银铜钯金合金丝状钎料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电真空器件用银合金钎焊材料及其制备方法，特别是银铜钯金(AgCuPdAu)四元合金丝状钎料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]真空电子器件工作要求长期维持高真空，器件通常在氢气炉或真空炉中进行钎焊。因此钎料必须满足以下要求:1)一般钎料不能含有Zn、Cd、B1、Mg、Li等高蒸汽压元素；
2)钎料的含氧量不得超过0.001%，保证钎料在氢气炉中钎焊时无溅散；3)钎料必须清洁，否则钎料熔化时焊接表面变黑，严重影响器件的正常使用；4)熔点至少要比母材的熔点低60°C左右；5)对母材的流布性(润湿性、铺展性、填充缝隙的能力等)满足钎焊工艺的要求。
[0003]在众多的电真空钎料中，金基钎料一直以来以独有的焊接优点被应用于电真空器件的焊接中。金基钎料对多种金属都有较好的流布性(润湿性和铺展性)，蒸汽压低，抗氧化、抗腐蚀性高，熔流点接近，常用于铜、镍、可伐、不锈钢等金属及合金的焊接，特别是用于焊接接头有抗氧化和高温强度要求的焊接。该类钎料除了母材铜外，对其它母材的侵蚀程度小，一般适宜钎焊较薄部件。目前900°C?1000°C范围内的金基合金主要有:AuCu20(910°C)、AuCu37.5 (930°C?940°C )、AuNil7.5 (950°C )、AuCu50 (955°C?975°C )、AuCu60(98(TC?10(TC)等。
[0004]在电真空器件实际焊接工作中，往往因焊接结构的复杂性需要进行分级焊接。这就需要根据不同的温区选用不同焊料，以实现梯度焊接。特别是在900°C?950°C温区，AuCu20是最佳的梯度焊料，其熔点和流点均为910°C，不存在熔流温差而影响焊料的流布性，具有焊接性能好、蒸汽压低、塑性好、焊接母材广泛等优点，但由于AuCu20涉及贵金属黄金原料，原料成本及价格较高，使得电真空器件焊接成本昂贵，因此替代金基焊料的研究显得尤为重要。目前在电真空行业中，广泛采用价格较为低的银基钎料和钯基钎料来替代金基钎料在电真空器件上的应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种银铜钯金合金材料，替代AuCu20焊料，与AuCu20相比使用成本低，焊接时流布性好，被广泛应用于电真空器件的焊接。
[0006]本发明的另一目的在于提供所述银铜钯金合金的制备方法。按所述的银铜钯金合金成分重量百分比配好炉料，将配好的炉料放入熔炼炉中进行熔炼，炉料熔化后浇铸成所需形状。本发明推荐熔炼过程采用真空氩气保护，避免纯银材料熔炼过程中产生氧化引入氧化物夹杂等杂质。
[0007]本发明的又一目的在于提供一种银铜钯金合金丝状钎料，该钎料由所述银铜钯金合金制备得到，能满足900°C?950°C温区焊接时对钎料熔点和焊接性能的要求。
[0008]本发明的再一目的在于提供一种所述银铜钯金合金丝状钎料的制备方法，通过采用旋锻和真空退火以改善其加工性能，采用表面处理及扒皮处理等措施解决了银铜钯金电真空钎料清洁性差的难题。扒皮处理为将工件表面氧化层去除，避免后续深加工引入氧化夹杂等杂质。
[0009]为实现以上目的，本发明采取以下设计方案:
一种银铜钯金合金，其特征在于成分组成及质量百分比为:铜，25%?35% ;钯，20%?30 ;金，0.1%?5%;银，余量。
[0010]
[0011]所述的银铜钯金合金优选的成分组成及质量百分比为:铜，30%±2% ;钮，25%±2% ;金，1%±0.7% ;银，余量。
[0011]一种银铜钯金合金钎料，其由上述的银铜钯金合金制得。
[0012]所述银铜钯金合金钎料的制备方法步骤如下:
a)按权利要求1或2所述的银铜钯金合金成分组成及配比选用炉料，将配好的炉料放入真空熔炼炉的坩埚中进行熔炼；
b)启动抽真空泵抽真空后开始升温,待炉料全部熔化后精炼5-20分钟，冲入氩气，调节温度至900°C?1000°C，静置2?5分钟，开始浇铸成所需尺寸的铸锭，本发明为便于后续加工浇铸成Φ15πιπι的圆棒，抽真空可采用机械泵、罗茨泵等抽真空；
c)铸锭出炉后，将铸锭去头去尾直至确保铸锭没有缺陷。上述步骤制备了银铜钯合金钎料棒状铸锭，成品丝状钎料还需进一步将铸锭机械加工为丝状钎料。
[0013]本发明的另一目的是提供一种银铜钯金合金丝状钎料的制备方法，成品钎料具有蒸气压低、润湿母材广泛和填充性良好等焊接优点，能够满足高性能电真空器件的焊接要求。由该方法来制备银铜钯金合金丝状钎料，可以进一步提高钎料的加工塑性，同时保证钎料在加工成型过程的清洁性，以防止氧化。
[0014]为实现上目的，本发明采取以下设计方案:
一种银铜钯金合金态丝状钎料，由上述的银铜钯金合金制得。
[0015]一种银铜钯金合金态丝状钎料的制备方法，首先将上述步骤得到的银铜钯金合金铸锭，继续下列步骤:
d)将权利要求4得到的银铜钯金合金铸锭用旋锻机进行多道次旋锻，直径由Φ15mm旋锻到Φ3.4mm，中间进行真空退火，加热到600°C?620°C后保温I小时?3小时并随炉冷却。
[0016]e)先用轧尖机将上述得到的银铜钯金合金态丝材轧出尖部以用于穿模，在立式拉丝机上进一步拉丝；
f)拉丝过程中进行中间真空退火，在氩气保护下加热到600°C?620°C后保温I小时?3小时，真空状态下随炉冷却，出炉后进行扒皮处理去除氧化层和表面缺陷，之后继续多道次拉拔；
h)拉拔Φ0.5mm成品丝时，用棉布蘸无水酒精擦洗拉丝模出口一侧的成品丝端部，进行细化处理；(烧尖问题)
银铜钮金合金铸锭旋锻由Φ 15mm旋锻到Φ3.4mm的具体过程为:先由Φ 15mm旋锻到Φ11_，为了去除残余应力，且提高合金的加工塑性，在氩气保护下进行真空退火，加热到600°C?620°C后保温I小时?3小时，真空状态下随炉缓慢冷却；之后继续进行多道次旋锻，直径由Φ I Imm旋锻到Φ 7.8mm,进行真空退火；随后由Φ7.8mm旋锻到Φ 5.6mm,进行真空退火；由Φ5.6_旋锻到Φ3.4_后真空退火，之后进行扒皮处理。旋锻加工过程中，避免棒材表面出现小毛刺，需控制好道次加工量，同时通过扒皮处理去除丝材表面氧化层和小毛刺。
[0017]银铜钮金合金丝状钎料由Φ3.4mm拉拔到Φ0.5mm的具体过程为:在立式拉丝机上进行，先由Φ 3.4mm多道次换模拉到Φ 1.5mm，之后真空退火加热到600°C?620°C后保温I小时?3小时，真空状态下随炉缓慢冷却，之后进行扒皮处理，以保证电真空钎料的清洁性；再经多道拉拔得到Φ1.0mm的丝；最后在水箱拉丝机上进行，经多道模子穿拉一次成型得到Φ0.5mm的丝。
[0018]拉丝过程用块状肥皂或热肥皂液对被拉拔的银铜钯金合金丝进行润滑。
[0019]在水箱拉丝机穿模前需要对端部进行细化处理(烧尖)，由于含金量的限制，须在盐酸中进行电化学反应烧尖。
[0020]本发明的优点是:
(I)用本发明银铜钯金合金制得的合金态丝状钎料其焊接性能优良，具有润湿母材广泛、蒸汽压低、填充性好等优点，是一种重要的电真空器件用钎料。适量金的添加有效改善了合金的塑性，同时也缩小了钎料的固液相线温度差。
[0021](2)本发明采用真空熔铸成型-旋锻工艺方法，并进行真空退火工艺，这些有效地改善了材料的加工成型性能；退火后的表面处理对产品的清洁性有显著提高，同时扒皮处理也减少了氧化皮对成品清洁性的不利影响。
[0022](3)本发明制得的银铜钯金合金态丝状钎料的钎焊温度为910°C?930°C，与AuCu20 (熔点910°C)钎焊温度相接近，在焊接母材为无氧铜、镍、不锈钢、镍合金等的电真空器件时可以部分替代AuCu20，大大降低了电真空器件焊接成本。
【具体实施方式】
[0023]本发明银铜钯金合金的成分组成及质量百分比为:铜，25%?35% ;钯，20%?30% ；金，0.1%?5%;银，余量。优选的方案是:铜，30%±2%;钮，25%±2%;金，1%±0.7%;银，余量。
[0024]本发明的主要创新点在于:在上述成分的银铜钯合金中添加适量的金，以缩小钎料的固液相线温度差，从而改善钎料的焊接性能，同时也提高了合金的加工塑性。在上述配比的银铜钯金合金成分范围内经真空熔铸成型制得合金，再进一步旋锻-真空退火-拉丝-扒皮处理等工艺得到银铜钯金合金态丝状钎料。
[0025]下面是本发明制备银铜钯金合金丝状钎料整个过程，具体方法工艺如下:
一、熔铸
熔铸设备:真空熔铸炉；高纯氧化铝坩埚；
熔铸辅料:坩埚钳、高纯石墨模具、氩气、测温热偶。
[0026]熔铸工艺过程:
1.熔料前，将真空熔炼炉内壁先用试纸、而后用酒精或丙酮擦拭干净。
[0027]2.原材料的选择及配比:银，99.95%?99.99%;铜，5N以上的无氧铜；钯，99.95%?99.99% ;金，用电解法对金4N (99.99%)原材料进行提纯，使其纯度达到5N以上O 99.999%)。按标准要求成分计算加入炉料量，为保证配料计算及称重的准确性，必须复验。
[0028]3.操作:配好的炉料放入坩埚中，机械泵、罗茨泵抽真空至4Pa?6Pa以上开始升温，待炉料全部熔化后调至10KW，精炼5分钟?20分钟，冲入氩气，调节温度至900-1000°C，静置2分钟?5分钟，开始浇铸。
[0029]二、旋锻
旋锻设备:旋锻机；真空退火炉
旋锻加工工艺过程:经多道旋锻模将铸锭由直径Φ15πιπι锻到ΦΙΙπιπι，在氩气保护下真空退火，加热到600°C?620°C后保温I小时?3小时，真空状态下随炉缓慢冷却。之后再继续旋锻由直径Φ I Imm锻到Φ7.8mm, Φ7.8mm旋锻到Φ5.6mm, Φ5.6mm旋锻到Φ3.4mm,中间分别进行三次真空退火。加工率30%?40%，道次加工率约8%。若材料表面有氧化现象，要进行扒皮处理。
[0030]三、拉丝
使用设备:立式拉丝机；水箱拉丝机、轧尖机、真空退火炉、拉丝模。
[0031]拉丝工艺过程:将银铜钯金合金丝在轧尖机上进行轧尖，用于穿模，经多道拉拔得到Φ1.5mm丝后真空退火，加热到600°C?620°C后保温I小时?3小时，并进行扒皮处理；拉拔到Φ 1.0mm后,经水箱拉丝机多道模子穿拉一次成型得到Φ0.5mm的丝,盘卷。拉丝过程用块状肥皂或热肥皂液对银铜钯金合金丝进行润滑。在水箱拉丝机穿模前需要烧尖，由于含金量的限制，须在盐酸中进行电化学反应烧尖。
[0032]四、成品清洗、包装:
用棉布蘸无水酒精擦洗拉丝模出口一侧的成品丝，并盘卷包装。
[0033]下面结合具体的实施