一种TU1无氧铜真空钎焊钎料及其应用

摘要

本发明涉及真空钎焊技术领域，尤其是一种TU1无氧铜真空钎焊钎料及其应用，为Au‑Cu‑Ni钎料，其中元素成分比例分别为Au 69％‑90％、Cu 9％‑30％和Ni 1‑5％。所述钎料的熔化温度为900～910℃。本发明的TU1无氧铜真空钎焊钎料可用于X射线管阳极钎焊，实现有效的真空钎焊。

说明书

技术领域

本发明涉及真空钎焊技术领域，具体领域为一种TU1无氧铜真空钎焊钎料。

背景技术

X射线管是X射线智能检测设备中的核心部件。在生产制备X射线管的过程中，TU1无氧铜棒阳极经常需要引入无氧铜支撑，用于固定接收阴极所发射粒子的钨(W)靶面，从而得到X射线。

目前，真空钎焊技术常常用于X射线管的研发中，也是TU1无氧铜焊接的可靠方法。选用现有的焊料，在真空钎焊的过程中经常由于焊料本身存在的一些缺陷而容易使焊接接头处产生气孔、裂纹以及烧蚀等问题，这会影响焊接效果以及X射线管的耐用性。同时，由于X射线管对于管内清洁度和高真空度的要求，那些容易产生较高蒸气压的钎料也不是好的选择。

因此，寻找一种适用于真空钎焊TU1无氧铜的钎料成为了X射线管阳极钎焊中亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TU1无氧铜真空钎焊钎料及其应用，以解决现有技术中的焊料不能满足TU1无氧铜高要求的真空钎焊的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种TU1无氧铜真空钎焊钎料，为Au-Cu-Ni钎料，其中元素成分比例分别为Au69％-90％、Cu 9％-30％和Ni 1-5％。

进一步的，元素成分比例分别为Au 74％-81％、Cu 15％-22％和Ni3.5-4.5％。

进一步的，元素成分比例分别为Au 77％-80％、Cu 16％-19％和Ni 3.8-4.1％。

进一步的，元素成分比例分别为Au 78.25％、Cu 17.78％和Ni3.97％。

其中，所述钎料的熔化温度为900～910℃。

本发明上述的TU1无氧铜真空钎焊钎料可用于X射线管阳极钎焊。

本发明经大量实验研究认为：

具体Au基钎料的选择以及其元素比例的调配对于真空钎焊的效果有着较大的影响。由于其具体元素比例成分的获得具有一定的难度，因此，本发明首先研究了Au和Cu元素混合所组成的钎料来钎焊无氧铜，具体钎焊效果如表1所示。

表1不同元素组成比例的钎焊效果及缺陷类型

从表1实验结果中可以看出，过高的Au元素比例会引起焊接接头处过烧蚀，而较低的Au元素比例会使得钎料的润湿效果不佳，导致疏松、气孔的产生，当Au元素比例低于50％，甚至会使得无氧铜的钎焊过程中产生多种综合焊接缺陷。根据对无氧铜焊接接头处的对比观察发现，80％Au/20％Cu组成的焊料具有相对较优的钎焊效果。

然而，经过进一步实验研究发现，由于焊料元素组成中有大量的Au，而纯Au质地较软，这会使得钎焊时焊接接头的强度偏低，稳定性不高，因此本发明进一步选择了在钎料中混入具有较高强度的Ni元素。

经过实验发现，过量的Ni元素比例会破坏Au、Cu元素的整体配比，影响钎焊效果，最终确定Ni元素的比例应该尽可能的低于5％。本发明实验将混合后的钎焊焊料真空炉中钎焊无氧铜，选择实验结果最好的样进行SEM和EDS能谱测试，测得最优参数配比(元素成分比例分别为Au78.25％、Cu17.78％和Ni3.97％)。

在真空钎焊的过程中，钎焊参数的选择对于钎焊效果起着决定性的作用。对于高精度的真空电子管，如果钎焊时真空度过高，极易产生蒸气压并造成无氧铜表面氧化，使得真空管的寿命大打折扣。根据设备抽真空的阈值，钎焊时腔室内的真空度低于10

经过上述大量实验研究，得出以下结论：

(1)本发明的Au基钎料对于无氧铜有较好的润湿性以及铺展性。

(2)本发明的Au基钎料可用于要求焊接接头抗蚀性好、强度高且耐高温高压的真空钎焊工艺中；此外，本发明的Au基钎料在真空环境中钎焊基材时产生的蒸气压低，这使得真空部件能够获得较优的清洁度，从而在高压的持续作用下更加可靠稳定，不易被高压电弧击穿。

(3)本发明用于焊接无氧铜棒和无氧铜钨靶面(如图1-3所示)支撑的钎料组成为Au、Cu和Ni元素，其元素比例分别为78.25％(Au)、17.78％(Cu)和3.97％(Ni)。

(4)本发明的Au-Cu-Ni钎料中元素Ni的比例为3.97％，加入此比例的Ni可提升焊接接头(如图1-3所示)的连接强度，同时也能够促进钎焊过程中钎料与母材在高温作用下的充分反应，提高润湿性能，从而达到综合性能优异的钎焊效果。

(5)本发明钎料的熔化温度为900～910℃，低于Au熔点(1064.43℃)和Cu熔点(1083.4℃)，从理论和实际上均说明本发明的Au-Cu-Ni基焊料真空钎焊TU1无氧铜具有较高的可靠性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的TU1无氧铜真空钎焊钎料适用于X射线管阳极钎焊，可以实现有效的真空钎焊，具有优异的钎焊效果。

附图说明

图1为焊接接头处的示意图；其中，1-焊接接头，2-钨靶面；

图2为焊接接头处的宏观表面形貌照片；

图3为焊接接头处的宏观表面形貌局部放大照片；

图4为本发明钎料的EDS能谱；

图5为焊接接头处微观形貌的平面扫描区域照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种TU1无氧铜真空钎焊钎料，为Au-Cu-Ni钎料，元素成分比例分别为Au69％-90％、Cu9％-30％和Ni1-5％。

实施例2

一种TU1无氧铜真空钎焊钎料，为Au-Cu-Ni钎料，元素成分比例分别为Au74％、Cu22％和Ni4％。

实施例3

一种TU1无氧铜真空钎焊钎料，为Au-Cu-Ni钎料，元素成分比例分别为Au 81％、Cu15％和Ni 4％。

实施例4

一种TU1无氧铜真空钎焊钎料，为Au-Cu-Ni钎料，元素成分比例分别为Au78％、Cu18％和Ni 4％。

实施例5

一种TU1无氧铜真空钎焊钎料，为Au-Cu-Ni钎料，元素成分比例分别为Au77％、Cu19％和Ni 4％。

实施例6

一种TU1无氧铜真空钎焊钎料，为Au-Cu-Ni钎料，元素成分比例分别为Au 78.2％、Cu 18％和Ni 3.8％。

实施例7

一种TU1无氧铜真空钎焊钎料，为Au-Cu-Ni钎料，元素成分比例分别为Au79％、Cu16.9％和Ni 4.1％。

实施例8

一种TU1无氧铜真空钎焊钎料，为Au-Cu-Ni钎料，元素成分比例分别为Au 77.5％、Cu 18.6％和Ni 3.9％。

将实施例2-8的钎料与现有技术中的钎料对比发现：

1.采用常用的Ag基钎料(如纯银、AgCu28、AgCu50)，相较于本发明的Au基钎料，Ag基钎料润湿性要低于本发明的Au基钎料，可靠性要略微逊色，在电真空行业中，任何一点焊接气孔等缺陷的产生都是致命的。因此，本实施例的抗蚀性更强，蒸气压更低且拥有更好流动性、润湿性的Au基钎料要更优。

2.常用的Cu基钎料(如铜锗CuGe12、CuGe10-11，铜锗镍CuGeNi12-0.25)，虽然Cu基钎料价格要便宜，但是润湿性要远差于Au基钎料，在真空环境中产生的蒸气压也相比Au基钎料高，且在焊接无氧铜的过程中，过量的Cu元素比例会影响无氧铜的焊接效果。

3.Au80％Cu20％，此种钎料为前期预实验所得，也具备一定的焊接无氧铜的效果，但由于未加入Ni元素，其润湿性和流动性要稍低于Au、Cu、Ni三种元素组成的钎料，且强度上要低一些，不利于焊接接口在长期X-Ray环境中的稳定性。

4.Au75％Cu15％Ni10％，当使用的钎料Ni元素比例过高，会影响到此前得到的Au、Cu元素最佳比例，并且过高的Ni元素对钎料的润湿性起到一定的负面作用。

实施例9

一种TU1无氧铜真空钎焊钎料，为Au-Cu-Ni钎料，其中元素成分比例分别为Au78.25％、Cu 17.78％和Ni 3.97％。该钎料的熔化温度为900～910℃。

该钎料的EDS能谱和平面扫描区域分别如图4-5所示，通过EDS能谱检测平面区域内的焊料元素组成成分，可验证此种焊料的具体元素组成和不同元素的比例；平面扫描区域为焊接接头处微观形貌的区域扫描照片，可检测该区域内元素的成分组成。

通过以上结果可以看出，其与实际研发过程中所设计验证的估算比例(80％左右Au/20％左右Cu+一定比例的Ni元素)是一致的，证明此种焊料对于钎焊无氧铜是有效的、真实可靠的。而且，与实施例2-8相比，加入3.97％比例的Ni可使得焊接接头的连接强度达到最优。

而且经实验发现，Au-Ni钎料的连接强度为124-168MPa，与上表数据对比可知，本发明钎料的连接强度亦高于Au-Ni钎料。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。