一种无铅铜基非晶钎焊料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种无铅铜基非晶钎焊料的制备方法，该无铅铜基非晶钎焊料的总质量百分比为100％，0.02％≤P≤0.06％、0.02％≤Bi≤0.06％、4.0％≤Sn≤6.8％、13.5％≤Zn≤14.3％、0.15％≤Ce≤0.22％、71％≤Cu≤83％，余量为杂质。该制备方法包括备料和合金冶炼。本发明特加入了Bi元素，同时彻底摈除Cu元素，通过分析了无铅铜基非晶钎焊料的显微组织形貌，测试了无铅铜基非晶钎焊料的抗拉强度、断后伸长率以及维氏硬度，结果表明，添加Bi元素能显著提高无铅铜基非晶钎焊料的抗拉强度和硬度，添加Bi还能促使钎料析出针状或颗粒状富锌相。
【专利说明】一种无铅铜基非晶钎焊料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钎焊料的制备方法，尤其是涉及一种无铅铜基非晶钎焊料的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，公知的钎焊材料主要分为银基、镍基、铜基三种。银基钎焊料由于含银量高、熔点适中且稳定，具有优异的渗透性和流动性，焊接后有良好的强度、韧性，并且导热和导电性能优异，因此在薄膜、温控、电器装置等接触面小的工件焊接上得到了广泛的应用；并且其钎焊后表面颜色浅，可适用于银饰、眼镜等行业的加工。镍基钎焊料应用于高温合金及不锈钢零部件(如航空零部件、汽车及轮船零部件、坎具、医疗器械等)的焊接。而铜基钎焊料主要用于代替银基钎焊料，应用于精密仪表、电路和元器件、触头、热交换器等的焊接。由于多数导电部件都是由紫铜制备而成，而铜基钎焊料对紫铜有自钎作用，可以达到良好的钎焊性能。
[0003]现有铜基钎焊料，由于配方中P元素的存在，导致合金非常的脆，强度与韧性都不高，从而无法制带，而造成了其应用的局限性。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决目前铜基钎焊料的室温成型问题、提高钎焊料的性能，改变了传统钎焊配方和生产工艺，而提出一种无铅铜基非晶钎焊料的制备方法。
[0005]本发明是这样实现的，一种无铅铜基非晶钎焊料的制备方法，该无铅铜基非晶钎焊料包含P元素、Bi元素、Sn元素、Zn元素、Ce元素、Cu元素，该无铅铜基非晶钎焊料的总质量百分比为100%，其中，0.02%彡P彡0.06%、0.02%彡Bi彡0.06%A.0%^ Sn ^ 6.8%U3.5%^ Zn ^ 14.3%,0.15%^ Ce ^ 0.22%,71%^ Cu 彡 83%，余量为杂质；该制备方法包括以下步骤:
[0006](I)备料:Cu、Ce、Zn、Sn、B1、P 按重量比备料；
[0007](2)合金冶炼:
[0008]①先将冶炼炉预热至所需温度；
[0009]②倒入准备好的Sn，升温至全部融化，并沸腾；
[0010]③倒入准备好的Cu升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；[0011 ] ④加入准备好的Zn升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
[0012]⑤加入准备好的Ce升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
[0013]⑥加入准备好的B1、P混合；
[0014]⑦倒料:将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成无铅铜基非晶钎焊料母合金，即获得该无铅铜基非晶钎焊料。
[0015]作为上述方案的进一步改进，在合金冶炼的步骤中:
[0016]①先将冶炼炉预热至所需温度；
[0017]②倒入准备好的Sn，升温至全部融化，并沸腾5分钟；
[0018]③倒入准备好的Cu升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
[0019]④加入准备好的Zn升温至混合金属全部融化，并沸腾10分钟，使所加入的材料充分融合；
[0020]⑤加入准备好的CU升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
[0021 ] ⑥加入准备好的B1、P混合；
[0022]⑦倒料:将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成无铅铜基非晶钎焊料母合金，即获得该无铅铜基非晶钎焊料。
[0023]作为上述方案的进一步改进，该无铅铜基非晶钎焊料还包括Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素，该至少一种IVB族元素占0.02%?0.06% ;该制备方法包括以下步骤:
[0024](I)备料:Cu、Ce、Zn、Sn、B1、P 按重量比备料；
[0025](2)合金冶炼:
[0026]①先将冶炼炉预热至所需温度；
[0027]②倒入准备好的Sn，升温至全部融化，并沸腾；
[0028]③倒入准备好的Cu升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
[0029]④加入准备好的Zn升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
[0030]⑤加入准备好的Ce升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；[0031 ] ⑥加入准备好的B1、P混合；
[0032]⑦加入准备好的IVB族金属升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合；
[0033]⑧倒料:将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成无铅铜基非晶钎焊料母合金，即获得该无铅铜基非晶钎焊料。
[0034]优选地，在合金冶炼的步骤中:
[0035]①先将冶炼炉预热至所需温度；
[0036]②倒入准备好的Sn，升温至全部融化，并沸腾5分钟；
[0037]③倒入准备好的Cu升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
[0038]④加入准备好的Zn升温至混合金属全部融化，并沸腾10分钟，使所加入的材料充分融合；
[0039]⑤加入准备好的CU升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合；
[0040]⑥加入准备好的B1、P混合；
[0041]⑦加入准备好的IVB族金属升温至混合金属全部融化，并沸腾30分钟，使所加入的材料充分融合；
[0042]⑧倒料:将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成无铅铜基非晶钎焊料母合金，即获得该无铅铜基非晶钎焊料。
[0043]针对现有钎焊料P元素的危害，想彻底根除P元素是不可能的，因此，本发明特加入了 Bi元素，Bi元素、P元素分别与其它元素构成(Sn-9Zn0.05Ce)xBi和(Sn_9Zn0.05Ce)xP，同时彻底摈除Cu元素，Cu元素是重金属是可以彻底去除的，通过分析了无铅铜基非晶钎焊料的显微组织形貌，测试了无铅铜基非晶钎焊料的抗拉强度、断后伸长率以及维氏硬度，结果表明，添加Bi元素能显著提高无铅铜基非晶钎焊料的抗拉强度和硬度，添加Bi还能促使钎料析出针状或颗粒状富锌相；另外加入微量的T1、Zr、Hf这三种IVB族元素的一种或几种组合，在不提高钎焊温度的同时，提高了钎焊强度，保证了钎焊接头的力学性能。
【具体实施方式】
[0044]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0045]本发明的无铅铜基非晶钎焊料包含P元素、Bi元素、Sn元素、Zn元素、Ce元素、Cu元素，该无铅铜基非晶钎焊料的总质量百分比为100%，其中，0.P < 0.06%、0.02%彡 Bi 彡 0.06%,4.0%^ Sn ^ 6.8%、13.5%^ Zn ^ 14.3%,0.15%彡 Ce 彡 0.22%,71%< Cu < 83 %，余量为杂质。针对现有钎焊料P元素的危害，想彻底根除P元素是不可能的，因此，本发明特加入了 Bi元素，Bi元素、P元素分别与其它元素构成(Sn-9Zn0.05Ce)xBi和(Sn-9Zn0.05Ce)xP，同时彻底摈除Cu元素，Cu元素是重金属是可以彻底去除的，通过分析了无铅铜基非晶钎焊料的显微组织形貌，测试了无铅铜基非晶钎焊料的抗拉强度、断后伸长率以及维氏硬度，结果表明，添加Bi元素能显著提高无铅铜基非晶钎焊料的抗拉强度和硬度，添加Bi还能促使钎料析出针状或颗粒状富锌相。
[0046]该无铅铜基非晶钎焊料还可包括Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素。在不提高钎焊温度的同时，提高了钎焊强度，保证了钎焊接头的力学性能。
[0047]本发明的无铅铜基非晶钎焊料由铜、硅、锡、镍和稀土元素根据一定比例配比而成，所制钎焊料带材具有较好的表面形成能力，表面光洁度优良，并且厚度非常的薄，一般在0.02-0.03mm。所需的原材料中以铜替代了银，从而大大降低了成本。
[0048]在添加IVB族元素，并用特殊工艺冶炼成母合金后，在不提高钎焊温度的同时，大大提高了钎焊强度，保证了钎焊接头的力学性能。同时制备工艺简单，可利用通用设备大量的生产。
[0049]本发明的无铅铜基非晶钎焊料的制备方法的具体实施步骤如下。
[0050]1、备料:根据材料配方，按各种原料重量比备料。
[0051]2、合金冶炼:①先将冶炼炉预热至所需温度；②倒入准备好的锡，升温至全部融化，并沸腾约5分钟；③倒入准备好的铜升温至混合金属全部融化，并沸腾约5分钟，使所加入的材料充分融合加入准备好的锌升温至混合金属全部融化，并沸腾约10分钟，使所加入的材料充分融合加入准备好的铈升温至混合金属全部融化，并沸腾约5分钟，使所加入的材料充分融合加入准备好的B1、P混合；⑦倒料:将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成无铅铜基非晶钎焊料母合金。
[0052]当然，也可以在倒料之前加入准备好的钛、锆、铪等IVB族元素金属，升温至混合金属全部融化，并沸腾约30分钟，使所加入的材料充分融合。
[0053]3、制带:制带具体步骤如下:
[0054]I)、将无铅铜基非晶钎焊料母合金投入石英管甩带机，抽真空至l*10_2Pa以下；
[0055]2)、向石英管甩带机的石英管料槽中充入高纯氩气至0.1MPa以上，并再次抽真空至l*lCT2Pa以下；
[0056]3)、重复2)步骤2-3次；
[0057]4)、开启高频电源，待无铅铜基非晶钎焊料母合金熔化之后，充入高纯氩气，并开始甩带，得到无铅铜基非晶钎焊料。也就是说，在制带之前，将工业级纯度原料按合金配方配料粉碎成小块装，投入采用真空感应冶炼炉(要求真空可抽至l*10_2Pa以下)中熔炼成无铅铜基非晶钎焊料母合金，浇筑成块。
[0058]本发明采用非晶制备技术，保证了合金以及带材的均匀性，浸润性，从而提升了钎焊强度，通过改变铜基钎焊料配方，掺入IVB族元素取代传统配方中的B元素，改进了铜基钎焊料强度与韧性，在不提高钎焊温度的前提下，进一步提升了钎焊强度，保证了钎焊接头的力学性能。
[0059]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种无铅铜基非晶钎焊料的制备方法，其特征在于:该无铅铜基非晶钎焊料包含P元素、Bi元素、Sn元素、Zn元素、Ce元素、Cu元素，该无铅铜基非晶钎焊料的总质量百分比为 100%，其中，0.02%^ P ^ 0.06%,0.02%^ Bi ^ 0.06%,4.0%^ Sn ^ 6.8%,13.5%^ Zn ^ 14.3%,0.15%^ Ce ( 0.22%,71%^ Cu ( 83%，余量为杂质；该制备方法包括以下步骤: (1)备料-Cu、Ce、Zn、Sn、B1、P按重量比备料； (2)合金冶炼: ①先将冶炼炉预热至所需温度； ②倒入准备好的Sn，升温至全部融化，并沸腾； ③倒入准备好的Cu升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合； ④加入准备好的Zn升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合； ⑤加入准备好的Ce升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合； ⑥加入准备好的B1、P混合； ⑦倒料:将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成无铅铜基非晶钎焊料母合金，即获得该无铅铜基非晶钎焊料。
2.如权利要求1所述的无铅铜基非晶钎焊料的制备方法，其特征在于:在合金冶炼的步骤中: ①先将冶炼炉预热至所需温度； ②倒入准备好的Sn，升温至全部融化，并沸腾5分钟； ③倒入准备好的Cu升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合； ④加入准备好的Zn升温至混合金属全部融化，并沸腾10分钟，使所加入的材料充分融合； ⑤加入准备好的CU升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合； ⑥加入准备好的B1、P混合； ⑦倒料:将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成无铅铜基非晶钎焊料母合金，即获得该无铅铜基非晶钎焊料。
3.如权利要求1所述的无铅铜基非晶钎焊料的制备方法，其特征在于:该无铅铜基非晶钎焊料还包括Ti元素、Zr元素、Hf元素中的至少一种IVB族元素，该至少一种IVB族元素占0.02%?0.06% ;该制备方法包括以下步骤: (1)备料-Cu、Ce、Zn、Sn、B1、P按重量比备料； (2)合金冶炼: ①先将冶炼炉预热至所需温度； ②倒入准备好的Sn，升温至全部融化，并沸腾； ③倒入准备好的Cu升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合； ④加入准备好的Zn升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合； ⑤加入准备好的Ce升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合； ⑥加入准备好的B1、P混合； ⑦加入准备好的IVB族金属升温至混合金属全部融化，并沸腾使所加入的材料充分融合； ⑧倒料:将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成无铅铜基非晶钎焊料母合金，即获得该无铅铜基非晶钎焊料。
4.如权利要求3所述的无铅铜基非晶钎焊料的制备方法，其特征在于:在合金冶炼的步骤中: ①先将冶炼炉预热至所需温度； ②倒入准备好的Sn，升温至全部融化，并沸腾5分钟； ③倒入准备好的Cu升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合； ④加入准备好的Zn升温至混合金属全部融化，并沸腾10分钟，使所加入的材料充分融合； ⑤加入准备好的CU升温至混合金属全部融化，并沸腾5分钟，使所加入的材料充分融合； ⑥加入准备好的B1、P混合； ⑦加入准备好的IVB族金属升温至混合金属全部融化，并沸腾30分钟，使所加入的材料充分融合； ⑧倒料:将熔融状态的混合金属材料，倒入冷却槽迅速冷却，形成无铅铜基非晶钎焊料母合金，即获得该无铅铜基非晶钎焊料。
【文档编号】B23K35/40GK104439755SQ201410652304
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】刘桂芹 申请人:刘桂芹