一种不锈钢与紫铜钎焊用铜基钎料的制备方法及铜基钎料

摘要

本发明提供了一种不锈钢与紫铜钎焊用铜基钎料的制备方法及铜基钎料，所述铜基钎料为Cu‑Sn‑Zn钎料，其中Sn的质量百分比为10‑15％；是将Cu‑Sn‑Zn合金铸锭进行热挤压加工成线坯或带坯后，经拉丝或轧制得到。采用该方法能够制备得到具有较低液相线温度的丝状或带状铜基钎料，可适应不锈钢与紫铜异种金属钎焊温度要求；同时，保证钎料的润湿性，可以全部填满焊缝，提高了异种金属间钎焊的性能。

说明书

技术领域

本发明属于钎焊材料领域，尤其涉及一种不锈钢与紫铜钎焊用铜基钎料的制备方法及铜基钎料。

背景技术

目前，紫铜与不锈钢的焊接方式主要是钎焊，涉及的钎料主要有银基钎料、镍基钎料。银基钎料加工性能良好，可加工成丝、片、环、膏等，钎焊温度为700-900℃，相对较低，焊接接头可靠，是最常用的焊料，但由于白银属于贵金属，且近年来价格大幅上涨，为降本增效，促进可持续发展，不锈钢与紫铜异种金属连接用钎料势必会朝着无银环保的方向发展；镍基钎料脆性大、加工性能差，不能加工成丝、片等，只能通过雾化的方式加工成粉，进一步加工成焊膏，而紫铜与不锈钢钎焊最常用的焊料是丝状或片状，因而限制了其应用。

近年来一些行业进行了用无银铜基钎料进行了不锈钢与紫铜钎焊的一些尝试，采用铜基钎料国家标准GB/T6418中BCu94Sn(P)和BCu88Sn(P)两个牌号，该两个牌号是借鉴德国的产品，在铜中加锡以降低铜的熔点，加锡量的多少决定了钎料的熔点和性能。加锡少，熔点高，成型性能好；加锡高，熔点降低，但加工性能变差。在BCu94Sn(P)钎料含锡量较低，容易加工成丝或片，但液相线温度达到1030℃，钎焊温度仍相当高，在钎焊过程中，母材铜的晶粒容易长大，降低铜的强度。BCu88Sn(P)液相线温度较低，约为990℃，但因锡含量的增加，导致加工性能变差，只能用雾化的方法加工成焊粉或用非晶态方法制备薄片，不能加工焊丝及焊环，限制了该钎料使用范围，并且成本高。

因此，开发一种熔点较低、成型性能好、适应不锈钢与紫铜钎焊的铜基钎料尤为迫切。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供了一种不锈钢与紫铜钎焊用铜基钎料的制备方法及铜基钎料。采用本发明所述钎料组成和方法能制备得到具有较低液相线温度的丝状或带状铜基钎料，可适应不锈钢与紫铜异种金属钎焊温度要求；同时保证钎料的润湿性，钎焊时可以全部填满焊缝，提高了异种金属间钎焊的性能。

本发明具体方案如下

本发明提供了一种不锈钢与紫铜钎焊用铜基钎料的制备方法，所述铜基钎料为Cu-Sn-Zn钎料，其中Sn的质量百分比为10-15％；是将Cu-Sn-Zn合金铸锭进行热挤压加工成线坯或带坯后，经拉丝或轧制得到。

本发明所述制备方法相较于非晶态方法，不仅简单、易于控制，而且对环境无污染，得到的钎料质量稳定，适合大规模工业生产。

优选地，所述铜基钎料为丝状铜基钎料或带状铜基钎料。

本发明所述方法直接得到的铜基钎料为丝状或带状，在此基础上，可以进一步利用制环机加工成环状，或经冲床加工成片状。

优选地，所述铜基钎料按质量百分比计包括如下组分：Sn 10-12％、Zn 4-6％，余量为Cu。

优选地，所述铜基钎料按质量百分比计包括如下组分：Sn 12％、Zn 5％，余量为Cu。

本发明所述Cu-Sn-Zn钎料通过各个元素的比例调控，能够将焊料的液相线温度控制在995℃以下，以适应不锈钢与紫铜异种金属钎焊温度的要求，避免因钎焊温度过高对母材紫铜造成的损伤，同时能够改善铜基钎料的加工性能。

优选地，热挤压加工成线坯时，Cu-Sn-Zn合金铸锭预热温度为650-700℃，出线速度为2-2.5m/min；热挤压加工成带坯时，Cu-Sn-Zn合金铸锭预热温度为650-700℃，出带坯速度为1.0-1.2m/min。

优选地，拉丝时，每道次45-65％加工率。

优选地，轧制时，每道次45-65％加工率。

本发明中每道次加工率，是按截面积计算得到。

优选地，在拉丝或轧制时，每道次后进行真空退火处理，所述退火温度为600-650℃。

优选地，所述Cu-Sn-Zn合金铸锭是以紫铜板、锡锭、锌锭为原料经熔炼、浇铸得到。

本发明还提供了一种不锈钢与紫铜钎焊用铜基钎料，所述铜基钎料采用上述任一项方法制备得到。

与现有技术相比，本发明有益效果为：

本发明通过钎料组成以及制备工艺相配合得到了一种铜基钎料，在控制所述铜基钎料具有较低的液相线温度，以适应不锈钢与紫铜异种金属钎焊温度的要求的同时，克服了现有BCu88Sn(P)只能采用雾化的方法加工成焊粉或用非晶态方法制备薄片，无法得到焊丝及焊环的技术缺陷，提供了一种丝状/带状的铜基钎料，扩大了该钎料的使用范围，改善了焊接接头性能，提高了焊接接头强度。

附图说明

图1为实施例1得到的丝状铜基钎料的DSC曲线。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。

以下实施例和对比例中Cu-Sn-Zn合金铸锭均采用如下方法制备：按质量百分比称取紫铜板、锡锭、锌锭，按熔点由低到高的顺序置于中频感应炉中，真空度为1×10

以下对铜基钎料液相线温度测试时，以NETZSCH Proteus ThermalAnalysis系统分析其DSC曲线得到。

以下润湿性是指铜基钎料在不锈钢上的润湿性，是采用SJ/T11390-2009《无铅焊料试验方法》测试得到。

实施例1

一种不锈钢与紫铜钎焊用铜基钎料，所述铜基钎料为Cu-Sn-Zn钎料，按质量百分比计包括如下组分：Sn 12％、Zn 5％，余量为Cu；是将Cu-Sn-Zn合金铸锭进行热挤压加工成线坯后，经拉丝得到的丝状铜基钎料。具体制备方法如下：

(1)热挤压：将Cu-Sn-Zn合金铸锭采用电阻炉加热至650℃，在300吨挤压机挤压成Φ6mm线坯，出线速度为2m/min；

(2)拉丝：每道次按Φ6mm-Φ3.6mm-Φ2.4-Φ1.5mm利用拉丝机逐步减径，将线坯加工成丝状，每道次拉丝后在620℃真空退火，即得丝状铜基钎料。

对该实施例得到的丝状铜基钎料的进行检测：

(1)用NETZSCH Proteus ThermalAnalysis系统分析其DSC曲线如图1所示，该曲线峰值温度即对应其液相线温度为982.2℃；

(2)该丝状铜基钎料在不锈钢上的润湿性能为91％，能够满足不锈钢与紫铜异种金属钎焊的要求。

实施例2

一种不锈钢与紫铜钎焊用铜基钎料，所述铜基钎料为Cu-Sn-Zn钎料，按质量百分比计包括如下组分：Sn 12％、Zn 5％，余量为Cu；是将Cu-Sn-Zn合金铸锭进行热挤压成带坯后，经轧制得到的带状铜基钎料。具体制备方法如下：

(1)热挤压：将Cu-Sn-Zn合金铸锭采用电阻炉加热至700℃，在300吨挤压机挤压成80mm×2mm的带坯，出带坯速度为1.2m/min；

(2)轧制：每道次2.0mm-Φ1.2mm-Φ0.8-Φ0.5mm利用四辊机逐步轧制加工减薄，将带坯加工成带卷，每道次轧制后在620℃真空退火，得到带状铜基钎料。

在得到的带状铜基钎料基础上，进一步利用冲床加工得到片状的铜基钎料。

对该实施例得到的片状铜基钎料的进行检测：

(1)测得到其液相线温度为985℃；

(2)该片状铜基钎料在不锈钢上的润湿性能为90％，能够满足不锈钢与紫铜的钎焊要求。

实施例3

一种不锈钢与紫铜钎焊用铜基钎料，所述铜基钎料为Cu-Sn-Zn钎料，按质量百分比计包括如下组分：Sn 10％、Zn 6％，余量为Cu；是将Cu-Sn-Zn合金铸锭进行热挤压加工成线坯后，经拉丝得到的丝状铜基钎料。具体制备方法如下：

(1)热挤压处理：将Cu-Sn-Zn合金铸锭采用电阻炉加热至680℃，在300吨挤压机挤压成Φ6mm线坯，出线速度为2.5m/min；

(2)拉丝：每道次按Φ6mm-Φ3.6mm-Φ2.4-1.5mm利用拉丝机逐步减径，将线坯加工成丝状，每道次拉丝后在620℃温度下真空退火，即得丝状铜基钎料。

对该实施例得到的丝状铜基钎料的进行检测：

(1)测得其液相线温度为995℃；

(2)该丝状铜基钎料在不锈钢上的润湿性能为86％，能够满足不锈钢与紫铜的钎焊要求。

对比例1

一种不锈钢与紫铜钎焊用铜基钎料，所述铜基钎料的牌号为BCu88Sn(P)。采用实施例1相同方法加工，因合金铸锭屈服强度高，挤压困难，且在拉丝过程中焊丝容易脆断，无法批量生产丝状铜基钎料。

因此，该对比例针对该钎料通过雾化的方式加工成焊粉，进一步调制成焊膏。

对该对比例得到的焊膏进行检测：

(1)测得到其液相线温度为996℃；

(2)该焊膏在不锈钢上的润湿性能为85％。

采用实施例1-3、对比例1所述铜基钎料钎焊连接不锈钢和紫铜，得到焊接接头，对得到的焊接接头按GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》测试强度，结果如下表1所示：

表1、不锈钢与紫铜焊接接头强度

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。