一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料，属于金属连接材料领域。该连接材料主要适用于管件、工具、电机、电器等微小触点焊接。无需使用钎剂，且具有“自钎性能”。相比传统的含银65%的高银钎料，具有良好的润湿性和力学性能。
【背景技术】
[0002]在电机制造业中，电机线圈的钎缝主要是采用含银65%的高银AgCuZn钎料进行焊接，但是随着银钎料的用量的逐渐增加，高银无疑增加了成本负担。另外在钎缝中发现明显的熔渣存在，明显降低钎缝强度和韧性。对于一些需要承受多次振动载荷的工件以及Ag/Cu, Agff等电触头的焊接时，钎焊后的残渣很难清理，无疑给整个结构件带来安全隐患。
[0003]为了实现钎焊后无残渣的存在，钎料的自钎性成为钎焊材料的一个重要性能。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料，通过添加合金元素，在不使用钎剂的前提下，使钎料具有在钎焊过程中自动清理残渣的作用，同时该钎料具有良好的润湿性和力学性能。主要解决以下关键问题:优化稀土元素Yb、Ge、纳米Nb、Ag、Cu、Zn和Li含量，得到高性能的连接材料。
[0005]本发明是以如下技术方案实现的:一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料，其成分及质量百分比是:Ag含量为45.0 %?62.0 %，Zn含量为9 %?13 %，Li含量为I % -5 %，Yb含量为0.001 %?0.03 %，Ge含量为0.001?0.02 %，纳米Nb含量为0.01 %?0.5 %，其余为Cu。
[0006]本发明采用生产复合金属材料的常规制备方法得到。
[0007]本发明优选米用的方法是:首先制备Cu_L1、Cu-Yb和Ag-Ge中间合金，然后将市售的白银、电解铜、Cu-L1、Cu-Yb和Ag-Ge中间合金，按需要配比，采用常规的中频冶炼炉冶炼、最后加入纳米Nb。对银钎料进行浇铸、挤压、拉拔，得到含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料丝材。
[0008]本发明的机理是:对于一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料，Yb、Ge和纳米Nb均为高活性材料，优先与AgCuZn钎料中的元素反应，三者親合作用遏制Li与基体组元反应，锂极易氧化而生成锂的氧化物，可与许多氧化物形成低熔点复合物，氧化锂可以与大气中的水分发生作用，形成氢氧化锂(熔点450°C )，而熔融状态的氢氧化锂几乎能溶解所有的氧化物，保证银钎料的自钎性，另外稀土 Yb为金属材料的“维他命”，可以显著提高银钎料的润湿性和钎焊接头力学性能。Ge元素对钎料具有明显的抗氧化性，保证熔融钎料流动性。纳米Nb颗粒在焊点内部可以被吸附在晶界附件，对晶界具有钉扎的作用，可以强化接头，提高接头的力学性能。考虑到银钎料的性能变化，最大程度发挥Ag、Cu、Zn、L1、Yb、Ge和纳米Nb的作用，故而控制Ag含量为45.0 %?62.0 %，Zn含量为9 %?13 %，Li含量为1% -5%，Yb含量为0.001%?0.03%，Ge含量为0.001?0.02%，纳米Nb含量为0.01%?0.5%，其余为Cu。
[0009]与已有技术相比，本发明的有益效果在于:本发明利用稀土 Yb、Ge和纳米Nb三者耦合作用，对Ag-Cu-Zn-Li钎料的性能进行改性，显著提高了钎料的自钎性，钎料的润湿性和钎焊接头的力学性能；具有较好的自钎性、优良的润湿性和较高的力学性能。
【具体实施方式】
[0010]下面通过实施例进一步说明本发明的技术方案和效果。
[0011]下述5个实施例制备方法为:首先制备Cu_L1、Cu_Yb和Ag-Ge中间合金，然后将市售的白银、电解铜、Cu-L1、Cu-Yb和Ag-Ge中间合金，按需要配比，采用常规的中频冶炼炉冶炼、最后加入纳米Nb。对银钎料进行浇铸、挤压、拉拔，得到含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料丝材。
[0012]实施例1
[0013]成分配比:45.0 % 的 Ag，9.0 % 的 Zn, 1.0 % 的 Li, 0.001 % 的 Yb, 0.001 % 的Ge，0.01%的纳米Nb，其余为Cu。
[0014]上述成分配比得到的“一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，紫铜-黄铜钎缝强度:σ b= 200MPa, τ = 190MPa，与BAg65CuZn钎料配合B102助焊剂钎焊紫铜-黄铜钎焊接头力学性能相当。
[0015]实施例2
[0016]成分配比:50.0 % 的 Ag，10.0 % 的 Zn, 2.0 % 的 Li, 0.002 % 的 Yb, 0.005 % 的
Ge，0.1 %的纳米Nb，其余为Cu。
[0017]上述成分配比得到的“一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，紫铜-黄铜钎缝强度:σ b= 212MPa, τ = 203MPa，与BAg65CuZn钎料配合B102助焊剂钎焊紫铜-黄铜钎焊接头力学性能相当。
[0018]实施例3
[0019]成分配比:55.0 % 的 Ag，11.0 % 的 Zn, 3.0 % 的 Li, 0.003 % 的 Yb, 0.01 % 的Ge，0.2%的纳米Nb，其余为Cu。
[0020]上述成分配比得到的“一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，紫铜-黄铜钎缝强度:σ b= 220MPa, τ = 21OMPa,与BAg65CuZn钎料配合B102助焊剂钎焊紫铜-黄铜钎焊接头力学性能相当。
[0021]实施例4
[0022]成分配比:60.0 % 的 Ag，12.0 % 的 Zn, 4.0 % 的 Li, 0.003 % 的 Yb, 0.02 % 的Ge，0.4%的纳米Nb，其余为Cu。
[0023]上述成分配比得到的“一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，紫铜-黄铜钎缝强度:σ b= 236MPa, τ = 231MPa，高于BAg65CuZn钎料配合B102助焊剂钎焊紫铜-黄铜钎焊接头力学性能。
[0024]实施例5
[0025]成分配比:62.0 % 的 Ag，13.0 % 的 Zn, 5.0 % 的 Li, 0.003 % 的 Yb, 0.02 % 的Ge，0.5%的纳米Nb，其余为Cu。
[0026]上述成分配比得到的“一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，紫铜-黄铜钎缝强度:σ b= 240MPa, τ = 234MPa，高于BAg65CuZn钎料配合B102助焊剂钎焊紫铜-黄铜钎焊接头力学性能。
【主权项】
1.一种含Yb、Nb和Ge的自钎性银钎料，其特征在于:其成分及质量百分比为:Ag含量为45.0%?62.0%，Zn含量为9%?13%，Li含量为1% -5%, Yb含量为0.001%?.0.03%，Ge含量为0.001?0.02%，纳米Nb含量为0.01%?0.5%，其余为Cu。
【专利摘要】本发明公开了一种含Yb、Ge和纳米Nb的自钎性银钎料，属于金属连接材料领域。该互连材料的Ag含量为45.0％～62.0％，Zn含量为9％～13％，Li含量为1％-5％，Yb含量为0.001％～0.03％,Ge含量为0.001～0.02％，纳米Nb含量为0.01％～0.5％，其余为Cu。本发明利用稀土Yb、Ge和纳米Nb三者耦合作用，对Ag-Cu-Zn-Li钎料的性能进行改性，显著提高了钎料的自钎性、钎料的润湿性和钎焊接头的力学性能。特别适用于管件、工具、电机、电器等微小触点焊接时，无需使用钎剂。
【IPC分类】B23K35/30
【公开号】CN105081607
【申请号】CN201510587274
【发明人】张亮, 杨帆, 郭永环
【申请人】江苏师范大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月15日