CN102554509B

CN102554509B - 一种钼铜合金与不锈钢的真空钎焊钎料及工艺

Info

Publication number: CN102554509B
Application number: CN 201210043379
Authority: CN
Inventors: 王娟; 李亚江; 郑德双
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: CN102554509A

Abstract

本发明涉及一种钼铜合金与不锈钢的真空钎焊钎料及工艺，将BNi2非晶态合金钎料置于预处理过的钼铜合金和奥氏体不锈钢待焊表面之间，控制接头间隙在40～80μm之间，将组装好的钼铜合金与不锈钢轻轻置于真空钎焊炉内的均温区抽真空钎焊，BNi2非晶态合金钎料的质量百分比组成为：Cr 6.5～7.5％，Si 3.0～5.0％，B 2.7～3.5％，Fe 2.5～3.5％，C≤0.02％，Ni余量。采用本发明的工艺，获得的钼铜合金与不锈钢接头具有杂质少、致密度高、耐高温能力强等优点，可用于仪器仪表元件、电子封装、耐高温器件的制造。

Description

一种钼铜合金与不锈钢的真空钎焊钎料及工艺

技术领域

本发明涉及一种钼铜合金与不锈钢的钎焊工艺，特别涉及一种采用非晶态钎料将钼铜合金和不锈钢进行真空钎焊的方法，属于异种材料焊接技术领域。

背景技术

钼铜合金具有较高的导热系数和较低的热膨胀系数及较好的耐热性能，因此有多方面的用途。其高的导热系数作为大功率电子器件和散热器件有较好的前途；其膨胀系数较低可作为封接材料；其好的耐热性能可作为高温构件等。但钼铜合金与不锈钢焊接时，由于两者之间的热膨胀系数和导热能力相差较大，接头处易产生很大的应力，增加裂纹倾向。并且，钼铜合金对气体杂质较敏感，接头处易产生气孔，焊缝组织粗大(200～500μm)，接头快速冷却时，间隙杂质还会在晶界上形成偏析。因此，气体杂质的污染以及焊缝组织粗化是钼铜合金与奥氏体不锈钢焊接面临的主要问题。

目前，在真空或保护气氛中进行焊接是抑制钼铜合金被气体杂质污染较好的途径。如北京真空电子技术研究所采用钼锰金属化钎焊法对Mo-Cu复合材料与Al₂O₃陶瓷进行封接，获得的接头性能符合大功率微波器件真空制管的使用要求；北京科技大学采用Ag-Cu-Ti钎料对Mo-Cu复合材料与AlN陶瓷进行保护气氛钎焊，钎料与母材具有较好的润湿性；山东大学采用钨极氩弧焊方法对钼铜合金与奥氏体不锈钢进行焊接。这些方法可抑制外来气体杂质的污染，获得纯度较高的焊缝组织。但为了获得高致密度的焊接接头，利用非晶态合金钎料熔化温度范围极窄、熔化时间极短、具有良好的瞬间流动性的特点，对钼铜合金与不锈钢进行真空钎焊，可获得致密的高强度接头。专利号为2010105280034的中国专利公开了一种用Cu-Mn-Co系钎料进行钼铜合金与不锈钢的真空钎焊工艺，与非晶态合金钎料相比，Cu-Mn-Co系钎料熔化温度范围较宽，需要的保温时间较长，不利于提高焊接生产效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种钼铜合金与不锈钢的真空钎焊钎料及工艺，该种工艺采用非晶态合金钎料将钼铜合金与奥氏体不锈钢进行真空钎焊连接，不仅避免了其他钎焊工艺中涉及的钼铜合金预镀镍的处理过程，又无需添加钎剂。因此，该钎焊工艺具有操作灵活简单、成本低、便于推广应用等特点，尤其适用于钼铜合金与奥氏体不锈钢的焊接，也可用于钼铜合金与其他低合金钢、耐热钢的焊接。

一种钼铜合金与不锈钢的真空钎焊钎料，其质量百分比组成为：Cr 6.5～7.5％，Si 3.0～5.0％，B 2.7～3.5％，Fe 2.5～3.5％，C≤0.02％，Ni余量。

一种钼铜合金与不锈钢的真空钎焊工艺，包括以下步骤：

(1)将钼铜合金与不锈钢进行表面处理，除去氧化膜和异物；

(2)将厚度为50～80μm的箔片状BNi2非晶态合金钎料置于预处理过的钼铜合金和奥氏体不锈钢待焊表面之间，然后进行装配，控制接头间隙在40～80μm之间，BNi2非晶态合金钎料的质量百分比组成为：Cr 6.5～7.5％，Si 3.0～5.0％，B 2.7～3.5％，Fe 2.5～3.5％，C≤0.02％，Ni余量；

(3)将组装好的钼铜合金与不锈钢轻轻置于真空钎焊炉内的均温区抽真空钎焊。

上述步骤(1)中所述的将钼铜合金与不锈钢进行表面处理步骤为：先将钼铜合金和不锈钢表面采用800#的SiC砂纸磨光，去除表面的氧化膜；然后将钼铜合金与不锈钢件分别放在丙酮中超声清洗20～30min，热风烘干。

上述步骤(3)中所述的抽真空钎焊为将组装好的钼铜合金与不锈钢轻轻置于真空钎焊炉内的均温区，关上真空钎焊炉抽真空，至真空度达到1.33×10^-4～1.33×10^-3Pa时进行加热，然后优选按下列步骤钎焊：

1)使真空炉线性升温，用50min使炉温匀速升到850℃；

2)进行第一阶段保温20min，使工件母材及钎料的放气过程能够充分进行，便于以后高温阶段钎焊炉可维持较高的真空度；

3)第一阶段保温结束后进行快速升温，在20min内将炉温从850℃匀速升到1030℃；

4)当炉温达到1030℃后进行第二阶段保温15min，以便避免过大的热惯性，保证控温精度；

5)当第二阶段保温结束后，在15min内将炉温从1030℃匀速升至1090℃±10℃；

6)当炉温达到1090℃±10℃时，进行第三阶段保温10min，以便保证钎料扩散充分，并兼顾加热区温度的差别；

7)在第三阶段保温结束后，真空钎焊炉停止加热，随炉自然冷却；

8)待真空室温度冷却至100℃以下时，取出焊件。

本发明采用BNi2非晶态合金钎料直接快速熔化并润湿实现钼铜合金与不锈钢的真空钎焊。其钎焊工作原理在于：利用快速凝固技术制备(快速凝固制备方法是现有成熟技术)的BNi2非晶态合金钎料，具有很大的过冷度和固液界面推进速度，扩大了固溶极限，抑制平衡相的形成，使钎料化学成分均匀，偏析显著减少，而且由于BNi2非晶态合金钎料的熔化温度范围极窄(970℃～1000℃)，熔化时间极短，因而具有良好的瞬间流动性，能充分发挥毛细吸附功能，从而可获得致密的钼铜合金与不锈钢高强度接头。此外，Ni元素既能溶解于Cu，又能溶解于Mo，并且能增加固态钼在液态铜中的溶解度，因此在钎焊过程中能较好地改善液相铜和Mo之间的润湿性，增加钼铜合金与不锈钢钎焊界面的结合。

与熔焊方法相比，采用本发明的钎焊工艺，不仅可以降低冷却速度，减少脆性金属间化合物的生成倾向；而且焊接是在真空中进行，可以降低气体杂质的污染，提高焊缝的纯净度；同时，采用化学成分均匀的BNi2非晶态合金钎料，可提高钎焊界面的致密度。获得钼铜合金与不锈钢连接件的剪切强度达200～230MPa。

与Cu-Mn-Co系钎料相比，采用本发明的钎焊工艺，可以降低高温保持时间，有利于提高焊接效率，并且获得的接头强度也较高。

本发明采用的真空钎焊温度曲线设置三个保温平台，其作用分别为：一是使工件母材及钎料的放气过程能够充分进行，便于高温阶段钎焊炉可维持较高的真空度；二是使钎焊炉中温度分布均匀，以保证精确控制温度；三是促进钎料的充分熔化与扩散，提高接头强度。

采用本发明的工艺，获得的钼铜合金与不锈钢接头具有杂质少、致密度高、耐高温能力强等优点，可用于仪器仪表元件、电子封装、耐高温器件的制造。

附图说明

图1为本发明钼铜合金与不锈钢的真空钎焊工艺温度曲线图；

①升温至850℃；②保温20min；③升温至1030℃；④保温15min；⑤升温至1090℃±10℃；⑥保温10min；⑦随炉冷却。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明。

实施例1：

钼铜合金板与1Cr8Ni9Ti奥氏体不锈钢对接接头的真空钎焊，钼铜合金组成为Mo60％-Cu40％(质量分数)，尺寸为30mm×8mm，厚度为2.5mm；奥氏体不锈钢为1Cr8Ni9Ti不锈钢，尺寸为30mm×10mm，厚度为3.0mm。

第一步，钼铜合金与1Cr8Ni9Ti不锈钢的表面处理：

先将钼铜合金和1Cr8Ni9Ti不锈钢表面采用800#的SiC砂纸磨光，去除表面的氧化膜；

然后放入丙酮中，超声清洗30min，取出烘干待用。

第二步，钼铜合金与1Cr8Ni9Ti不锈钢的组装：

将厚度为50μm的箔片状BNi2非晶态合金钎料(化学成分为：Cr 6.5％，Si 5.0％，B 2.7％，Fe 3.5％，C≤0.02％，Ni余量，以质量百分比计)置于预处理过的钼铜合金和1Cr8Ni9Ti不锈钢待焊表面之间，然后进行装配，控制接头间隙40～60μm。

第三步，将组装好的钼铜合金与不锈钢放入真空钎焊炉进行钎焊。炉体采用钨棒进行加热，工作真空度为1.33×10^-5Pa，均温区尺寸为305mm×305mm×457mm，采用数字程序控制炉内加热、保温及降温过程。

将装配件轻轻置于真空钎焊炉内的均温区，关上真空钎焊炉抽真空，至真空度达到1.33×10^-3Pa时进行加热。按照设定的钎焊过程温度曲线进行钎焊，其过程如下：

1)使真空炉线性升温，用50min使炉温匀速升到850℃；

5)当第二阶段保温结束后，在15min内将炉温从1030℃匀速升至1100℃；

6)当炉温达到1100℃时，进行第三阶段保温10min，以便保证钎料扩散充分，并兼顾加热区温度的差别；

8)待真空室温度冷却至100℃以下时，取出焊件。

获得的钼铜合金与1Cr8Ni9Ti不锈钢对接钎焊接头焊缝成形美观，钎料对钼铜合金与1Cr8Ni9Ti不锈钢表面润湿性良好。经过金相显微镜观察没有发现微观裂纹、夹杂等缺陷，钎焊区界面结合良好，接头剪切强度达210MPa。

实施例2

钼铜合金板与不锈钢板搭接接头的真空钎焊，钼铜合金组成为Mo50％-Cu50％(质量分数)，尺寸为30mm×8mm，厚度为2.5mm；奥氏体不锈钢为1Cr8Ni9Ti不锈钢，尺寸为30mm×10mm，厚度为3.0mm。

第一步，钼铜合金与不锈钢的表面处理：

然后放入丙酮中超声清洗25min，热风烘干。

第二步，钼铜合金与不锈钢的组装：

将厚度为70μm的箔片状BNi2非晶态合金钎料(化学成分为：Cr 7.5％，Si 3.0％，B 3.5％，Fe 2.5％，C≤0.02％，Ni余量，以质量百分比计)置于预处理过的钼铜合金和1Cr8Ni9Ti不锈钢待焊表面之间，然后进行装配，控制接头间隙40～60μm。

1)使真空炉线性升温，用50min使炉温匀速升到850℃；

5)当第二阶段保温结束后，在15min内将炉温从1030℃匀速升至1090℃；

6)当炉温达到1090℃时，进行第三阶段保温10min，以便保证钎料扩散充分，并兼顾加热区温度的差别；

8)待真空室温度冷却至100℃以下时，取出焊件。

获得的钼铜合金与1Cr8Ni9Ti不锈钢对接钎焊接头焊缝成形美观，钎料对钼铜合金与1Cr8Ni9Ti不锈钢表面润湿性良好。经过金相显微镜观察没有发现微观裂纹、夹杂等缺陷，钎焊区界面结合良好，接头剪切强度达230MPa。

实施例3

步骤同实施例1，不同的是BNi2非晶态合金钎料的质量百分比组成为：Cr 6.8％，Si 3.8％，B 2.9％，Fe 3.1％，C≤0.02％，Ni余量。

获得的钼铜合金与1Cr8Ni9Ti不锈钢对接钎焊接头焊缝成形美观，钎料对钼铜合金与1Cr8Ni9Ti不锈钢表面润湿性良好。经过金相显微镜观察没有发现微观裂纹、夹杂等缺陷，钎焊区界面结合良好，接头剪切强度达225MPa。

Claims

1.一种钼铜合金与不锈钢的真空钎焊工艺，其特征是，包括以下步骤：

（1）将钼铜合金与不锈钢进行表面处理，除去氧化膜和异物；

（2）将厚度为50～80μm的箔片状BNi2非晶态合金钎料置于预处理过的钼铜合金和奥氏体不锈钢待焊表面之间，然后进行装配，控制接头间隙在40～80μm之间，BNi2非晶态合金钎料的质量百分比组成为：Cr6.5～7.5%，Si3.0～5.0%，B2.7～3.5%，Fe2.5～3.5%，C≤0.02%，Ni余量；

（3）将组装好的钼铜合金与不锈钢轻轻置于真空钎焊炉内的均温区抽真空钎焊；所述的抽真空钎焊为将组装好的钼铜合金与不锈钢轻轻置于真空钎焊炉内的均温区，关上真空钎焊炉抽真空，至真空度达到1.33×10^-4～1.33×10^-3Pa时进行加热，然后按下列步骤钎焊：

1)使真空炉线性升温，用50min使炉温匀速升到850℃；

8)待真空室温度冷却至100℃以下时，取出焊件。

2.根据权利要求1所述的一种钼铜合金与不锈钢的真空钎焊工艺，其特征是，步骤（1）中所述的将钼铜合金与不锈钢进行表面处理步骤为：先将钼铜合金和不锈钢表面采用800#的SiC砂纸磨光，去除表面的氧化膜；然后将钼铜合金与不锈钢件分别放在丙酮中超声清洗20～30min，热风烘干。