，新发明的钎料已作为BAg50CuZnCd、BAg50CuZnCdNi钎料的替代品正在制冷部件生产行业推广应用。
四、说明附图-无
五、具体实施方式
根据本发明的“含镓和铈的无镉银钎料”的质量配方比，叙述本发明的具体实施方式。
具体实施方式一：
按质量百分数配比，其成分为：19.0％铜(Cu)，17.0％锌(Zn)，5.0％锡(Sn)，3.0％镓(Ga)，0.10％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在610℃左右、液相线温度在635℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝300±15MPa，τ＝230±10MPa)。
具体实施方式二：
按质量百分数配比，其成分为：19.0％铜(Cu)，17.0％锌(Zn)，3.0％锡(Sn)，5.0％镓(Ga)，0.10％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在605℃左右、液相线温度在635℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝335±15MPa，τ＝290±10MPa)。
具体实施方式三：
按质量百分数配比，其成分为：19.0％铜(Cu)，17.0％锌(Zn)，3.0％锡(Sn)，5.0％镓(Ga)，0.001％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在605℃左右、液相线温度在635℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝300±15MPa，τ＝200±10MPa)。
具体实施方式四：
按质量百分数配比，其成分为：19.0％铜(Cu)，17.0％锌(Zn)，5.0％锡(Sn)，3.0％镓(Ga)，0.02％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在615℃左右、液相线温度在640℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝320±15MPa，τ＝240±10MPa)。
具体实施方式五：
按质量百分数配比，其成分为：21.0％铜(Cu)，16.0％锌(Zn)，6.0％锡(Sn)，2.0％镓(Ga)，0.08％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在615℃左右、液相线温度在640℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝305±15MPa，τ＝270±10MPa)。
具体实施方式六：
按质量百分数配比，其成分为：21.0％铜(Cu)，16.0％锌(Zn)，4.5％锡(Sn)，2.8％镓(Ga)，0.03％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在610℃左右、液相线温度在645℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝315±15MPa，τ＝270±10MPa)。
具体实施方式七：
按质量百分数配比，其成分为：20.0％铜(Cu)，20.0％锌(Zn)，4.5％锡(Sn)，3.7％镓(Ga)，0.003％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在608℃左右、液相线温度在635℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝295±15MPa，τ＝240±10MPa)。
具体实施方式八：
按质量百分数配比，其成分为：20.0％铜(Cu)，20.0％锌(Zn)，4.5％锡(Sn)，3.7％镓(Ga)，0.008％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在608℃左右、液相线温度在635℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝295±15MPa，τ＝240±10MPa)。
具体实施方式九：
按质量百分数配比，其成分为：17.5％铜(Cu)，18.0％锌(Zn)，5.2％锡(Sn)，3.2％镓(Ga)，0.025％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在610℃左右、液相线温度在640℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝285±15MPa，τ＝220±10MPa)。
具体实施方式十：
按质量百分数配比，其成分为：19.5％铜(Cu)，17.6％锌(Zn)，4.8％锡(Sn)，3.2％镓(Ga)，0.052％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在610℃左右、液相线温度在640℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝305±15MPa，τ＝230±10MPa)。
具体实施方式十一：
按质量百分数配比，其成分为：17.5％铜(Cu)，18.0％锌(Zn)，5.2％锡(Sn)，3.2％镓(Ga)，0.025％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在610℃左右、液相线温度在640℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝310±15MPa，τ＝240±10MPa)。
具体实施方式十二：
按质量百分数配比，其成分为：19.5％铜(Cu)，18.0％锌(Zn)，4.2％锡(Sn)，2.8％镓(Ga)，0.015％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在610℃左右、液相线温度在640℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝315±15MPa，τ＝260±10MPa)。
具体实施方式十三：
按质量百分数配比，其成分为：20.5％铜(Cu)，17.3％锌(Zn)，4.8％锡(Sn)，3.6％镓(Ga)，0.085％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在610℃左右、液相线温度在640℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝330±15MPa，τ＝280±10MPa)。
具体实施方式十四：
按质量百分数配比，其成分为：19.5％铜(Cu)，16.5％锌(Zn)，4.8％锡(Sn)，3.6％镓(Ga)，0.085％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在610℃左右、液相线温度在640℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝305±15MPa，τ＝210±10MPa)。
具体实施方式十五：
按质量百分数配比，其成分为：20.5％铜(Cu)，17.3％锌(Zn)，4.5％锡(Sn)，2.3％镓(Ga)，0.045％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在615℃左右、液相线温度在645℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝345±15MPa，τ＝240±10MPa)。
具体实施方式十六：
按质量百分数配比，其成分为：20.5％铜(Cu)，17.3％锌(Zn)，3.6％锡(Sn)，2.2％镓(Ga)，0.005％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
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具体实施方式十七：
按质量百分数配比，其成分为：17.0％铜(Cu)，17.0％锌(Zn)，5.0％锡(Sn)，3.0％镓(Ga)，0.02％铈(Ce)，其余为银(Ag)。
上述成分配比得到的“含镓和铈的无镉银钎料”固相线温度在610℃左右、液相线温度在640℃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＝180±15MPa，τ＝160±10MPa)、黄铜-碳钢(σb＝260±15MPa，τ＝200±10MPa)、不锈钢-镍基合金(σb＝325±15MPa，τ＝260±10MPa)。
本发明的另一技术特点是，由于新发明的“含镓和铈的无镉银钎料”对钎焊母材紫铜、黄铜、碳钢、不锈钢、镍基合金分别都具有良好的润湿性能，因此上述具体实施方式一至具体实施方式十七中的任何一种含镓和铈的无镉银钎料，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(母材)时，对所钎焊的组合材料(母材)均具有良好的润湿性，且钎焊接头具有良好的综合力学性能。
Claims (1)
1.一种含镓和铈的无镉银钎料，其特征在于，按质量百分数的化学成分为：17.0％～21.0％的铜(Cu)，16.0％～20.0％的锌(Zn)，3.0％～6.0％的锡(Sn)，2.0％～5.0％的镓(Ga)，0.001％～0.10％的铈(Ce)，其余为银(Ag)。
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