CN113843546A - 一种CuPSnAgNi-Re超银钎料、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种CuPSnAgNi‑Re超银钎料按照重量百分比包括以下物质：0.1％至5.0％银；1.0％至3.50％镍；9.5％至9.95％锡；0.05％至1.0％Re；余量铜磷合金；本发明还公开了CuPSnAgNi‑Re超银钎料的制备方法以及将CuPSnAgNi‑Re超银钎料应用于大型电机的中温钎焊；本发明有效降低银含量，同时保证钎料性能。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，特别是涉及一种CuPSnAgNi-Re超银钎料、制备方法及应用。
背景技术
银钎料作为一类重要的硬钎料，可用于钎焊除铝合金、镁合金等轻合金之外所有的金属材料，在家电、航空航天、硬质合金等行业广为应用。然而，银钎料中银含量高，一般质量分数高于20％，对于企业和客户来说，成本过高，无法满足实际行业节银、减银需求。亟需开发低银、代银、节银、超银钎料，即银含量低、性能优于银钎料的一类钎料，具有重要的实际意义。
申请号2019102725855发明专利申请公开一种CoCrCuFeNi高熵合金的钎焊连接方法，公开了一种CoCrCuFeNi为主元的铜基钎料，用于CoCrCuFeNi高熵合金板的钎焊，强度最高411MPa；申请号2019105263190发明专利申请公开一种锡银铜硅高熵合金钎料及其制备方法，T2铜合金接头的抗剪强度102.3MPa。申请号为2019108920673发明专利申请公开一种高熵合金钎料的制备方法及用途，通过球磨制备15-35％Ni粉、15-35％Cr、15-35％Co、15-35％Fe的钎料合金。因此，急需开发银含量低、性能好、成本低的节银或超银钎料。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种CuPSnAgNi-Re超银钎料，本发明有效降低银含量，同时保证钎料性能。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种CuPSnAgNi-Re超银钎料，按照重量百分比包括以下物质：
优选所述Re为La、Ce、Pr和Nd中的任意一种或几种。
进一步优选按照重量百分比包括以下物质：
更进一步优选Re按照重量分数包括0.2625％的La和0.2625％的Pr。
本发明的第二目的在于提供一种CuPSnAgNi-Re超银钎料的制备方法，本发明通过分组熔炼合金，防止钎料合金产生成分偏析，确保钎料成分的精准控制。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种CuPSnAgNi-Re超银钎料制备方法，包括以下步骤：
步骤一、配料；
根据所述的重量百分比分别配置各原材料，同时将原材料分成两组，一组为铜磷合金、镍、锡，另一组为银、稀土元素Re；
步骤二、熔炼；
C1、将铜磷合金、镍、锡依次放入石墨坩埚，然后在放入坩埚的铜磷合金、镍、锡表面添加覆盖剂，在充有惰性气体的高频感应炉中加热熔炼，记作为A1合金；
C2、将银、稀土元素Re依次放入石墨坩埚，然后在放入坩埚的银、稀土元素Re表面添加覆盖剂，在充有惰性气体的高频感应炉中加热熔炼，记作为A2合金；
C3、将熔炼好的A1合金、A2合金依次放入石墨坩埚，然后在放入坩埚的A1、A2表面添加覆盖剂，在充有惰性气体的高频感应炉中加热熔炼，记作为A3合金；
步骤三、加工成形；
A3合金依次退火加热，挤压、轧制或拉拔成形，得目标钎料。
优选步骤二C1中的加热熔炼温度为700℃至770℃。一般比钎料温度高80-100℃。
本发明的第三目的在于提供一种CuPSnAgNi-Re超银钎料应用于电机的中温钎焊，本发明有效降低银含量，同时保证钎焊性能。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：将本发明的CuPSnAgNi-Re超银钎料应用于电机的中温焊接。
本发明中温焊接的温度为690℃至720℃。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的CuPSnAgNi-Re超银钎料，与传统国标BAg45CuZn钎料相比，液相线温度低、润湿铺展性好、钎缝力学性能特别是抗拉强度高，起到名副其实的工艺、性能优于传统银钎料，即很好的阐述了“超银”二字内在含义。
2、本发明提供的CuPSnAgNi-Re超银钎料，微量稀土元素降低熔化温度，促进钎料流动，改善钎料润湿性。
3、本发明提供的超银钎料，利用“鸡尾酒效应”，通过多次试验和生产工艺优化、调控，确定了铜磷合金、银、镍、锡、稀土元素Re的质量分数，制备出综合性能优异的CuPSnAgNi-Re合金钎料。
4、本发明提供的CuPSnAgNi-Re超银钎料多元合金，具有抗腐蚀(含氯离子溶液)性能、耐高温(300℃)性能等多重有益作用。
5、本发明提供的CuPSnAgNi-Re超银钎料，镍的加入可有效避免或抑制脆性化合物Cu3P、Cu6Sn5的生成对超银合金钎焊性能不良影响，改善了超银钎料的润湿性、流动性和力学性能。
6、本发明提供的CuPSnAgNi-Re超银钎料，可广泛用于大型电机的中温高效钎焊，目前已在湘潭电机、中车永济电机有限公司、东方电气集团有限公司、南京长风新能源股份有限公司的“风力发电机”等单位成熟应用，应用表明：本发明提供的CuPSnAgNi-Re超银钎料的综合性能优于传统BAg45CuZn、BAg56CuNi和BAg54CuZnNi钎料，导电性好、成本低、银含量低、绿色环保，具有非常好的应用前景，可突破传统技术壁垒。
7、本发明超银钎料制备方法，通过惰性气体保护、同时表面添加覆盖剂，可有效防止熔炼过程氧化夹杂和过量烧损；另外分组熔炼A1、A2合金，防止钎料合金产生成分偏析，确保钎料成分百分比。
从而实现本发明的上述目的。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例公开一种CuPSnAgNi-Re超银钎料，主要包括铜磷合金、银、镍、锡、稀土元素Re，具体重量百分比如下：银含量5.0％，镍含量1.00％，锡含量9.50％，稀土元素Re含量0.05％，其余为铜磷合金。稀土元素Re为0.025％La和0.025％Ce。本实施例中的铜磷合金按照质量份数一般为79至91份的Cu，8.5至20份的P，微量元素为Ni和稀土元素Re。
本实施例中200mg的CuPSnAgNi-Re超银钎料在4cm×4cm×2cm紫铜和黄铜表面的铺展面积分别为310mm2和292mm2，同等质量国标BAg45CuZn钎料铺展面积分别为260mm2和215mm2，CuPSnAgNi-Re超银钎料在紫铜和黄铜表面具有更大的铺展面积。
本实施例中的CuPSnAgNi-Re超银钎料钎焊黄铜、紫铜的钎缝抗拉强度分别为331MPa和323MPa，BAg45CuZn钎料钎焊黄铜、紫铜的钎缝抗拉强度分别是317MPa和301MPa，CuPSnAgNi-Re超银钎料钎焊黄铜、紫铜的钎缝抗拉强度高。
本实施例中的CuPSnAgNi-Re超银钎料，其液相线温度低于626℃。
本实施例中的CuPSnAgNi-Re超银钎料，20℃电阻率为0.20015μΩ.m，主要用于大型电机的中温高效钎焊。
本实施例中超银钎料具体制备方法如下：
步骤一、配料；
根据上述的重量百分比分别配置各原材料，同时将原材料分成两组，一组为铜磷合金、镍、锡，另一组为银、稀土元素Re；
步骤二、熔炼；
C1：将配好的铜磷合金、镍、锡依次放入石墨坩埚，然后在放入坩埚的铜磷合金、镍、锡表面添加覆盖剂，在充有惰性气体的高频感应炉中加热熔炼，加热熔炼的温度为700℃至770℃，记作为A1合金；
C2：将配好的银、稀土元素Re依次放入石墨坩埚，然后在放入坩埚的银、稀土元素Re表面添加覆盖剂，在充有惰性气体的高频感应炉中加热熔炼，记作为A2合金；
C3：将熔炼好的A1、A2合金依次放入石墨坩埚，然后在放入坩埚的A1、A2表面添加覆盖剂，在充有惰性气体的高频感应炉中加热熔炼，记作为A3合金；
步骤三、加工成形；
先对A3合金进行退火加热，然后挤压、轧制或拉拔成形。
实施例2
本实施例公开一种CuPSnAgNi-Re超银钎料，主要包括铜磷合金、银、镍、锡、稀土元素Re，具体重量百分比如下：银含量0.1％，镍含量3.50％，锡含量9.95％，稀土元素Re含量1.0％，其余为铜磷合金，铜磷合金同实施例1。稀土元素Re为0.05％Pr和0.05％Nd。
本实施例中200mg的CuPSnAgNi-Re超银钎料，在4cm×4cm×2cm紫铜和黄铜表面的铺展面积分别为374mm2、319mm2，等质量国标BAg45CuZn钎料铺展面积为260mm2和215mm2，CuPSnAgNi-Re超银钎料铺展面积更大。
本实施例CuPSnAgNi-Re超银钎料钎焊黄铜、紫铜的钎缝抗拉强度分别为327MPa、321MPa，BAg45CuZn钎料钎焊黄铜、紫铜的钎缝抗拉强度分别是317MPa和301MPa，CuPSnAgNi-Re超银钎料钎焊黄铜、紫铜的钎缝抗拉强度高。
本实施例CuPSnAgNi-Re超银钎料，其液相线温度低于622℃。
本实施例CuPSnAgNi-Re超银钎料20℃的电阻率为0.20039μΩ.m，主要用于大型电机的中温高效钎焊。
本实施例中钎料具体制备方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例公开一种CuPSnAgNi-Re超银钎料，主要包括铜磷合金、银、镍、锡、稀土元素Re，具体重量百分比如下：银含量2.55％，镍含量2.25％，锡含量9.725％，稀土元素Re含量0.525％，其余为铜磷合金，铜磷合金同实施例1。稀土元素Re为0.2625％La和0.2625％Pr。
本实施例200mg的CuPSnAgNi-Re超银钎料在4cm×4cm×2cm紫铜和黄铜表面的铺展面积分别为338mm2和303mm2，同等质量国标BAg45CuZn钎料铺展面积为260mm2和215mm2，CuPSnAgNi-Re超银钎料在紫铜和黄铜表面的铺展面积更大。
本实施例中CuPSnAgNi-Re超银钎料钎焊黄铜、紫铜的钎缝抗拉强度分别为342MPa和326MPa，BAg45CuZn钎料钎焊黄铜、紫铜的钎缝抗拉强度分别是317MPa和301MPa，CuPSnAgNi-Re超银钎料钎焊黄铜、紫铜的钎缝抗拉强度高。
本实施例中CuPSnAgNi-Re超银钎料液相线温度低于626℃。
本实施例中CuPSnAgNi-Re超银钎料20℃的电阻率为0.20031μΩ.m，主要用于大型电机的中温高效钎焊。
实施例1至3所得超银钎料在大型电机中温焊接时的温度比钎料液相线温度高50-100℃，更近一步优选为690℃至720℃。本发明提供的CuPSnAgNi-Re超银钎料，可广泛用于大型电机的中温高效钎焊，目前已在湘潭电机、中车永济电机有限公司、东方电气集团有限公司、南京长风新能源股份有限公司的“风力发电机”等单位成熟应用，应用表明：本发明提供的CuPSnAgNi-Re超银钎料的综合性能优于传统BAg45CuZn、BAg56CuNi和BAg54CuZnNi钎料，导电性好、成本低、银含量低、绿色环保，具有非常好的应用前景，可突破传统技术壁垒。
Claims (7)
1.一种CuPSnAgNi-Re超银钎料，其特征在于：按照重量百分比包括以下物质：
2.如权利要求1所述的一种CuPSnAgNi-Re超银钎料，其特征在于：所述Re为La、Ce、Pr和Nd中的任意一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种CuPSnAgNi-Re超银钎料，其特征在于：
按照重量百分比包括以下物质：
4.如权利要求3所述的一种CuPSnAgNi-Re超银钎料，其特征在于：
Re按照重量分数包括0.2625％的La和0.2625％的Pr。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的CuPSnAgNi-Re超银钎料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、配料；
根据所述的重量百分比分别配置各原材料，同时将原材料分成两组，一组为铜磷合金、镍、锡，另一组为银、稀土元素Re；
步骤二、熔炼；
C1、将铜磷合金、镍、锡依次放入石墨坩埚，然后在放入坩埚的铜磷合金、镍、锡表面添加覆盖剂，在充有惰性气体的高频感应炉中加热熔炼，记作为A1合金；
C2、将银、稀土元素Re依次放入石墨坩埚，然后在放入坩埚的银、稀土元素Re表面添加覆盖剂，在充有惰性气体的高频感应炉中加热熔炼，记作为A2合金；
C3、将熔炼好的A1合金、A2合金依次放入石墨坩埚，然后在放入坩埚的A1、A2表面添加覆盖剂，在充有惰性气体的高频感应炉中加热熔炼，记作为A3合金；
步骤三、加工成形；
A3合金依次退火加热，挤压、轧制或拉拔成形，得目标钎料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤二C1中的加热熔炼温度为700℃至770℃。
7.将如权利要求1至4任一项所述的CuPSnAgNi-Re超银钎料应用于电机的中温焊接。
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