专利名称：一种电真空钎料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种有色金属电真空钎料及其制备技术，尤其涉及一种银铜锗钴合金材料及制备方法。
背景技术：
真空电子器件是由多种材料通过焊接方法连接成为结构复杂的构件，尺寸精度要求高。这些材料主要有:铜及铜合金、镍及镍合金、铁与钢、钨与钥、钽与铌、钛、锆与铍等。铜具有高导电、导热和良好的耐腐蚀性能，成本低，易于加工。在器件中广泛应用有无氧铜、铍青铜和白铜。纯镍及其合金由于熔点高、蒸汽压低，耐腐蚀、化学稳定性好，容易机械加工，多用于制造器件中电子枪零件。纯铁具有屈服点低、塑性好、矫顽力低、导磁率高、导电和导热性好等特点，能制造期间的各种构件。钨、钥、钽、铌属于难熔金属，它们具有熔点高、热强度高、弹性模量高以及抗腐蚀性能优异的特点，常用于制作耐高温零件。针对真空电子器件用以上多种基体材料，常用的钎焊料包括银基、金基、铜基等。其中，银系钎料是应用最广泛、历史最悠久的一类焊料，其具有适宜的熔点，良好的导电性,较高的强度和塑性,加工性能好,并且在各种介质中抗蚀性也较好,价格便宜等优点，在电真空器件生产中被大量应用，在600-1100°C范围内的钎料主要以银系为主。其中AgCu共晶(AgCu28)是电真空领域的基础焊料，它广泛应用于钎焊可伐合金、钥、镍、铜及其合金、不锈钢等，在工艺上一般都需采取表面镀镍等措施，特别是焊可伐时，必须先镀镍，否则出现可伐开裂的现象。近几年真空开关管生产厂家将Ag-Cu-Ni焊料用于管壳与端盖的焊接，随着工艺的完善，取代了 Ag-Cu28焊料。省去了不锈钢表面镀镍的工艺步骤，一方面减少了一道工序，节省了时间和人力物力，更主要的是从环保的角度减少了对环境的污染。Ag-Cu28的熔点较低，没有结晶间隙，所形成的焊缝的导热性和导电性较好。而且它是共晶，熔流点相同都是779°C，流布性好，操作工艺容易控制。但Ag-Cu-Ni合金钎料的熔流点不一致，为800-850°C，比Ag-Cu28的流点高70°C。
发明内容
本发明的目的是提供一种银铜锗钴合金的电真空钎料，其是用于真空电子器件构件的焊接，该合金钎料的熔流点相对银铜镍低，与银铜28相当，为773±10°C。而且该合金钎料在用于真空电子器件的焊接时也不用进行镀镍的工序，可以直接焊接不锈钢、铜和可伐等合金。为实现上述目的，本发明采取以下设计方案:
一种电真空钎料，为银铜锗钴合金，该银铜锗钴合金成分组成及质量百分比为:Cu，26-30% ；Ge, 1.5-2.5% ；Co,0.15-0.35% ； Ag，余量。一种前述电真空钎料，其熔流点低于银铜镍27-1合金焊料，该银铜锗钴合金熔流点为 773±10°C。
一种前述电真空钎料的用途，它是用于在省去焊接前镀镍工序的条件下直接焊接可伐、不锈钢或铜等结构件。本发明的另一目的是提供一种由银铜锗钴合金材料的制备方法。为实现该目的，本发明采取以下设计方案:
一种电真空钎料的制备方法，其首先熔铸银铜锗钴合金铸锭，再根据需要尺寸压力加工为相应的片材、丝材或合金制品；其中，所述熔铸方法步骤如下:
1)按不超前述的电真空钎料的配比范围计算并称重备银、无氧铜、锗和钴材料，其中，所述的银材料至少包括有一部分银片，该银片的数量满足包裹全部的锗、钴材料；
2)将用银片包裹后的锗和钴材料放入氧化铝坩埚内，再将无氧铜和剩余银材料放入氧化招樹祸内；
3)抽真空4 6Pa;
4)加大功率，缓慢升温至300 4000C，保温15 20分钟；
5)再提高功率，升温至800 90(TC，待氧化铝坩埚内材料全部熔化后，静止20 30分钟，精炼除气；
6)充氩气，降功率，控制氧化铝坩埚内的温度在800 900°C，将合金液浇铸到水冷模具中，形成铸锭；
所述的合金片材或丝材的制备方法如下:将上述制备方法得到的银铜锗钴合金锭进行开坯、中轧和精轧，道次变形量控制在10-20%以内，总变形量控制在80%-90%以内冲间去应力退火和表面清洗，温度控制在400-500°C之间，保温时间1-2小时；形成所需尺寸的合金片材或丝材。所述合金制品的制备方法是在前述合金片材的基础上利用相应尺寸的冲模进行冲制所形成；在冲制过程中注意制品的表面划伤、边缘毛刺等。所述电真空钎料的制备方法的合金熔铸过程中，在材料未熔化前进行缓慢升温，并进行保温，即由所述的步骤4)始，加大功率5 10kw，缓慢升温至300 400°C，保温15 20分钟；使合金原材料中的易挥发物质充分挥发，保证合金的成分含量、清洁性和溅散性。在所述的银铜锗钴合金制备方法中，所述的银的纯度不低于4N，所述的锗的纯度不低于5N，所述的钴的纯度不低于4N，以保证制备出的电真空钎料具有优良的性能。本发明银铜锗钴合金主要用于电真空器件的焊接方面，可制成片材也可制成丝材、制品等。本发明结合了 Ag_Cu28合金的熔点较低和Ag-Cu-Ni合金使用时不用镀镍的两项优点，设计开发了该种电真空钎料。该焊料在焊接可伐、不锈钢等材料时，无需镀镍，一方面减少了一道工序，节省了时间和人力物力，更主要的是从环保的角度减少了对环境的污染，取代了 Ag-Cu28焊料；并且其熔点与Ag-Cu28合金接近，约为773V，同时也解决了Ag-Cu-Ni合金钎料的熔流点不一致(为800-850°C)，焊接温度高，在与银铜28相同焊接温度下与母材的润湿性不理想问题。本发明的优点是:
1、本发明银铜锗钴合金具有比银铜镍低的熔点，在焊接时流动性和润湿性较好；
2、本发明银铜锗钴合金在焊接可伐、不锈钢等材料时无需镀镍，可以直接用于焊接，减少焊接工序，节约焊接成本；3、本发明银铜锗钴合金制备方法保证了合金焊料的清洁性和溅散性，具有较好的产业化。
图1为浸润性试验的结果表。
具体实施例方式本发明电真空钎料的基础产品是熔铸制备出的银铜锗钴合金铸锭；再根据使用需要尺寸压力加工为相应的片材、丝材或合金制品。本发明在熔铸和加工过程中通过选材及加工变形量的严格控制，保证了合金的清洁性和溅散性。下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。实施例1:
采用下述的制备方法制备银铜锗钴合金铸锭，其中，选用原料的各组分及质量百分比为:Cu,28% ；Ge,2% ；Co,0.25% ； Ag，余量。制备工艺如下:
1)备原材料:按照上述组分及质量百分比配比计算、称重，备4N银(包括一部分的银片)、无氧铜、5N锗和4N钴材料；
2)将所有的锗、钴材料用银片包裹后放入氧化铝坩埚内，再将无氧铜、剩余银材料放入氧化铝坩埚；
3)抽真空至4Pa；
4)加功率IOkw缓慢升温至400°C，保温20分钟；
5)提高功率30kw，升温至900°C，待氧化铝坩埚内材料全部熔化后，静止30分钟，精炼除气；
6)充氩气，降功率至10kw，温度控制在900°C，将合金液浇铸到水冷模具中，形成铸锭。实施例2:
采用实施例1所述的方法制备银铜锗钴合金铸锭，其中，选用原料的各组分及质量百分比为:Cu:26%, Ge:1.5%, Co:0.15%, Ag:余量。实施例3:
采用实施例1所述的方法制备银铜锗钴合金铸锭，其中，选用原料的各组分及质量百分比为:Cu:30%, Ge:2.5%, Co:0.35%, Ag:余量。实施例4:
采用实施例1所述的方法制备银铜锗钴合金铸锭，其中，选用原料的各组分及质量百分比为:Cu:27%, Ge:2.4%, Co:0.2%, Ag:余量。实施例5:
将实施例1得到的银铜锗钴合金铸锭制备为0.1mm厚片材。具体制备如下:1)开坯:铸锭从厚度30mm轧制，道次变形量控制在10%以内，总变形量控制在90%以内，即铸锭的厚度:30mm — 28mm — 26mm — 24mm — 22mm — 20mm — 18mm—17 mm — 16 mm—15 mm — 14 mm—13 mm—12 mm—11 mm — 10 mm — 9.5mm — 9mm—8.5mm — 8mm — 7.5mm — 7mm — 6.5mm — 6mm — 5.5mm — 5mm02)中间去应力退火:将开坯的银铜锗钴合金板放入电阻退火炉内，抽真空至5帕，升温至500°C，保温2小时后，随炉降温至50°C以下，合金板材方能出炉。3)中乳:道次变形量控制在10%以内，总变形量控制在90%以内，即5mm — 4.6mm — 4.2mm — 3.8mm — 3.5mm — 3.2 mm — 2.9 mm — 2.7 mm — 2.5 mm — 2.3mm — 2.1mm— 1.9 mm — 1.8 mm — 1.7mm— 1.6mm— 1.5mm— 1.4mm— 1.3mm— 1.2mm— 1.1mm—1mm —0.9mm —0.85mm —0.8mm—0.75mm—0.7mm —0.65mm —0.6mm —0.55mm —0.5mm04)中间去应力退火:将中轧的银铜锗钴合金片盘圈放入电阻退火炉内，抽真空至5帕，升温至500°C，保温2小时后，随炉降温至50°C以下，合金片材方能出炉。5)精轧:道次变形量控制在20%以内，总变形量控制在90%以内，即 0.5mm — 0.45mm — 0.4mm — 0.35 mm — 0.3 mm — 0.25mm — 0.2mm — 0.16mm — 0.14mm — 0.1 2mm — 0.1mm。对本发明实施例5制备的银铜锗钴合金片材的成分、熔流点、清洁性、溅散性和润湿性的检测结果如下:
1)成分及熔流点:
权利要求
1.一种电真空钎料，为银铜锗钴合金，其特征在于该银铜锗钴合金成分组成及质量百分比为:Cu, 26-30% ；Ge, 1.5-2.5% ；Co,0.15-0.35% ； Ag，余量。
2.—种权利要求1所述的电真空钎料，其特征在于:其熔流点低于银铜镍27-1合金焊料，该银铜锗钴合金熔流点为773± 10°C。
3.—种权利要求1所述的电真空钎料的用途，其特征在于:它是用于在省去焊接前镀镍工序的条件下直接焊接可伐、不锈钢铜结构件。
4.一种权利要求1所述电真空钎料的制备方法，用于熔铸制备该电真空钎料的铸锭；其特征在于方法步骤如下: 1)按不超权利要求1所述的配比范围计算并称重备银、无氧铜、锗和钴材料，其中，所述的银材料至少包括有一部分银片，该银片的数量满足包裹全部的锗、钴材料； 2)将用银片包裹后的锗和钴材料放入氧化铝坩埚内，再将无氧铜、剩余银材料放入氧化招樹祸内； 3)抽真空4 6Pa; 4)加大功率，缓慢升温至300 4000C，保温15 20分钟； 5)再提高功率，升温至800 90(TC，待氧化铝坩埚内材料全部熔化后，静止20 30分钟，精炼除气； 6)冲氩气，降功率，控制氧化铝坩埚内的温度在800 900°C，将合金液浇铸到水冷模具中，熔铸制备出银铜锗钴合金铸锭。
5.根据权利要求4所述电真空钎料的制备方法，用于制备该电真空钎料的片材或丝材，其特征在于方法是:将上述制备方法得到的银铜锗钴合金铸锭进行开坯、中轧和精轧，道次变形量控制在10-20%以内，总变形量控制在80%-90%以内；其中，各道工序中间去应力退火和表面清洗，温度控制在400-500°C之间，保温时间1-2小时，形成所需尺寸的合金片材或丝材。
6.根据权利要求5所述电真空钎料的制备方法，用于制备该电真空钎料的制品，其特征在于方法是:在前述得到的合金片材的基础上利用相应尺寸的冲模进行冲制所形成。
7.根据权利要求4所述电真空钎料的制备方法，其特征在于:合金熔铸过程中，在材料未熔化前从室温缓慢升温至300 400°C，功率控制在5 10kw，并进行15 20分钟保温。
8.根据权利要求4所述的银铜锗钴合金制备方法，其特征在于:其中，所述的银的纯度不低于4N，所述的锗的纯度不低于5N，所述的钴的纯度不低于4N。
全文摘要
本发明公开了一种银铜锗钴合金电真空钎料及制备方法，该合金成分组成及质量百分比为Cu，26-30%；Ge，1.5-2.5%；Co，0.15-0.35%；Ag，余量。该合金熔流点773±10℃。首先制备银铜锗钴合金铸锭，再根据需要尺寸压力加工为相应的片材或丝材；在开坯、中轧、精轧工序中道次变形量控制在10-20%以内，总变形量控制在80%-90%以内。中间去应力退火温度控制在400-500℃之间，保温时间1-2小时。熔铸和加工过程中严格控制合金的清洁性和溅散性；其在焊接不锈钢、可伐等结构件过程中省去了镀镍的工艺步骤，能够取代Ag-Cu28焊料；同时也解决了Ag-Cu-Ni合金钎料的熔流点不一致、焊接温度高的问题，在与银铜28相同焊接温度下，本发明与母材的润湿性很理想。
文档编号B23K35/30GK103170760SQ201110428288
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者史秀梅, 马会斌, 祁宇, 张进超, 刘广华, 赵伟 申请人:北京有色金属与稀土应用研究所