专利名称：一种黄铜钎料合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及钎焊技术领域，具体是指一种用于钎焊连接钢的高可靠性黄铜钎料合金。
背景技术：
当前在各工业领域，钢的硬钎焊采用的钎料合金主要有银钎料(Ag-Cu-Zn系)、黄铜钎料(Cu-Zn系)等。银钎料由于具有较低的熔化温度、优良的润湿性能及良好的综合力学性能得以广泛应用。但随着不可再生资源的过度使用，贵金属银的价格不断上涨，导致生产厂家的制造成本不断增加。为使不可再生资源的合理配置，降低制造成本，人们又开始关注在各工业领域应用黄铜钎料的可行性。长期以来，传统的黄铜钎料都是以Cu为基体，首先通过添加合金元素Zn来形成 α -Cu固溶体，其Zn的添加范围一般为38% -42% ;其次，通过添加微量合金元素Sn、Mn、 Ni、Si来改善钎料的钎焊工艺性能和力学性能。在Cu-Zn合金中添加Sn可降低钎料合金的熔化温度，提高润湿性；添加Mn、Fe和Ni可改善钎料在硬质合金上的润湿性；添加Si来防止在钎焊过程中Zn的蒸发。另外，根据美国焊接学会的规定，也有在以上钎料合金中加入微量P (如=RBCuZn-D)来提高钎料的润湿性。现有的黄铜钎料虽然在某些工业领域得到应用，但在一些重要的场合要使用黄铜钎料来钎焊钢，它还存在许多不足。研究表明，在Cu-Zn合金中加微量的Si和P，在钎焊过程中会在钢/钎料界面形成Fe-Si和Fe-P金属间化合物，甚至在界面处形成微裂纹，和用银基钎料钎焊时的接头存在较大差异(界面为α-Cu固溶体)。由于Fe-Si和Fe-P金属间化合物的固有脆性和微裂纹的产生，将会降低钎焊接头服役过程的可靠性(如气密性、导电性及力学性能)。其次，现有的黄铜钎料由于熔点较高，在钎焊类似钢/铜接头时，铜退火严重，引起晶粒过度长大，导致强度指标降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种高可靠性黄铜钎料合金，该钎料可取代银钎料用于钎焊要求高可靠性的钢/钢、钢/铜钎焊接头等，并且钎料成本低廉。本发明目的通过以下技术方案实现一种黄铜钎料合金，由Cu、Zn、Sn、Ge以及Ag和/或In组成。所述各组分按质量百分比计Cu:58-60%, Sn :0. 5-3. 0%, Ag 1. 0-6. O % / 或 In 1. 0-5. 0%, Ge :0. 05-0. 3%，余量为 Zn。优选地，所述Cu :58-60%, Sn 1. 0-2. 0%, Ag 2. 0-5. O % / 或 In :1· 0-3. 0%, Ge 0. 05-0. 1%，余量为 Zn。优选地，所述Cu 60%, Sn 1. 5%, Ag 5%, In 1%, Ge 0. 05%, Zn :余量。优选地，所述Cu 58%, Sn 1.0%,Ag 2%, Ge :0. 1%, Zn :余量。优选地，所述Cu 58%, Sn 2. 0%, Ag 4%, In 3%, Ge 0. 1%, Zn :余量。
优选地，所述Cu 60%,Sn1.5%,Ag5%,Ge :0. 08%, Zn :余量。优选地，所述Cu 59%, Sn :2.0%，Ag 3. 0%, Ge 0. 06%, Zn :余量。优选地，所述Cu 59%, Sn 1. 5%, In 3. 0%, Ge 0. 15%, Zn :余量。上述钎料合金可通过常规的钎料合金熔炼方法获得，并可按常规的钎料加工方法加工成不同规格的丝材、带材。本发明的钎料合金与现有技术相比具有如下优点I)在钎焊钢时，钢/钎料界面不会形成金属间化合物，界面可得到和银钎料相同的α -Cu固溶体界面组织，从而提高钎焊接头的可靠性。2)和现有的黄铜钎料比较，由于熔化温度较低，可取代银钎料用于钢/铜接头的钎焊。3)本发明所述的黄铜钎料由于含Ag量较低，因此成本较低。本发明中各组份的作用及含量限定的原理如下(含量均以质量百分比计)Cu和Zn :为保证钎料合金组织为α -Cu固溶体；钎料有良好的加工性能，根据 Cu-Zn 二元相图，Cu和Zn的比例应限定在Cu Zn在58-60%: 42%-40%范围内。Sn :在Cu-Zn合金中添加Sn，可降低钎料合金的熔化温度，增加润湿性。但Sn在 Cu和Zn中的固溶度非常小，因此加入的Sn会和Cu形成金属间化合物，使钎料变脆，优选为 I. 0-2. 0%。Ag和In :可降低钎料合金的熔化温度；改善润湿性，同时改善钎料的力学性能。从材料成本及钎焊接头综合性能考虑，优选为Ag :2. 0-5. 0%和/或In :1. 0-3. 0%。Ge :在Cu中有较大的固溶度，但Ge为活性元素(活性低于Si)，可防止Zn的蒸发， 和Fe不会形成金属间化合物，同时考虑本发明的黄铜钎料钎焊温度有所降低，因此优选为 O. 05-0. 1%。
具体实施例方式实施例I一种黄铜钎料合金，其合金配方为 Cu :60%，Sn 1. 5%, Ag 5%, In 1.0%, Ge
O.05%, Zn :余量。上述黄铜钎料合金的制备步骤如下I)按以上配方配制各材料共计5000克；2)把Cu放入感应炉中加热到1100°C以上并使其熔化；3)加入Zn并充分搅拌，同时迅速降低熔化金属温度到920°C ；4)待熔化金属均匀后加入Ag并充分搅拌；5)加入Sn、In和Ge并搅拌均匀，然后浇铸；6)按常规的钎料加工方法挤压、拉丝制得该钎料合金。实施例2本实施例与实施例I不同之处在于采用如下配方Cu 58%, Sn 1. 0%, Ag 2%, Ge 0. 1%, Zn :余量。实施例3本实施例与实施例I不同之处在于采用如下配方
Cu 58%, Sn 2. 0%, Ag 4%, In 3%, Ge -.0.1%, Zn :余量。实施例4本实施例与实施例I不同之处在于采用如下配方Cu 60%, Sn 1. 5%, Ag 5%, Ge 0. 08%, Zn :余量。实施例5本实施例与实施例I不同之处在于采用如下配方Cu 59%, Sn 2. 0%, Ag 3. 0%, Ge 0. 06%, Zn :余量。实施例6本实施例与实施例I不同之处在于采用如下配方Cu 59%, Sn 1. 5%, In 3. 0%, Ge 0. 15%, Zn :余量。钎焊试样的制备采用常规的火焰钎焊，母材牌号为Q195，钎剂为硼酸三甲酯型气体钎剂。钎料熔点采用DSC测量，升温速度为10°C /min ;显微硬度的加载载荷为IOOgf，加载时间为15s ;钎焊试样界面形貌采用扫描电子显微镜观察。检测结果见表I。表I实施例和比较例检测结果比较
权利要求
1.一种黄铜钎料合金，其特征在于，由Cu、Zn、Sn、Ge以及Ag和/或In组成。
2.根据权利要求I所述的合金，其特征在于，所述各组分按质量百分比计Cu 58-60%, Sn 0. 5-3. 0%, Ag 1. 0-6. O %和 / 或 In :1. 0-5. 0%,Ge :0. 05-0. 3%，余量为 Zn。
3.根据权利要求2所述的合金，其特征在于，所述Cu:58-60 %，Sn :1.0-2.0%, Ag:2.0-5. 0%和 / 或 In 1. 0-3. 0%, Ge 0. 05-0. 1%，余量为 Zn。
4.根据权利要求3所述的合金，其特征在于，所述Cu:60%，Sn 1. 5%, Ag 5%, In 1%, Ge 0. 05%, Zn :余量。
5.根据权利要求3所述的合金，其特征在于，所述Cu58%, Sn 1.0%, Ag2%, Ge O. I %, Zn :余量。
6.根据权利要求3所述的合金，其特征在于，所述Cu:58%，Sn:2. 0%，Ag 4%, In 3%, Ge 0. 1%, Zn :余量。
7.根据权利要求3所述的合金，其特征在于，所述Cu60%, Sn 1. 5%, Ag 5%, Ge O. 08%, Zn :余量。
8.根据权利要求3所述的合金，其特征在于，所述Cu59%, Sn :2. 0%, Ag 3. 0%, Ge O. 06%, Zn :余量。
9.根据权利要求3所述的合金，其特征在于，所述Cu:59%，Sn :1. 5%，In 3. 0%,Ge O. 15%, Zn :余量。
全文摘要
本发明公开了一种黄铜钎料合金，由Cu、Zn、Sn、Ge以及Ag和/或In组成；所述各组分按质量百分比计Cu58-60％，Sn0.5-3.0％，Ag1.0-6.0％和/或In1.0-5.0％，Ge0.05-0.3％，余量为Zn。本发明所述的黄铜钎料合金和现有的黄铜钎料比较，熔化温度较低，可取代银钎料用于钢/铜接头的钎焊，由于含Ag量较低，因此成本较低。
文档编号B23K35/30GK102601542SQ20121008742
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者卫国强 申请人:华南理工大学