专利名称：一种含锆的铜银钛钎料合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铜银系合金，特别是指一种含锆的铜银钛钎料合金，属于中温钎料材料技术领域。
背景技术：
陶瓷材料具有耐磨，耐腐蚀，耐高温，绝缘性好等特性而广泛应用于现代工业和科技领域中，显示了广阔的应用前景。但因陶瓷材料硬度偏高，塑性差，难以变形和切削加工。因此，在工程应用上为数不少是采用陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷组成的复合构件，为此，必须解决陶瓷与金属及陶瓷与陶瓷相连接的问题。以往研究表明，陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷的焊接，最具潜力、采用较多的是活性钎接。目前，在直接钎焊连接中，Ag-Cu-Ti钎料是钎焊陶瓷公认最好的活性钎料。Ag-Cu-Ti合金活性焊料具有较小的浸润角，对陶瓷的浸润性最好。它摆脱了陶瓷之间及陶瓷与金属之间焊接时须先在陶瓷表面进行金属化处理的复杂工艺过程，可实现陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属组件一次钎焊成功。·现有的铜银钛钎料合金中银含量超过60%，如Ag71Cu27. 5Til. 5、Ag70Cu28Ti2、AgCuTi34. 5-1. 5，AgCuTi26. 5-3和Ag-CuTilO-4合金等，这些高银含量的合金，提高了材料的生产成本。另外，研究表明，在Ag-Cu系合金中添加Ti,形成了 Cu3Ti块状金属间化合物相，这种化合物相在钎焊过程中富集在基体与钎料的界面上，降低了钎焊头的强度。因此如何在保证合金的中温钎料性能的基础上，降低合金中银的含量，提高钎焊头的强度成为重要的研究内容之一。现有文献表明，目前国内外还没有通过在银铜钛合金中添加锆，以降低Ag的含量和Ti的副作用，提高合金的综合性能的报道。
发明内容
本发明的目的针对现有技术不足和缺陷，提供一种含锆的铜银钛钎料合金；本发明提供的钎料合金，通过锆的合金化，降低银含量和钛的副作用，改善钎料合金的钎焊性能，降低铜银钛钎料合金制造成本，满足工业生产的需要。本发明一种含锆的铜银钛钎料合金，包括下述组分，按质量百分比组成Ag: 10^45%,Ti :1 4%，Zr :0. 5 5%，余量为 Cu。本发明一种含锆的铜银钛钎料合金，包括下述组分，按质量百分比组成Ag: 15 40%,Ti :1. 5 3.5%，Zr :0. 8 4. 5%，余量为 Cu。本发明一种含锆的铜银钛钎料合金，包括下述组分，按质量百分比组成Ag :20^30%,Ti :2 3%，
Zr :1. 5 3%，余量为 Cu。本发明一种含锆的铜银钛钎料合金的制备方法为按设计的合金组分配比取各组分Ag，Ti，Zr，Cu ;真空熔炼氩气保护下浇铸获得铸锭；其中，Ti以海绵钛形式加入，Ag以纯银、Cu以电解铜的形式加入，Zr以Cu-Zr中间合金的形式加入。本发明合金组份及重量百分比为45%Ag，4%Ti，l%Zr，其余为Cu时，浇铸得到的钎料合金的熔点763°C。经过与黄铜合金钎焊后，焊点的剪切强度为96MPa，钎料与基体合金的润湿性能良好，没有发现Cu3Ti相富集于界面上。本发明合金组份及重量百分比为27. 5%Ag，2%Ti，2%Zr，其余为Cu时，浇铸得到的钎料合金的熔点774°C。经过与黄铜合金钎焊后，焊点的剪切强度为113MPa，钎料与基体合
金的润湿性能良好，没有发现Cu3Ti相富集于界面上。本发明合金组份及重量百分比为15%Ag，I. 5%Ti，4%Zr，其余为Cu时，浇铸得到的钎料合金的熔点786°C。经过与黄铜合金钎焊后，焊点的剪切强度为98MPa，钎料与基体合金的润湿性能良好，没有发现Cu3Ti相富集于界面上。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明由于采用上述组分配比，在现有铜银钛合金的基础上添加锆，通过锆的合金化，可以有效降低银含量和钛的副作用，显著改善钎料合金的钎焊性能，并且降低铜银钛钎料合金制造成本，本发明中锆的合金化机理简述于下由于Ti和Zr在元素周期表中隶属同一副族，具有相似的性质，Zr的加入破坏了 Cu3Ti的稳定结构，争夺电子，扰乱了 Ti、Ag、Cu的之间成键的平衡；由于Cu-Zr的键能比Cu-Ti和Zr-Ti的键能大，则Ti周围的Cu原子将趋向于Zr周围，从而使Ti周围的Cu原子数减少；Zr的加入将使得Ti活度增大，块状Cu3Ti相数量减少，尺寸小；Ag、Cu、Ti、Zr四种原子经重新组合成键，形成新的细小弥散分布的(Cu，Ag) 5 (Ti，Zr)相，新生相最初以一种异质粒子的形式存在作为弥散强化相，增大了形核率，进而降低了晶粒的尺寸；细小弥散分布的新相有利于形成柯垂尔气团产生钉扎效应，增强弥散强化作用，有效阻止位错运动和晶界滑移，使位错在外力作用下的移动抗力增加，从而提高了钎料合金的力学性能；同时Zr的添加，可以直接和间接的提高钎料的活性，元素的扩散深度和组织的均匀化程度高，有利于加速高温钎焊过程中原子的扩散和界面反应，这就使反应层相互作用的程度更深，反应更彻底，有利于形成连续致密的反应层，从而减小接头中的残余应力并提高接头强度。基于上述原因，在铜银钛合金的基础上，添加锆，降低银的含量，利用锆的活性作用，降低合金中块状析出相Cu3Ti的含量，形成新的细小弥散分布的(Cu，Ag) 5(Zr，Ti)相，提高钎料合金的强度，使钎焊性能得到改善，可利用现有的工业设备进行规模化生产。
附图I :为本发明对比例制备的合金铸态组织照片；附图2 :为本发明实施例2制备的合金铸态组织照片；附图3 :为本发明实施例3制备的合金铸态组织照片；附图4 :为本发明实施例4制备的合金铸态组织照片；附图I中可以看出，对比例制备的合金的铸态组织中含有块状Cu3Ti相；附图2、3、4中，可以看出，实施例2、3、4制备的合金铸态组织不含块状Cu3Ti相；
在图4中可以看到实施例4制备的合金铸态组织中含有细小弥散分布的(Cu, Ag) 5 (Zr, Ti)相。
具体实施例方式结合本发明的方法提供以下实例本发明的实施例是在铜银钛系合金(Ag =10^45%,Ti :广4%，余量为Cu)配料中添加不同含量的锆，其成分不同于已有的Ag71Cu27. 5Til. 5等铸造铜银钛合金，实施例1、2、3、4、5以及对比例合金配料如表I。实施例及对比例合金制备均采用真空熔炼氩气保护下浇铸成圆坯。真空熔炼温度为120(Tl50(TC，真空度为0. OOfO. I帕；具体说明如下对比例 合金配料(原料为纯银、电解铜、海绵钛)在真空感应熔炼炉中熔炼，氩气保护浇铸成铸锭。钎料合金的熔点789°C，维氏硬度为161HV。钎料合金运用于黄铜合金材料的连接，剪切强度测试表明，焊点的剪切强度为70MPa，钎料与焊接材料的润湿良好，但钎料与焊接材料界面上有大量块状Cu3Ti相富集。实施例I合金的配料(原料为纯银、电解铜、海绵钛、Cu_50Zr中间合金)在真空感应熔炼炉中熔炼，氩气保护浇铸成铸锭。钎料合金的熔点781°C，维氏硬度为178HV。钎料合金运用于黄铜合金材料的连接，剪切强度测试表明，焊点的剪切强度为81MPa，钎料与焊接材料的润湿良好，而钎料与焊接材料界面上没有Cu3Ti相富集。实施例2合金的配料(原料为纯银、电解铜、海绵钛Cu_50Zr中间合金)在真空感应熔炼炉中熔炼，氩气保护浇铸成铸锭，合金铸态组织结构件附图2。钎料合金的熔点786°C，维氏硬度为198HV。钎料合金运用于黄铜合金材料的连接，剪切强度测试表明，焊点的剪切强度为96MPa，钎料与焊接材料的润湿良好，而钎料与焊接材料界面上没有Cu3Ti相富集。实施例3合金的配料(原料为纯银、电解铜、海绵钛Cu_50Zr中间合金)在真空感应熔炼炉中熔炼，氩气保护浇铸成铸锭，合金铸态组织结构件附图3。钎料合金的熔点774°C，维氏硬度为211HV。钎料合金运用于黄铜合金材料的连接，剪切强度测试表明，焊点的剪切强度为113MPa，钎料与焊接材料的润湿良好，而钎料与焊接材料界面上没有Cu3Ti相富集。实施例4合金的配料(原料为纯银、电解铜、海绵钛Cu_50Zr中间合金)在真空感应熔炼炉中熔炼，氩气保护浇铸成铸锭，合金铸态组织结构件附图4。钎料合金的熔点763°C，维氏硬度为197HV。钎料合金运用于黄铜合金材料的连接，剪切强度测试表明，焊点的剪切强度为98MPa，钎料与焊接材料的润湿良好，而钎料与焊接材料界面上没有Cu3Ti相富集。实施例5合金的配料(原料为纯银、电解铜、海绵钛Cu_50Zr中间合金)在真空感应熔炼炉中熔炼，氩气保护浇铸成铸锭。钎料合金的熔点758°C，维氏硬度为199HV。钎料合金运用于黄铜合金材料的连接，剪切强度测试表明，焊点的剪切强度为94MPa，钎料与焊接材料的润湿良好，而钎料与焊接材料界面上没有Cu3Ti相富集。
表1(质量百分比)
权利要求
1.一种含锆的铜银钛钎料合金，包括下述组分，按质量百分比组成Ag:10^45%,Ti Γ4%,Zr 0. 5 5%，余量为Cu。
2.根据权利要求I所述的一种含锆的铜银钛钎料合金，包括下述组分，按质量百分比组成Ag:15^40%,Ti :1. 5^3. 5%,Zr :0. 8 4. 5%，余量为 Cu。
3.根据权利要求I所述的一种含锆的铜银钛钎料合金，包括下述组分，按质量百分比组成Ag :20^30%,Ti :2 3%，Zr :1. 5 3%，余量为Cu。
4.根据权利要求I所述的一种含锆的铜银钛钎料合金，包括下述组分，按质量百分比组成45%Ag，4%Ti，l%Zr，其余为Cu ;合金的熔点为763V ;与黄铜合金钎焊后，焊点的剪切强度为96MPa。
5.根据权利要求I所述的一种含锆的铜银钛钎料合金，包括下述组分，按质量百分比组成27.5%Ag，2%Ti，2%Zr，其余为Cu ;合金的熔点为774V ;与黄铜合金钎焊后，焊点的剪切强度为113MPa。
6.根据权利要求I所述的一种含锆的铜银钛钎料合金，包括下述组分，按质量百分比组成15%Ag，I. 5%Ti，4%Zr，其余为Cu ;合金的熔点为786°C ;与黄铜合金钎焊后，焊点的剪切强度为98MPa。
全文摘要
本发明公开了一种含锆的铜银钛钎料合金。包括下述组分，按质量百分比组成Ag:10~45%,Ti1~4%，Zr0.5~5%，余量为Cu。采用真空熔炼氩气保护浇铸、先熔化银和铜后加钛和锆。可用来直接钎接铜合金、钢铁、陶瓷和金刚石。本发明具有成本低，与铜合金钎焊后，接头机械强度高、表面光滑、质量稳定、一致性好，可充分填满钎缝间隙的优点。能取代现有的铜银钛钎料，适于规模化工业应用。
文档编号B23K35/30GK102699567SQ201210195850
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者张福勤, 李秀秀, 申婷婷, 肖代红, 袁铁锤 申请人:中南大学