使用铜钎料的黄铜部件钎焊方法

摘要

钎焊黄铜部件的方法，其中在630－700℃的相对低温下使用磷青铜钎料对该部件进行钎焊时不会使包含在该部件中的锌氧化，通过下列方式进行钎焊：以碳材料例如石墨等作为钎焊炉的炉壁或马弗罩，并使炉内气氛中的惰性氮气或氮气与氢气的混合气体与上述碳材料接触，产生的CO小于Pco＝10－3atm，并使炉内气氛相对于黄铜部件中的锌和/或钎料中的助焊剂为还原性。

说明书

技术领域

本发明涉及使用铜钎料的黄铜部件钎焊方法。更具体地，本发明涉及使用磷青铜钎料钎焊含锌的黄铜部件的方法，其中该钎料的熔点是630-700℃的相对低温。

背景技术

下列专利和非专利文献涉及本发明领域中的背景技术。

专利文献1：日本专利公开平成8-277448“在连续炉内的含锌金属热处理方法”。

非专利文献1：2003年North American Hogans的技术数据表“Cubond CB”。

在专利文献1中，说明了在具有碳材料制炉壁的连续隧道式炉中在氮气气氛下进行钎焊的实例。使用了银型钎料(JIS-Bag-7)和防止锌从黄铜部件中蒸发的方法并讨论了这种方法的效果。

在非专利文献1中，讨论了钎焊用于汽车的换热器和其它工业用途的黄铜部件的钎料。在该文献中特别介绍了磷青铜钎料(其中一种组成实例是Sn：9.4-15.6％，Ni：4.2-7.2％，P：5.3-6.6％，Cu：余量)。这种类型的钎料具有相对低的熔点而且可以在630-700℃的温度下进行钎焊。

上述非专利文献1中讨论了在连续或间歇炉中钎焊黄铜部件时使用受控气氛的必要性。而且推荐使用氮气或含5-8％氢气的氮气作为炉内气氛。此外推荐使用氧含量低于20ppm且露点低于34℃的炉内气氛条件。

用于上述换热器的黄铜部件通常由熔点在820和980℃之间的Cu-Zn型合金制成以便满足需要的机械性能例如拉伸强度和硬度。这种黄铜的一个实例是SM 2385(IS C66420，瑞典Autokump的产品编号)，含锌最高至35％的α相Cu-Zn型合金。

发明内容

由于本发明中待钎焊的部件是如上所述的含锌黄铜，在钎焊期间必须尽可能避免锌的氧化。用于该钎焊的钎料是磷青铜而且钎焊温度是如上文所述的630-670℃的相对低温。换言之，在这样的低温钎焊中避免黄铜部件中的锌的氧化是本发明中将要解决的问题。

然而，不可避免得会将外界空气与待钎焊的部件一起带入炉内，从而妨碍了将炉内气氛保持在中性或相对低的氧气分压。

如上文所述，非专利文献1显示向炉内的惰性气体氮气气氛中加入氢气可保持气氛为还原性并且防止这种现象。然而，在例如本发明中630-760℃的低钎焊温度范围下，少量百分比氢气的添加不能还原锌，因为该气氛的氧化物标准形成自由能(ΔGo)的负值小于锌的该值。换言之，即使向不含CO的氮气气氛中引入高水平的氢气例如爆炸极限附近，没有CO的氢气相对于锌不会为还原性。

本发明中，在钎焊中使用隧道式连续气氛炉，这种炉具有碳材料炉壁或马弗罩(muffle)，并且通过由外界空气引入的氧气和炉壁或马弗罩的碳之间的反应将炉内气氛中氮气或氮气氢气混合气体中的CO含量维持在P_co＝10^-6atm和P_co＝10^-4atm之间。因此在钎焊期间黄铜部件中的锌不会被氧气氧化，从而该部件的钎焊性能不会恶化而且该部件的抗腐蚀性能也不会降低。

上述专利文献1或非专利文献1中都没有提到本发明中的这种新型解决方法。只要不存在爆炸危险或不涉及危险，如果需要可以加入最高达10vol％的氢气。

在本发明中使用的钎料优选为磷青铜且包含磷作为氧气消除剂，以便该钎料中的锡不会在熔化期间由于被氧化从而妨碍钎焊。

通过本发明，使用磷青铜钎料在黄铜部件中获得了良好的钎焊。此外，由于本发明中的钎焊温度相对较低，没有观察到黄铜部件的抗腐蚀性能和力学性能如强度和硬度的降低。

在通过如非专利文献1的磷青铜钎料钎焊汽车换热器和其它工业用途的黄铜核心部件的应用中，可以经济地利用本发明并且具有高的可靠性。特别地，可以令人满意地将本发明分别以实施例1的形式用于铜片和铜管之间的铜钎焊，和以实施例2的形式用于上述管和黄铜总箱(header tank)之间的铜钎焊。

附图说明

图1显示了下面的实施例1和实施例2中所用加热温度的图样。

具体实施方式

                        实施例1

使用内壁由石墨制成的隧道式连续炉。使用氮气作为气氛。

将两块黄铜(ISC66420＝瑞典Autokump产品编号，Cu84.0-86.0％；Zn余量；Fe 0.7-0.9％；P至多0.03％；Mn至多0.05％；Ni至多0.10％；Sn至多0.10％；Al至多0.03％；Ag至多0.10％；Pb至多0.05％)以倒T型放置构成，并通过铜钎料对连接部分进行钎焊。这里使用的铜钎料是Cobrabond SPT 600(North American Hoganas的磷青铜钎料产品名称，且是由Sn 15.6％；Ni 4.2％；P 5.3％；Cu余量组成的磷青铜粉体和有机粘结剂的混合物)

将上述构件送入上文所述的连续气氛炉，按照图1所示的温度曲线进行加热并在650-700℃的温度下钎焊。得到了极好的钎焊而且没有在该部件中观察到锌的氧化。通过包含分压为P_co＝10^-3atm至10^-6atm的浓度的CO，使炉内的氮气气氛维持还原性。氧气的浓度低于6ppm。

                        实施例2

使用与实施例1相同的连续气氛炉。由于在本实施例中一个部件的锌含量更高，向氮气气氛中加入10vol％的氢气。而且使该气氛中的CO部分氢化以便防止有时发生在加热至钎焊温度阶段的黄铜部件中的锌的氧化，并防止下文所述金属钎料的助焊剂自身的氧化。

以倒T型放置并构成的两工件中的一个是上文所述的SM 2385黄铜而另一个是SM 2464＝ISC4400黄铜(Cu 63.0-64.5％；Zn余量；Ni 2.5％；Fe至多0.10％；P至多0.03％；Mn至多0.05％；Sn至多0.10％；Al至多0.03％；Ag至多0.10％；Pb至多0.05％)。

用Cubond CB PH621(North American Hoganas的另一种磷青铜钎料产品名称，糊状，金属钎料Sn 9.4％；Ni 7.2％；P 6.6％；Cu余量，和助焊剂(KBF4)的混合物)涂覆两工件的连接部分。将构件送入炉内并通过与实施例1相同的加热曲线进行钎焊。得到了与实施例1类似的良好钎焊。虽然两工件中的一个具有比实施例1中更多的锌，然而在构件的整个表面上没有观察到氧化膜。也没有观察到有时会发生的助焊剂自身的氧化。