專利名稱：一種多組元稀土銀釬料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含錳、銦、錫等元素的多組元稀土銀釬料，特別適用于紫銅、黃銅、 碳鋼、硬質(zhì)合金和不銹鋼等金屬材料的釬焊，可廣泛應(yīng)用于制冷、機(jī)械、機(jī)電等行業(yè)的釬焊中，屬于一種中溫釬焊材料。
背景技術(shù)：
針對(duì)不同金屬材料如銅與鐵合金之間的釬焊，考慮到釬料對(duì)釬焊母材的潤(rùn)濕性及釬焊接頭相關(guān)的力學(xué)性能，人們大都選用含銀量大于40%的高銀釬料。常見的 BAg50CuZnSnNi, BAg50CuaiCd，可用于釬焊銅與銅合金、不銹鋼、碳素鋼、硬質(zhì)合金。但隨著有色金屬原材料價(jià)格的不斷上漲，特別是貴金屬白銀價(jià)格的上漲，造成使用高銀釬料來(lái)釬焊的廠家面臨巨大的成本壓力，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，大大削弱了使用BAg50CUaiSnNi， BAg50CuZnCd等銀釬料企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。專利號(hào)為200610041024. 7的中國(guó)專利就公布了以下銀釬料，優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)良的
對(duì)母材的潤(rùn)濕性、鋪展性、釬縫力學(xué)性能好、主成分合金的熔點(diǎn)低、塑性和綜合力學(xué)性能理想；成分中不再含有鎘元素，能確保操作者安全及避免對(duì)環(huán)境的影響。其最主要的問(wèn)題就是成本高。一些企業(yè)通過(guò)增加Cd的含量來(lái)降低銀含量，Cd的加入，大幅度降低了釬料的熔化溫度，提升了釬焊性能，但Cd本身是有毒元素，不利于操作者的健康且對(duì)環(huán)境存在污染，不符合歐盟R0HS指令，隨著人們對(duì)環(huán)保的愈加重視必然會(huì)被其他無(wú)害元素所取代。盡管如此，根據(jù)現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，單一元素的加入不足以與含鎘銀釬料相比，如 Ag-Cu-Zn-Sn釬料中Sn的加入可有效提高流動(dòng)性、潤(rùn)濕性，降低固、液相線溫度，減小熔化區(qū)間，但其可加工性往往較差；Ag-Cu-Zn-h釬料中h的加入可以更顯著地降低固、液相線溫度，減小熔化區(qū)間，提高流動(dòng)性，但其本身在銀、銅中的固溶度較小且價(jià)格較高，僅可作為微量元素加入；Ag-Cu-Zn-Ni釬料中Ni的添加可提高釬料的潤(rùn)濕性及接頭強(qiáng)度，對(duì)凈化晶界、提高塑性、增加強(qiáng)度有較好的效果，并能改善加工性能，易于加工成帶材，但會(huì)提高釬料的液相線溫度；Ag-Cu-Zn-Ga釬料中( 的加入可使釬料的成分均勻化，細(xì)化釬料組織， 抑制金屬間化合物的生長(zhǎng)，火焰釬焊后的釬料顯微組織致密，均勻，力學(xué)性能優(yōu)異，但其成本往往高于含鎘銀釬料。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010132507.4的發(fā)明申請(qǐng)公布了一種稀土銀釬料，該發(fā)明的性價(jià)比相對(duì)比較高，釬料熔化溫度較低，潤(rùn)濕性和流動(dòng)性好，釬焊接頭機(jī)械強(qiáng)度高，釬焊工藝性能好。但是，他的性能只能取代45B的銀釬料，不能取代BAg50CUaiSnNi、 BAg50CuaiCd等銀釬料，在性能上還是不能達(dá)到要求，銀的用量也還是偏多，成本高。因此，研究開發(fā)出一種既符合歐盟RoHS指令要求，在釬焊材料中不含有害化學(xué)元素Cd，又具有良好的釬焊工藝性能，熔化溫度較低，性價(jià)比較高的新型銀釬料來(lái)替代 BAg50CuaiSnNi、BAg50CuaiCd等銀釬料，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)保護(hù)環(huán)境的積極意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種配方設(shè)計(jì)合理，性價(jià)比高，能夠取代 BAg50CuZnSnNi, BAg50CuZnCd,不含鎘元素，釬料熔化溫度較低，潤(rùn)濕性和流動(dòng)性好，釬焊接頭機(jī)械強(qiáng)度高，釬焊工藝性能好的多組元稀土銀釬料。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該多組元稀土銀釬料，其組成是 由Ag、Cu、Sn、In、Mn、Si、Ni、Li、Ga、混合稀土和Zn組成，所述各組分的重量百分比分別為23-29wt% 的 Ag，32-42wt% 的 Cu，0. 5-2wt% 的 Sn，0. 5-2. 0wt% 的 h，0. 5-2. 2wt% 的 Mn，
0.01-0. lwt%的混合稀土，Si、Ni、Li和Ga中的含量均在0. 01-0. 1 wt%，余量為Zn，所述混合稀土由鑭和鈰組成。在Ag的用量更少的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的性能，可以實(shí)現(xiàn)替代 BAg50CuZnSnNi, BAg50CuZnCd等銀釬料；性價(jià)比更高，配方組成更加合理、進(jìn)步；不含鎘元素等有毒元素。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的混合稀土由鑭和/或鈰組成。鑭和鈰可以是任意比例進(jìn)行混合而組成的混合稀土，因?yàn)閱钨|(zhì)的稀土 La和單質(zhì)的稀土 Ce單獨(dú)對(duì)本發(fā)明的釬料所起到的作用是一樣的，所以La和Ce可以采用任意比例混合，兩者混合后的效果和單質(zhì)的稀土 La或者單質(zhì)的稀土 Ce的效果都是一樣，由于La和Ce的混合稀土的價(jià)格要比單質(zhì)的稀土 La和單質(zhì)的稀土 Ce便宜很多，所以從性價(jià)比上優(yōu)先選用La和Ce的混合稀土，從而可以大大降低生產(chǎn)成本，提高資源的利用率?；旌舷⊥?La和Ce的添加可細(xì)化釬料合金的組織，改善釬料的力學(xué)性能，提高釬焊接頭的強(qiáng)度和韌性。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的各組分的重量百分比分別為25_27wt%的Ag，36_38wt% 的 Cu，0. 9-1. 5wt% 的 Sn, 1. 0-1. 8wt% 的 In, 1. 5-2. 2wt% 的 Μη,Ο. 03-0. 08wt% 的混合稀土， Si、Ni、Li和Ga中的含量均在0. 03-0. 08 wt%，余量為Zn。這個(gè)配比區(qū)間的釬料，成本低、 性價(jià)比高，有很高的工業(yè)實(shí)用性。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的各組分的重量百分比分別為25. 5 %的Ag，36. 9%的Cu，
1.2% 的 Sn，1. 4% 的 In, 2% 的 Mn, 0. 03% 的 Li，0. 05% 的 Si，0. 06% 的 Ni, 0. 03% 的 Ga, 0. 05%
的混合稀土，余量為Si。本發(fā)明同已有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)1、含有的貴金屬白銀較少，比 BAg50CuZnSnNi等銀釬料減少白銀含量24%左右，大大降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了貴金屬白銀的用量，相比中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010132507.4的發(fā)明申請(qǐng)，白銀的含量也更少，整個(gè)配比也更合理；2、釬焊紫銅、黃銅、碳鋼、硬質(zhì)合金和不銹鋼時(shí)具有優(yōu)良的機(jī)械性能，是其它無(wú)鎘銀釬料無(wú)法比擬的，經(jīng)客戶使用后反饋釬焊工藝性能優(yōu)良，質(zhì)量穩(wěn)定，工藝性能指標(biāo)與BAg50CuaiSnNi銀釬料相當(dāng)，相比中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010132507. 4的發(fā)明申請(qǐng)，性能有了很大的提高；3、該釬料的塑性好，可加工成各種規(guī)格、尺寸的焊條、焊絲、焊環(huán)、薄帶、 焊片等；4、釬料的抗拉強(qiáng)度可達(dá)58(T635MPa ；釬焊銅接頭其抗拉強(qiáng)度為25(T275MPa，抗剪強(qiáng)度為176 205MPa ；釬焊硬質(zhì)合金等工件其接頭抗拉強(qiáng)度可達(dá)365 425MPa，抗剪強(qiáng)度為 29(T315MPa;5、可廣泛應(yīng)用于制冷、機(jī)械、機(jī)電、電器、壓縮機(jī)等行業(yè)的電阻釬焊、火焰釬焊以及高頻感應(yīng)釬焊。本發(fā)明中添加化學(xué)元素Sn用于降低釬料的熔化溫度，提高釬料合金的潤(rùn)濕性和流動(dòng)性，但Sn的含量不能過(guò)高，超過(guò)2. 5%容易形成Ag3Sn、Cu41Snll脆性化合物，使釬料塑性和釬焊接頭強(qiáng)度下降?；瘜W(xué)元素Mn在Ag、Cu中的固熔度較大，本發(fā)明中添加Mn能夠提高釬料的高溫強(qiáng)度，同時(shí)可降低釬料合金的固液相線溫度、改善潤(rùn)濕性能，釬焊時(shí)具有二次脫氧的功能。少量Si的添加，能有效抑制Si蒸氣的揮發(fā)，在熔煉時(shí)減少Si的損耗，提高產(chǎn)品的合格率，另一方面可細(xì)化合金釬料的組織，并且在后續(xù)各工序加熱退火進(jìn)行動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)能阻止晶粒的長(zhǎng)大，提高釬料的可塑性，克制脆性相的生成，改善釬料的加工性能，從而可使釬料進(jìn)行深加工。本發(fā)明中添加化學(xué)元素Li起到自釬劑的作用，且Li又不會(huì)與銀形成脆性化合物相，由于Li是很活潑的化學(xué)元素，是一種表面活性劑，釬焊時(shí)Li的氧化物L(fēng)i20能與許多金屬氧化物形成低熔點(diǎn)的復(fù)合化合物，從而大大降低釬焊溫度，而且氧化鋰對(duì)水的親和力極大，它同周圍環(huán)境中的水作用，形成熔點(diǎn)為450°C的LiOH，這層熔化的LiOH幾乎能溶解所有的氧化物，它呈薄膜狀覆蓋在金屬表面上，起到保護(hù)作用，進(jìn)而提高釬料的潤(rùn)濕性。本發(fā)明中添加化學(xué)元素Ni，可以較大地提高釬料對(duì)不銹鋼和硬質(zhì)合金的潤(rùn)濕性能，并改善釬縫塑性，通過(guò)增加鋪展面積的途徑提高釬焊接頭的連接強(qiáng)度，同時(shí)還可以提高釬焊接頭的抗腐蝕能力。本發(fā)明中添加化學(xué)元素In，可降低釬料的熔化溫度和提高釬料的潤(rùn)濕性及填縫性。少量( 的加入，可降低本發(fā)明的釬料的熔點(diǎn)，能改善本發(fā)明在紫銅、黃銅、碳鋼、不銹鋼以及鎳合金上的潤(rùn)濕性。本發(fā)明中添加少量混合稀土 La和Ce主要是降低銀釬料中有害雜質(zhì)元素H^Bi對(duì)釬料的不良影響，La和Ce能與Pb、Bi形成LaPb、CePb, LaBi, CeBi化合物，抑制1 單質(zhì)相和Bi單質(zhì)相的形成，消除低熔點(diǎn)單質(zhì)相的先熔析出現(xiàn)象，從而祛除了雜質(zhì)Pb、Bi對(duì)銀釬料鋪展、潤(rùn)濕性能的有害作用，另外，混合稀土 La和Ce的添加可細(xì)化釬料合金的組織，改善釬料的力學(xué)性能，提高釬焊接頭的強(qiáng)度和韌性，本發(fā)明混合稀土中的La和Ce可以是按任意比例進(jìn)行混合的，從而可以大大降低本發(fā)明的生產(chǎn)成本，提高資源的利用率。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1
各實(shí)施例中的具體參數(shù)參見表1-表4，表1為本發(fā)明實(shí)施例1-實(shí)施例6相關(guān)數(shù)據(jù)表， 表2為本發(fā)明實(shí)施例7-實(shí)施例12相關(guān)數(shù)據(jù)表，表3為本發(fā)明實(shí)施例13-實(shí)施例18相關(guān)數(shù)據(jù)表，表4為本發(fā)明實(shí)施例19-實(shí)施例M相關(guān)數(shù)據(jù)表，各表具體如下。表1實(shí)施例1-實(shí)施例6相關(guān)數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1.一種多組元稀土銀釬料，其特征是由Ag、Cu、SnUn、Mn、Si、Ni、Li、fei、混合稀土和 Zn組成，所述各組分的重量百分比分別為23-29wt%的Ag，32_42wt%的Cu，0. 5_2wt%的Sn，0.5-2. 0wt% 的 h，0. 5-2. 2wt% 的 Mn，0. 01-0. lwt% 的混合稀土，Si、Ni、Li 和 Ga 中的含量均在0. 01-0. 1 wt%，余量為Zn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多組元稀土銀釬料，其特征是所述的混合稀土由鑭和/或鈰組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多組元稀土銀釬料，其特征是所述的各組分的重量百分比分別為:25-27wt% 的 Ag, 36-38wt% 的 Cu，0. 9-1. 5wt% 的 Sn, 1. 0-1. 8wt% 的 In,1.5-2. 2wt% 的 Mn，0. 03-0. 08wt% 的混合稀土，Si、Ni、Li 和 Ga 中的含量均在 0. 03-0. 08 wt%，余量為Si。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多組元稀土銀釬料，其特征是所述的各組分的重量百分比分別為25. 5 % 的 Ag, 36. 9% 的 Cu, 1. 2% 的 Sn, 1. 4% 的 In, 2% 的 Mn, 0. 03% 的 Li，0. 05% 的Si，0. 06%的Ni, 0. 03%的Ga, 0. 05%的混合稀土，余量為Zn。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含錳、銦、錫等元素的多組元稀土銀釬料，適用于紫銅、黃銅、碳鋼、硬質(zhì)合金和不銹鋼等金屬材料的釬焊，其組成是由Ag、Cu、Sn、In、Mn、Si、Ni、Li、Ga、混合稀土和Zn組成，所述各組分的重量百分比分別為23-29wt%的Ag，32-42wt%的Cu，0.5-2wt%的Sn，0.5-2.0wt%的In，0.5-2.2wt%的Mn，0.01-0.1wt%的混合稀土，Si、Ni、Li和Ga中的含量均在0.01-0.1wt%，余量為Zn。本發(fā)明具有性價(jià)比高，能夠取代BAg50CuZnSnNi、BAg50CuZnCd，不含鎘元素，釬料熔化溫度較低，釬焊工藝性能好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K35/30GK102240870SQ20111013196
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者余丁坤, 王曉蓉, 金李梅, 陳融, 黃世盛 申請(qǐng)人:杭州華光焊接新材料股份有限公司