专利名称：含镨、锆和镓的自钎性银钎料的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料类的钎焊材料技术领域，具体涉及一种含镨、锆和镓的自钎性银钎料，该自钎性银钎料具有良好的流动性和润湿性、焊点强度高并且可替代BAg65Cuai 和BAgeocuai等钎料，适用于对微小型电器组件的微小型触点的焊接，无需使用钎剂而藉以体现自钎性能。
背景技术：
已有技术中使用的BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料，由于其化学成分中仅含Ag、Cu、Zn 元素，虽然在配合助焊剂(如FB102钎剂)时钎焊性能优良，但是满足不了对诸如特殊钎焊结构、特殊形状及特殊尺寸的如微小型电器组件的微小型触点的钎焊要求。因为此类“封装” 器件在钎焊完成后，残留于焊点部位的“钎剂残渣”处于封装器件的内部，无法进行清洗或清除。“钎剂残渣1Π果不清除，则会导致焊点的电性能下降甚至焊点短路。因此，必须采用具有“自钎性能”的银钎料，即在钎焊时不使用钎剂，依靠银钎料自身的“去膜性能”去除钎焊部位的氧化膜，从而实现钎焊连接。本申请人进行了文献检索，在已公开的中国专利文献中虽然见诸有自钎钎料的技术信息，略以例举的如CN1215918C推荐的“铝合金及铝基合金复合材料的自钎钎料及制备方法”、CN102079018A提供的“锑合金及锑基复合材料的自钎钎料及制备方法”和 CN101722380A披露的“高体积分数颗粒增强铝基复合材料硬钎焊自钎钎料及其制备方法”， 等等。但是，并不限于这些文献公开的自钎钎料均不是铜基钎料范畴，更具体地讲均不属于中国国家标准GB/T6418-2008《铜基钎料》范畴，因此对于改善铜基钎料的自钎性不具有可借鉴的意义。为此，本申请人作了积极持久并且有益的实验，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明的任务在于提供一种相对于BAg65Cu&i和BAg60Cu&i钎料的性能更为优异而藉以以拔萃的自钎性能满足对微小型电器组件的微小型触点钎焊要求的含镨、锆和镓的自钎性银钎料。本发明的任务是这样来完成的，一种含镨、锆和镓的自钎性银钎料，其特征是成分按质量百分数配比为45. 0-62. 0% 的 Ag、9. 0-13. 0% 的 &ι、1. 0-3. 0% 的 Ρ、0. 001-0. 01% 的 Pr、0. 001-0. 01% 的 Zr 和 0. 001-0. 01% 的 Ga，余量为 Cu。所述的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，成分按质量百分数配比为45.0%的Ag、 13. 0% 的 Zn、1. 0% 的 Ρ、0· 01% 的 Pr、0. 01% 的 Zr 和 0. 001% 的 Ga,余量为 Cu。所述的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，成分按质量百分数配比为62.0%的Ag、 9. 0% 的 Zn,3. 0% 的 Ρ、0· 001% 的 Pr、0. 001% 的 Zr 和 0. 01% 的 Ga,余量为 Cu。所述的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，成分按质量百分数配比为50.0%的Ag、 12. 0% 的 Zn,2. 0% 的 Ρ、0· 01% 的 Pr、0. 005% 的 Zr 和 0. 008% 的 Ga,余量为 Cu。
所述的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，成分按质量百分数配比为60.0%的Ag、 11. 0% 的 Zn、1. 5% 的 P、0. 003% 的 Pr、0. 008% 的 Zr 和 0. 005% 的 Ga，余量为 Cu。所述的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，成分按质量百分数配比为58.0%的Ag、 10. 0% 的 Zn、2. 5% 的 P、0. 008% 的 Pr、0. 003% 的 Zr 和 0. 005% 的 Ga，余量为 Cu。本发明提供的技术方案相对于已有技术中的BAg65Cu&i和BAg60Cu&i钎料而言， 不仅具有流动性好、润湿性好，焊点强度高等特点，而且还具有拔萃的“自钎性能”，特别适用于微小型电器组件的微小型触点的“无钎剂”焊接，避免了复杂电器组件焊点难以清洗的问题。使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，钎焊材料为下列组合紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时，钎焊接头力学性能分别为ob= 185 365MPa，τ = 180 355MPa，与BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。
具体实施例方式本发明方案主要解决了下述两个关键技术问题1)研制开发出的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，钎焊时流动性好、润湿性好，焊点强度高。通过优化“含镨、锆和镓的自钎性银钎料”的化学成分，使新发明的银钎料除可制备为丝材外，还可制备成各种厚度和宽度的薄带；2)通过在银钎料中加入微量的镨、锆和镓元素，同时加入适量的磷，使得银钎料在紫铜、黄铜、以及镍基合金上的具有很好的“自钎性能”，同时还能保证银钎料具有良好的的塑性和综合力学性能。使用市售的白银、电解铜、磷铜合金、金属镓、金属镨、锆铜合金，按需要配比，采用常规的中频冶炼炉冶炼、浇铸，然后通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材；2)、根据生产需要，可将金属镓、金属镨分别预先冶炼成合金，然后加入冶炼炉中冶炼、浇铸，再通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材；或通过多道轧制工序，制备成所需厚度、宽度的薄带。与以往研究相比，本发明提供的技术方案的建树之处在于
1、研究发现了银钎料中微量的镨、锆、镓元素对“低磷含量”银钎料“自钎性”的影响
规律-即银钎料中镨、锆、镓元素含量分别控制在0. 001% 0. 01%的范围内时，能使
1. 0% 3. 0%的P具有良好的“自钎性能”。由现行有效版本GB/T 6418-2008《铜基钎料》表4可知铜基钎料中P含量为 4. 8% 8. 1%时，即Cu-P系列钎料在钎焊紫铜时具有“自钎性”，不需要使用助焊剂(即钎剂)，但是目前国内外尚无关于P含量小于或等于3%的具有“自钎性”的银钎料的报道。本发明人发现了当镨、锆、镓元素共同作用时，即镨、锆、镓元素同时加入成分范围为45. 0% 62. 0%的Ag，9. 0% 13. 0%的Zn，1. 0% 3. 0%的P，其余为Cu的银钎料时，银钎料具有很好的“自钎性能”。进一步的研究发现，Ag-Cu-Zn钎料中P的含量应该控制在 1. 0% 3. 0%范围最佳。低于1. 0%或高于3. 0%均会对钎焊接头的力学性能产生不利影响， 即会使焊点强度降低。因此，控制Ag-Cu-Si钎料中P的含量在1. 0% 3. 0%范围内，是本发明方案的关键点之一。、研究发现了银钎料中微量的镨、锆、镓元素含量必须分别控制在0.001% 0. 01% 的范围内时，才能使Ag-Cu-ai钎料在P含量为1. 0% 3. 0%时，具有良好的“自钎性能”，这与已有的研究结果有显著的区别。已有的研究都是认为稀土元素的含量上限可以达到0. 1%以上甚至更高，但是，作为以提高“银钎料自钎性”为目的的研究结果发现，如果稀土元素超过0. 01%,就会使“银钎料自钎性”迅速降低。、研究发现了银钎料中，只有同时加入微量的镨、锆、镓元素时，对P含量为1.0% 3. 0%的Ag-Cu-ai钎料“自钎性能”才能产生良好的效果。研究发现，采用与ft·元素相近的Ce、Nd元素替代ft·时，新发明的银钎料“自钎性能”迅速下降，钎缝接头强度较加ft·元素时下降15% 30% ；当采用与ττ “同族”的Ti或 Hf元素替代^ 时，自钎性能”下降导致新发明的银钎料流动性、润湿性变差，平均“铺展面积”较加ττ元素时降低30%以上；当采用h元素替代( 时，“自钎性能”下降导致新发明的银钎料流动性、润湿性变差，平均“铺展面积”较加( 元素时降低45%以上。因此，通过大量的“筛选”、“优化”试验，最后确定了具有“良好自钎性能”的Ag-Cu-Zn-P-Pr-^-Ga银钎料。经过实际钎焊试验证明，本发明的钎料可适用于火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊等方式钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金等组合材料，且无需添加助焊剂(如 FB102钎剂)，可得到性能优良的钎焊接头。如使用火焰钎焊方式，使用新发明的“含镨、锆和镓的自钎性银钎料”，不使用钎齐 ，钎焊下列组合材料紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时，钎焊接头力学性能分别为σ b = 185 365MPa，τ = 180 !355MPa，与 BAg65CuZn，BAg60CuZn 钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。体现上述技术效果的本发明的含镨、锆和镓的自钎性银钎料的具体的实施例如下。实施例1
45. 0% 的 Ag, 13. 0% 的 Zn, 1. 0% 的 P, 0. 01% 的 Pr, 0. 01% 的 Zr, 0. 001% 的 Ga，其余为 Cu。上述成分配比得到的“含镨、锆和镓的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎齐U，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据紫铜一黄铜(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫铜一镍基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黄铜一镍基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，与 BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如 FB102 钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。实施例2
62. 0% 的 Ag, 9. 0% 的 Zn, 3. 0% 的 P, 0. 001% 的 Pr, 0. 001% 的 Zr, 0. 01% 的 Ga，其余为 Cu。上述成分配比得到的“含镨、锆和镓的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎齐U，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据紫铜一黄铜(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫铜一镍基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黄铜一镍基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，与 BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如 FB102 钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。实施例3
50. 0% 的 Ag，12. 0% 的 Zn，2. 0% 的 P，0. 01% 的 Pr，0. 005% 的 Zr，0. 008% 的 Ga，其余为 Cu。上述成分配比得到的“含镨、锆和镓的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎齐U，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据紫铜一黄铜(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫铜一镍基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黄铜一镍基合金(σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，与 BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如 FB102 钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。实施例4
60. 0% 的 Ag，11. 0% 的 Zn，1. 5% 的 P，0. 003% 的 Pr，0. 008% 的 Zr，0. 005% 的 Ga，其余为Cu。上述成分配比得到的“含镨、锆和镓的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎齐U，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据紫铜一黄铜(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫铜一镍基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黄铜一镍基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，与 BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如 FB102 钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。实施例5
58. 0% 的 Ag，10. 0% 的 Zn，2. 5% 的 P，0. 008% 的 Pr，0. 003% 的 Zr，0. 005% 的 Ga，其余为Cu。上述成分配比得到的“含镨、锆和镓的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎齐U，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据紫铜一黄铜(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫铜一镍基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黄铜一镍基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，与 BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如 FB102 钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。
权利要求
1.一种含镨、锆和镓的自钎性银钎料，其特征在于成分按质量百分数配比为 45. 0-62. 0% 的 Ag,9. 0-13. 0% 的 ZnU. 0-3. 0% 的 Ρ、0· 001-0. 01% 的 Pr、0. 001-0. 01% 的 Zr 和 0. 001-0. 01% 的 Ga，余量为 Cu。
2.根据权利要求1所述的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，其特征在于成分按质量百分数配比为45. 0% 的 Ag、13. 0% 的 Zn、1. 0% 的 Ρ、0· 01% 的 Pr、0. 01% 的 Zr 和 0. 001% 的 Ga,余量为Cu。
3.根据权利要求1所述的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，其特征在于成分按质量百分数配比为62. 0% 的 Ag,9. 0% 的 Zn,3. 0% 的 Ρ、0· 001% 的 Pr、0. 001% 的 Zr 和 0. 01% 的 Ga,余量为Cu。
4.根据权利要求1所述的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，其特征在于成分按质量百分数配比为50. 0% 的 Ag、12. 0% 的 Zn,2. 0% 的 Ρ、0· 01% 的 Pr、0. 005% 的 Zr 和 0. 008% 的 Ga, 余量为Cu。
5.根据权利要求1所述的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，其特征在于成分按质量百分数配比为60. 0% 的 Ag、11. 0% 的 Zn、1. 5% 的 Ρ、0· 003% 的 Pr、0. 008% 的 Zr 和 0. 005% 的 Ga, 余量为Cu。
6.根据权利要求1所述的含镨、锆和镓的自钎性银钎料，其特征在于成分按质量百分数配比为58. 0% 的 Ag、10. 0% 的 Zn,2. 5% 的 Ρ、0· 008% 的 Pr、0. 003% 的 Zr 和 0. 005% 的 Ga, 余量为Cu。
全文摘要
一种含镨、锆和镓的自钎性银钎料，属于金属材料类的钎焊材料技术领域。其特征是成分按质量百分数配比为45.0-62.0%的Ag、9.0-13.0%的Zn、1.0-3.0%的P、0.001-0.01%的Pr、0.001-0.01%的Zr和0.001-0.01%的Ga，余量为Cu。不仅具有流动性好、润湿性好，焊点强度高等特点，而且还具有拔萃的“自钎性能”，特别适用于微小型电器组件的微小型触点的“无钎剂”焊接，避免了复杂电器组件焊点难以清洗的问题。
文档编号B23K35/30GK102554504SQ20111044559
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者顾建昌, 顾文华, 顾立勇 申请人:常熟市华银焊料有限公司