黃銅焊料的製作方法
2023-04-26 11:25:56
本發明屬於焊接材料技術領域，具體涉及一種黃銅焊料。
背景技術：
在五金工具行業中使用的材料主要有硬質合金和金剛石以及鐵質機體，這些材料的工件在焊接時多採用黃銅類釺料。由於黃銅的熔點較高，因此不利於工件的焊接。由於銀的加入能夠有效的降低黃銅焊料的熔點並且有效的提高黃銅焊料的釺焊流動性，因此現有技術中，大多數黃銅基體的釺料中多數均含有銀。銀的加入可以降低黃銅釺料的熔點，其中銀黃銅釺料中最常用的含銀量為2％、5％、10％、15％、20％、30％、35％、40％、45％、50％等，但由於銀為一種貴金屬，其價格較高，因此在黃銅釺料中加入銀提高了釺料的成本。
長期以來，傳統的黃銅釺料都是以Cu為基體，首先通過添加合金元素Zn來形成α-Cu固溶體，其Zn的添加範圍一般為38％～42％；其次，通過添加微量合金元素Sn、Mn、Ni、Si來改善釺料的釺焊工藝性能和力學性能。在Cu-Zn合金中添加Sn可降低釺料合金的熔化溫度，提高潤溼性；添加Mn、Fe和Ni可改善釺料在硬質合金上的潤溼性；添加Si來防止在釺焊過程中Zn的蒸發。另外，根據美國焊接學會的規定，也有在以上釺料合金中加入微量P(如：RBCuZn-D)來提高釺料的潤溼性。
現有的黃銅釺料雖然在某些工業領域得到應用，但在一些重要的場合要使用黃銅釺料來釺焊鋼，它還存在許多不足。研究表明，在Cu-Zn合金中加微量的Si和P，在釺焊過程中會在鋼/釺料界面形成Fe-Si和Fe-P金屬間化合物，甚至在界面處形成微裂紋，和用銀基釺料釺焊時的接頭存在較大差異(界面為α-Cu固溶體)。由於Fe-Si和Fe-P金屬間化合物的固有脆性和微裂紋的產生，將會降低釺焊接頭服役過程的可靠性(如：氣密性、導電性及力學性能)。其次，現有的黃銅釺料由於熔點較高，在釺焊類似鋼/銅接頭時，銅退火嚴重，引起晶粒過度長大，導致強度指標降低。
技術實現要素：
本發明提出一種黃銅焊料，該黃銅焊料不但能夠降低傳統黃銅釺料熔點，而且解決了由於添加Si帶來的微裂紋問題。
本發明的技術方案是這樣實現的：
一種黃銅焊料，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：
銅52～58％、錫0.5～1.1％、鉍0.3～1.2％、矽0.05～0.15％、錳0.03～0.09％、與鍺0.02～0.06％，餘量為鋅。
較優選地，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：
銅53～56％、錫0.7～1％、鉍0.4～1％、矽0.06～0.10％、錳0.04～0.08％、與鍺0.03～0.05％，餘量為鋅。
進一步，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：
銅55％、錫0.9％、鉍0.8％、矽0.09％、錳0.07％、與鍺0.04％，餘量為鋅。
進一步，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：
銅52％、錫1％、鉍1.2％、矽0.15％、錳0.08％、與鍺0.06％，餘量為鋅。
進一步，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：
銅58％、錫0.5％、鉍0.3％、矽0.05％、錳0.03％、與鍺0.02％，餘量為鋅。
上述釺料合金可通過常規的釺料合金熔煉方法獲得，並可按常規的釺料加工方法加工成不同規格的絲材、帶材。
本發明的有益效果：
1、和現有的黃銅釺料比較，由於熔化溫度較低，可取代銀釺料用於鋼/銅接頭的釺焊，可採用火焰釺焊，爐中焊，感應焊。
2、本發明中在添加Si，矽元素是一種比較容易形成合金的非金屬物質，能夠有效的提高焊料釺焊的流動性。但是，在釺焊過程中會在鋼/釺料界面形成Fe-Si金屬間化合物，甚至在界面處形成微裂紋，和用銀基釺料釺焊時的接頭存在較大差異。通過添加鉍與鍺，除了可以降低熔點，還意外的發現其能夠細化晶粒，使得在釺焊過程中的界面處無任何裂紋。
Cu和Zn：為保證釺料合金組織為α-Cu固溶體；釺料有良好的加工性能，根據Cu-Zn二元相圖，Cu和Zn的比例應限定在Cu∶Zn在52～58％∶48％-42％範圍內。
在Cu-Zn合金中添加Sn，可降低釺料合金的熔化溫度，增加潤溼性。但Sn在Cu和Zn中的固溶度非常小，因此加入的Sn會和Cu形成金屬間化合物，使釺料變脆，優選為0.5～1.1％。
錳可以降低銅的熔點，且效果顯著，且錳與銅可以形成無限固熔體，因而不會損害銅合金的冷熱加工性能。錳在固態黃銅中有較大的溶解度。
Bi可降低釺料合金的熔化溫度，改善潤溼性，同時改善釺料的力學性能。
Ge為活性元素(活性低於Si)，可防止Zn的蒸發，和Fe不會形成金屬間化合物，同時考慮本發明的黃銅釺料釺焊溫度有所降低，因此優選為Ge0.02～0.06％。
具體實施方式
實施例1
一種黃銅焊料，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：
銅55％、錫0.9％、鉍0.8％、矽0.09％、錳0.07％、與鍺0.04％，餘量為鋅。
製備方法：
1)按以上配方配製各材料共計5000克；
2)把Si放入感應爐中加熱到1500℃以上並使其熔化；
3)然後降溫至1100℃加入Cu；
4)加入Zn並充分攪拌，同時迅速降低熔化金屬溫度到960℃；
5)待熔化金屬均勻後加入Bi與Ge並充分攪拌；
6)加入Sn和Mn並攪拌均勻，然後澆鑄；
7)按常規的釺料加工方法擠壓、拉絲製得該釺料合金。
實施例2
一種黃銅焊料，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：
銅58％、錫0.5％、鉍0.3％、矽0.05％、錳0.03％、與鍺0.02％，餘量為鋅。
本實施例中的黃銅焊料的製備方法同實施例1中所述的方法一致，區別僅在於黃銅焊料各成分的重量百分數按照本實施例中比例稱取。
實施例3
一種黃銅焊料，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：
銅52％、錫1％、鉍1.2％、矽0.15％、錳0.08％、與鍺0.06％，餘量為鋅。
本實施例中的黃銅焊料的製備方法同實施例1中所述的方法一致，區別僅在於黃銅焊料各成分的重量百分數按照本實施例中比例稱取。
實施例4
一種黃銅焊料，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：
銅53％、錫1.1％、鉍1.2％、矽0.15％、錳0.09％、與鍺0.05％，餘量為鋅。
本實施例中的黃銅焊料的製備方法同實施例1中所述的方法一致，區別僅在於黃銅焊料各成分的重量百分數按照本實施例中比例稱取。
隨機選取上述實施例中得到的黃銅焊料，對其液相線溫度、固相線溫度、界面組織和界面狀態的性能進行測試，具體測試結果見以下表1。
表1實施例1-4黃銅焊料性能檢測結果
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。