一種Cu—P基非晶釺料及其製備方法
2023-06-10 06:35:11 2
專利名稱：：一種Cu—P基非晶釺料及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種Cu—P基非晶釺料及其製備方法，具體涉及一種釺焊銅及銅合金的含鋯Cu-P-Sn-Ni-Si非晶釺料及其製備方法，屬於非晶釺料和銅及銅合金釺焊
技術領域：
。
背景技術：
：銀基釺料的熔點適中，工藝性好，並具有良好的強度、韌性、導電性、導熱性和抗腐蝕性，在現代工業各領域，如電子、家電、航天航空、能源、汽車製造等獲得廣泛應用。隨著科技的發展和社會的進步，對銀基釺料的需求量也日益增長，我國每年僅用於製作銀基釺料方面銀的消耗量達千噸以上。但銀是貴金屬.屬於國控物資，我國每年均需進口大量白銀。另外，大多數銀基釺料都含有毒元素鎘。為了降低成本，避免汙染環境，開發節銀、代銀釺料一直是國內外釺焊領域的研究前沿和熱點，具有較大的經濟效益和社會效益。Cu-P基釺料以其低的熔點，良好的釺焊工藝性能，特有的自釺作用(對紫銅釺焊)以及低廉的價格等優點，是一種最有希望的代Ag釺料。但Cu—P基釺料由於含有脆性化合物CU3P，導致合金在室溫下呈脆性，接頭強度和韌性比銀基釺料差很多，釺料加工困難，用傳統方法很難製成箔帶，這就導致了Cu-P基釺料應用的局限性。採用快速凝固技術製備Cu-P基非晶釺料，可以解決釺料製備成型，並提高釺料的性能。從非晶形成能力考慮，二元Cu—P系形成非晶的能力很差，加入Ni後的三元系，非晶形成能力大大增強，而再加入Sn的四元系，非晶形成能力又得到進一步增強。從Cu-P基釺料的釺焊性考慮，磷能明顯降低釺料熔點，改善流動性，對紫銅具有自釺能力。但隨含磷量的增加，釺料的塑性韌性則降低，在常溫下加工性變差；釺料中加入鎳，則提高熔點，但能改善對Fe、Co、Ni基合金的潤溼性，提高接頭強度和耐蝕性。釺料中加入錫，可降低熔點，改善潤溼性。但使接頭的強度降低。為了獲得Cu-P基非晶釺料並改善其釺焊性，必須對Cu-P基合金成分進行優化設計，兼顧合金的非晶形成能力和釺焊性，在上述基礎上，再添加一定的微量元素，進一步提高Cu-P基非晶釺料的性能，從而使Cu-P基非晶釺料真正進入實用化階段，並獲得廣泛應用，這是Cu-P基非晶釺料製備和銅及銅合金釺焊
技術領域：
急待解決的技術問題。
發明內容本發明的目的是為了解決Cu-P基釺料的室溫脆性和可成型性問題。提供一種熔點低，容易加工，釺焊性能優良的非晶釺料，以擴大此類代銀釺料的應用。它通過添加微量合金元素並優化Cu-P基合金成分，採用快速凝固技術製取非晶態釺料，用於釺焊銅及銅合金，保證良好的釺焊工藝性和接頭力學性能。為了實現上述目的，本發明的一種CU—P基非晶釺料，其特徵在於該釺料的組分及含量(按質量百分比)為P為7.0-8.0%，Ni為14.0M，Sn為5.0M，Zr為0.02-0.06%,Si為0.2呢;其餘為Cu，各組分質量之和為100%。其中，上述的銅、錫和鎳的純度均為99.9%以上，鋯的純度為99.99%，均為工業級；上述的矽、磷為銅矽、銅磷中間合金，其中，銅矽中間合金中矽的質量分數為12-18°/。，銅磷中間合金中磷的質量分數為10_15°/。，均為工業級。製備一種Cu—P非晶釺料的方法，包括下述步驟1、配方將鋯、銅、錫、鎳和銅矽、銅磷中間合金原材料粉碎，配比；2、裝料將上述配料置於電弧爐中，電弧爐的5個銅坩堝，其中一個坩堝中放入一塊純Ti試樣，其餘四個坩堝可同時放入四種同配方或不同配方的配料；3、抽真空先將爐內抽真空至10—2Pa,充氬氣洗爐3-4次後，再抽真空至10—2Pa，充氬氣至-O.06MPa;4、去氧將放入坩堝中的一塊純Ti試樣熔煉3-4次，以去除氣氛中殘留的氧；5、熔煉為了使鑄態合金均勻，將銅坩堝內的配料在電磁攪拌作用下反覆熔煉3-4次，並使用反倒拔棍翻轉配料，即獲得熔煉後的試樣；6、稱重對試樣進行稱重，若發現試樣的失重在0.1%以內，則可認為合金實際成分與名義成分基本一致，即為製備的非晶釺料的母合金；7、將母合金粉碎，裝入石英玻璃管內；8、開啟爐門，將石英玻璃管夾裝在甩帶機的感應加熱圈中，並將石英玻璃管噴嘴至銅輥表面間距調整為0.8-lmm，以保證噴射在銅輥上的液體是平板流，而形成穩定流狀態；9、關閉爐門，先採用機械泵抽真空至5.6X10—'Pa，然後用分子泵抽高真空至7.5X10—4Pa;10、打開充氣閥，向爐內充入市購的99.99%高純Ar氣至-0.05MPa;11、、開啟電機，設定銅輥轉速為38-41m/s;開啟高頻電源，將石英玻璃管內的母合金高頻感應加熱至完全均勻熔融，其熔噴溫度為1173-1273K;12、將前述氬氣壓力調至50kPa，打開石英玻璃管的充氣閥，氬氣充入石英玻璃管內，將過熱熔體從噴嘴吹出，連續噴射到高速旋轉的冷卻銅輥表面，液態金屬由於受到急冷而成箔帶狀，從而得到非晶釺料。上述步驟2中所述的電弧爐為WS-2型高真空Ar氣氛保護非自耗電弧爐；上述步驟7中所述的甩帶機為HVDS-II高真空單輥甩帶機；上所述的所述的步驟7、步驟8、步驟ll、步驟12中所述的石英玻璃管的端部開有一長方形小孔，也稱噴嘴，其長度為6-8mm;寬度為0.5-lmm。本發明的一種Cu—P基非晶釺料及製備方法，其有益效果主要體現在1、採用快速凝固技術製備Cu—P基箔帶釺料，其非晶態箔帶厚度為0.08土0.002mm，表面光潔，兩側平整，具有較好的韌性。解決了常規熱加工手段無法將Cu—P基釺料加工成箔帶的難題；2、採用急冷工藝製備的非晶態釺料和同成分的常規釺料相比釺料熔化溫度更低，其熔化溫度範圍為590-635°C，釺焊溫度650-685°C。該釺料適用於銅及銅合金的釺焊，適用的釺焊工藝方法有火焰釺焊、爐中釺焊、氣保護釺焊及鹽浴釺焊等。熔化區間更窄，在紫銅上的潤溼性和接頭剪切強度均高於常規釺料，如表l所示；3、釺料中加入的微量Zr，可以起到孕育劑的作用。它能夠細化晶粒，改變組織，提高錫在銅中溶解度，從而改善鑄態釺料及釺縫的組織，進一步提高釺焊接頭性能。表1Cu-7.6P-7Sn-14Ni-0.2Si-0.04Zr非晶和常規釺料性能對比tableseeoriginaldocumentpage6具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明的一種Cu—P基非晶釺料及製備方法作進一步的說明。實施例h一、組分配方釺料的組分和含量按質量百分比為P:7.6%，Ni:14.0%，Sn:5.0%，Zr:0.04%,Si:0.2%,其餘為Cu，各組分質量百分比之和為100%。二、製備方法-1、配方將鋯、銅、錫、鎳和銅矽、銅磷中間合金原材料粉碎，配比；2、裝料將上述配料置於電弧爐中，電弧爐的5個銅坩堝，其中一個柑堝中放入一塊純Ti試樣，其餘四個坩堝可同時放入四種同配方或不同配方的配料；3、抽真空先將爐內抽真空至10—2Pa，充氬氣洗爐3-4次後，再抽真空至10—2Pa,充氬氣至-O.06MPa;4、去氧將放入坩堝中的一塊純Ti試樣熔煉3-4次，以去除氣氛中殘留的氧；5、熔煉為了使鑄態合金均勻，將銅坩堝內的配料在電磁攪拌作用下反覆熔煉3-4次，並使用反倒拔棍翻轉配料，即獲得熔煉後的試樣;6、稱重對試樣進行稱重，若發現試樣的失重在O.1%以內，則可認為合金實際成分與名義成分基本一致，即為製備的非晶釺料的母合金；7、將母合金粉碎，裝入石英玻璃管內；然後將石英玻璃管夾裝在甩帶機的感應加熱圈中，並將其噴嘴至甩帶機的銅輥表面間距調整為O.8-lmm，以保證噴射在銅輥上的液體是平板流，而形成穩定流狀態；8、關閉爐門，採用機械泵抽真空至5.6X10—'Pa，分子泵抽高真空至7.5X10—4Pa，然後打開充氣閥，向爐內充入市購的99.99%高純Ar氣至-O.05MPa;9、開啟電機，設定銅輥轉速為38-41m/s;開啟高頻電源，將石英玻璃管內的母合金高頻感應加熱至完全均勻熔融，其熔噴溫度為1173-1273K;10、將前述氬氣壓力調至50kPa，打開石英玻璃管的充氣閥，氬氣充入石英玻璃管內，將過熱熔體從噴嘴吹出，連續噴射到高速旋轉的冷卻銅輥表面，液態金屬由於受到急冷而成箔帶狀，從而得到非晶釺料。該製備獲得的非晶釺料的熔化溫度範圍為595-629"C，火焰釺焊紫銅的接頭剪切強度為105MPa。實施例2:一、組分配方釺料的組分和含量按質量百分比為P:7.0%，Ni:14%，Sn:5.0%,Zr:0.06%，Si:0.2%，其餘為Cu，各組分質量百分比之和為100%。二、製備方法與實施例l製備方法相同。該製備獲得的非晶釺料的熔化溫度範圍為593-635°C，火焰釺焊紫銅的接頭剪切強度為102MPa。實施例3:一、組分配方釺料的組分和含量按質量百分比為P:8.0%，Ni:14%，Sn:5.0%，Zr:0.02%，Si:0.2%，其餘為Cu，各組分質量百分比之和為100%。二、製備方法與實施例l製備方法相同。該製備獲得的非晶釺料的熔化溫度範圍為590-634°C，火焰釺焊紫銅的接頭剪切強度為92MPa。權利要求1.一種Cu—P基非晶釺料，其特徵在於該釺料的組分及含量(按質量百分比)為P為7.0-8.0％，Ni為14.0％，Sn為5.0％，Zr為0.02-0.06％，Si為0.2％；其餘為Cu，各組分質量百分比之和為100％。2、根據權利要求l所述的一種Cu—P基非晶釺料，其特徵在於所述的Cu、Sn和Ni的純度均為99.9%以上，Zr的純度為99.99%。3、根據權利要求l所述的一種Cu—P基非晶釺料，其特徵在於所述的Si、P為Cu-Si、Cu—P中間合金，其中，Cu-Si中間合金中Si的質量分數為12-18%，Cu—P中間合金中P的質量分數為10-15。/0。4、製備權利要求l所述的一種Cu—P非晶釺料的方法，包括下述步驟步驟l.配方將鋯、銅、錫、鎳和銅矽、銅磷中間合金原材料粉碎，配比；步驟2.裝料將上述配料置於電弧爐中，電弧爐的5個銅坩堝，其中一個銅坩堝中放入一塊純Ti試樣，其餘四個銅坩堝放入四種同配方或不同配方的配料；步驟3.抽真空先將爐內抽真空至10—2Pa，充氬氣洗爐3-4次後，再抽真空至l(T2Pa，充氬氣至-0.06MPa;步驟4.去氧將放入銅坩堝中的一塊純Ti試樣熔煉3-4次，以去除氣氛中殘留的氧；步驟5.熔煉為了使鑄態合金均勻，將銅坩堝內的配料在電磁攪拌作用下反覆熔煉3-4次，並使用反倒拔棍翻轉配料，即獲得熔煉後的試樣；步驟6.稱重對試樣進行稱重，若發現試樣的失重在O.1%以內，則可認為合金實際成分與名義成分基本一致，即為製備的非晶釺料的母合金；步驟7.將母合金粉碎，裝入甩帶機的石英玻璃管內；步驟8.開啟爐門，將石英玻璃管夾裝在甩帶機的感應加熱圈中，並將石英玻璃管的噴嘴至銅輥表面間距調整為O.8-lmm;步驟9.關閉爐門，先採用機械泵抽真空至5.6X10—卞a，然後用分子泵抽高真空至7.5X10，a;步驟IO.打開充氣閥，向爐內充入市購的99.99X高純Ar氣至-0.05MPa;步驟ll.開啟電機，設定銅輥轉速為38-41m/s;開啟高頻電源，將石英玻璃管內的母合金高頻感應加熱至完全均勻熔融，其熔噴溫度為1173-1273K;步驟12.將前述氬氣壓力調至50kPa，打開石英玻璃管的充氣閥，氬氣充入石英玻璃管內，將過熱熔體從石英玻璃管的噴嘴吹出，連續噴射到高速旋轉的冷卻銅輥表面，液態金屬由於受到急冷而成箔帶狀，從而得到非晶釺料。5、根據權利要求4所述的製備權利要求1所述的一種Cu—P非晶釺料的方法，其特徵在於所述的步驟2中所述的電弧爐為沐S-2型高真空Ar氣氛保護非自耗電弧爐。6、根據權利要求4所述的製備權利要求1所述的一種Cu—P非晶釺料的方法，其特徵在於所述的步驟7中所述的甩帶機為HVDS-II高真空單輥甩帶機。7、根據權利要求4所述的製備權利要求l所述的一種Cu—P非晶釺料的方法，其特徵在於所述的步驟7、步驟8、步驟ll、步驟12中所述的石英玻璃管的端部開有的一長方形小孔，也稱噴嘴，其長度為6-8mm;寬度為0.5-lmm。全文摘要本發明屬於非晶釺料和銅及銅合金釺焊
技術領域：
，涉及一種Cu—P基非晶釺料及其製備方法。本發明按質量百分比其組分及含量為P為7.0-8.0％，Ni為14.0％，Sn為5.0％，Zr為0.02-0.06％，Si為0.2％；其餘為Cu。本發明的製備採用快速凝固技術，所製得的釺料表面光潔，兩側平整，具有好的韌性。該釺料的熔化溫度範圍為590～635℃，釺焊溫度650～685℃。該釺料適用於銅及銅合金的釺焊，適用的釺焊工藝方法有火焰釺焊、爐中釺焊、氣保護釺焊及鹽浴釺焊等。採用該釺料火焰釺焊紫銅，釺料潤溼性明顯好於常規熔煉技術製備的同成分釺料，釺焊接頭剪切強度大於92MPa。所以，應用前景好。文檔編號C22C1/03GK101367159SQ20081015656公開日2009年2月18日申請日期2008年10月6日優先權日2008年10月6日發明者呂思聰,超王,趙其章,鄒家生申請人:江蘇科技大學