专利名称：一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉及其制备方法
技术领域：
本发明涉及铜基钎料合金粉，更具体地说是用于在真空状态下焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉及其制备方法。
作为钎接用的钎料合金，要求其具有良好的加工性能，与被钎接件有良好的润湿性，焊接接头具有高强度。对于真空状态下用于不锈钢容器钎接用的高温钎料合金主要为银基合金焊丝或镍基焊料。
本发明的目的就在于研制出一种适用于真空状态下焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉。
本发明的另一目的是研究出一种生产适用于真空状态下焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉的制备方法。
本发明的一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉，按重量百分数计，其合金成分为银19～21，磷3.5～7.2，镍3.5～6.5，铬0.1～1.0，余量为铜的合金粉。
在本体系组元中，基体元素Ag、Cu可提供不锈钢部件有效的钎焊强度。合金元素磷有助于改善钎料合金的流动性和钎料合金与不锈钢部件的润湿性。但是，过量的P将降低钎焊强度，增加真空焊接条件下P的挥发污染。同时，依据软钎膏焊接的工艺特点，过量的磷使焊料流动性过高，将增加工艺加工的困难，因此本发明的高温钎料合金粉中选择P的含量范围为3.5～7.2％，尤其以P的含量为4.5～6.0％较佳。
高温钎料合金粉中，元素镍的加入由于形成部分Ni-P化合物，从而使得基体晶粒细化，改善钎焊部位的结合强度；Ni2P、Ni3P等化合物较Cu3P更为稳定，可有效地抑制真空焊接工作条件下P的挥发。另外，Ni元素的加入还起到调整合金熔点范围和改善钎接润湿性的作用。本发明的高温钎料合金粉中选择Ni的含量范围为3.5～6.5％，尤以Ni的含量为4.0～5.5％较宜。
本发明的一种高温钎料合金粉的制备方法，按合金成分，重量百分数计，银19-21，磷3.5～7.2，镍3.5～6.5，铬0.1～1.0，余量为铜，称取银、部分铜、镍、铜铬中间合金和铜-磷中间合金配料，在惰性气氛保护下于900～1050℃将配料熔化，浇铸成预合金锭；在惰性气氛保护下于900～1050℃将预合金锭熔化后，以惰性气体为雾化气体进行雾化，雾化压力为1.5～3.0MPa，制取高温钎料合金粉末。
在制备高温钎料合金粉时，按合金成分，重量百分数计，磷为4.5～6.0，镍为4.0～5.5为好。所说的铜铬中间合金为CuCr13中间合金。铜磷中间合金为含P13～15％重量百分数的Cu3P中间合金。在惰性气体气氛保护下，于900-1050℃将配料熔化或于900-1050℃进行预合金锭熔化时，所用的惰性气体为氮气、氩气其中的一种气体。所用氮气、氩气其中一种气体的压力为0.9～1.0atm。
在惰性气体氮气或氩气气氛保护下用中频感应炉在900-1050℃将配料熔化20-40分钟后，浇铸成预合金锭；在配料熔化及后续雾化过程中P的烧损按原料中磷元素重量的2％计。使预合金锭首先处于10-1～10-2乇的真空状态下，再充入惰性气体氮气、氩气其中的一种的惰性气体，用中频感应炉在900-1050℃在惰性气氛的氮、氩其中一种气体保护下进行预合金锭熔化，充入惰性气体氮气、氩气其中一种惰性气体的压力为0.9～1.0atm。采用气雾化制粉技术以惰性气体氮气、氩气其中的一种气体为雾化气体进行雾化，雾化压力为1.5～3.0MPa，制出高温钎料合金粉末。
其制备高温钎料合金粉的工艺流程图见
图1，气体雾化工作原理图见图2。首先将预合金锭用中频感应炉7进行熔化，将熔化的预合金转到中间包8中，从高压气体进入管10进入1.5-3.0MPa的惰性气体氮气、氩气其中一种的高压气体，使熔化的预合金形成高温钎料合金粉末11，快速冷凝，收集在粉末收集器12中。
本发明的优点就在于1.本发明的高温钎料合金粉具有含氧量低，球形度好，成本低的特性。该合金粉末与适宜的助焊剂配制成软钎膏。该软钎膏对不锈钢钎接件有良好的润湿性，并具有较高的焊接性能，完全能满足真空焊接不锈钢容器的焊接工艺和性能的要求。
2.本发明的制备方法，进行了预合金锭的制备，提高了各合金元素分布的均匀性。采用气体雾化快速冷凝使合金粉末成分均匀，粒径细小，提高了钎料合金的钎焊性能。
图1制取高温钎料合金粉末的工艺流程中，1为配料，2为预合金锭的制备，3为抽真空，充入保护的惰性气体，4为对预合金锭进行熔化，5为气体雾化，6为制成高温钎料合金粉。
图2气体雾化工作原理中，7为中频感应炉，8为中间包，9为熔炼室，10为高压气体氮或氩的进入管，11为高温钎料合金粉末，12为高温钎料合金粉末收集器。
图3实施例2产品样品差热分析曲线图中，纵坐标为热流，微伏(micro，V)，横坐标，温度，℃，图4实施例2产品样品的X射线法(XRD)相分析图谱图5实施例2产品样品的扫描电镜(SEM)形貌照片。
以下用实施例对本发明作进一步的说明，将有助于对本发明的产品及产品的制备方法及其优点作进一步的理解，本发明不受这些实施例的限定，本发明的保护范围由权利要求书来限定。
实施例1本实施例中的一种高温钎料合金粉，按重量百分数计，其合金粉配料成分为Ag20，Cu70，P5.0，Ni4.5，Cr0.5。
称取纯度99.9％(纯度99.9％以上更好)的Ag、部分Cu、Ni和含P14％重量百分数的Cu3P中间合金及CuCr13中间合金配料。在惰性气体氮的气氛保护下于950℃用中频感应炉将配料熔化30分钟，惰性气体氮的压力1.0atm，浇铸成预合金锭，在配料熔化及后续雾化过程中P的烧损按原料Cu3P中P元素重量的2％计。使预合金锭首先处于1×10-1乇的真空状态下，再充入惰性气体氮气，充入惰性气体氮的压力为1.0atm，用中频感应炉于950℃在惰性气体氮气气氛的保护下进行预合金锭的熔化后，采用雾化制粉技术，以惰性气体氮气为雾化气体进行雾化，雾化压力1.5MPa，制出高温钎料合金粉。
将合金粉筛分，取尺寸30-65μm的合金粉末与适宜的助焊剂配成软钎膏，用分配器按要求挤在焊接件上，经由以下工艺在二室(冷却室、焊接室)钎焊电炉中进行焊接将涂有软钎膏的不锈钢容器按要求装配后送入冷却室；抽真空至10-2乇后，将焊件送入焊接室，抽真空至10-4乇之后，升温至900-950℃进行焊接，保温2分钟后停止加热，待缓冷到600℃时，开启中间阀将焊件送回冷却室，冲氮气降温至200℃以下方可出炉。
对制得的高温钎料合金粉末与钎焊件进行性能测试，其结果为钎料合金粉成分为Ag19.95，Cu69.89，P4.97，Ni4.5，Cr0.497(按重量百分数计)。熔化温度固相线647℃，液相温度840℃，钎焊温度范围为840～960℃，抗拉强度214MPa。
实施例2其操作方法基本同实施例1，唯不同的是高温钎料合金粉配料的成分(按重量百分数计)为Ag20，Cu70，P5.4，Ni4.5，Cr0.1。用含P13％(重量百分数)的Cu3P中间合金为含P的一种原料，在惰性气体氩气的气氛的保护下于1040℃用中频感应炉将配料熔化25分钟，惰性气体氩气的压力为0.9atm，浇铸成预合金锭，使预合金锭首先处于10-2乇的真空状态下，再充入惰性气体氩气，充入惰性气体氩气的压力为0.9atm，用中频感应炉于1040℃在惰性气氛氩气的保护下进行预合金锭的熔化。以惰性气体氩气为雾化气体进行雾化，雾化压力为3.0MPa。
制出的高温钎料合金粉末与钎焊件进行性能测试，其结果为钎料合金粉成分为Ag19.98，Cu70，P5.39，Ni4.495，Cr0.1(按重量百分数计)。熔化温度固相线647℃，液相温度832℃，钎焊温度范围为832～950℃，抗拉强度208MPa，产品样品差热分析曲线见图3，其X射线法(XRD)相分析图谱见图4，产品样品的扫描电镜(SEM)形貌照片见图5。
实施例3其操作方法基本同实施例1，唯不同的是高温钎料合金粉配料成分(按重量百分数计)为Ag20，Cu70，P4.9，Ni5.0，Cr0.1。用含P15％(重量百分数)的Cu3P中间合金为含P的一种原料，在惰性气体氩气气氛的保护下于1000℃用中频感应炉将配料熔化35分钟。惰性气体氩气的压力为1.0atm，浇铸成预合金锭，使预合金锭首先处于5×10-2乇的真空状态下，再充入惰性气体氩气，充入惰性气体氩气的压力为1.0atm。用中频感应炉于1000℃在惰性气氛氩气的保护下进行预合金锭的熔化。以惰性气体氩气为雾化气体进行雾化，雾化压力为2.0MPa。
制出的高温钎料合金粉末与钎焊件进行性能测试，其结果为钎料合金粉成分为Ag19.98，Cu69.98，P4.9，Ni5.01，Cr0.09(按重量百分数计)。熔化温度固相线647℃，液相线853℃，钎焊温度范围为853～970℃，抗拉强度226MPa。
实施例4其操作方法基本同实施例1，唯不同的是高温钎料合金粉配料成分(按重量百分数计)为Ag20，Cu70，P5.8，Ni4.0，Cr0.2。
制出的高温钎料合金粉末与钎焊件进行性能测试，其结果为钎料合金粉成分为Ag20，Cu70.01，P5.8，Ni3.99，Cr0.2(按重量百分数计)。熔化温度固相线647℃，液相线828℃，钎焊温度范围为828～940℃，抗拉强度210MPa。
权利要求
1.一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉，其特征是，按重量百分数计，其合金成分为银19～21，磷3.5～7.2，镲3.5～6.5，铬0.1～1.0，余量为铜的合金粉。
2.根据权利要求1的一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉，其特征是，磷为4.5～6.0，镍4.0～5.5。
3.一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉的制备方法，其特征是，1)按合金成分，重量百分数计，银19～21，磷3.5～7.2，镍3.5～6.5，铬0.1～1.0，余量为铜，称取银，部分铜、镍、铜铬中间合金和铜-磷中间合金配料，2)在惰性气体气氛保护下于900-1050℃将配料熔化，浇铸成预合金锭，3)在惰性气体气氛保护下于900-1050℃将预合金锭熔化后，以惰性气体为雾化气体进行雾化，雾化压力为1.5-3.0MPa，制取高温钎料合金粉末。
4.根据权利要求3的一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉的制备方法，其特征是，磷为4.5-6.0，镍为4.0-5.5。
5.根据权利要求3的一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉的制备方法，其特征是，所说的铜铬中间合金为CuCr13中间合金。
6.根据权利要求3的一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉的制备方法，其特征是，所说的铜磷中间合金为含P13～15％重量百分数的Cu3P中间合金。
7.根据权利要求3的一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉的制备方法，其特征是，在惰性气氛的保护下于900～1050℃将配料熔化或于900～1050℃进行预合金锭熔化时，所用的惰性气体为氮气、氩气其中一种气体。
8.根据权利要求3的一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉的制备方法，其特征是，在惰性气体氮气或氩气气氛的保护下在900-1050℃将配料熔化20～40分钟。
9.根据权利要求7的一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉的制备方法，其特征是，所用的氮气、氩气其中的一种气体的压力为0.9～1.0atm。
10.根据权利要求3的一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉的制备方法，其特征是，使预合金锭首先处于10-1～10-2乇的真空状态下，再充入惰性气体氮气、氩气其中的一种的惰性气体，在900-1050℃于惰性气体氮、氩其中一种气体的保护下进行预合金锭的熔化，所充入惰性气体氮气、氩气其中的一种惰性气体的压力为0.9～1.0atm。
11.根据权利要求3的一种可焊接不锈钢容器的高温钎料合金粉的制备方法，其特征是，以惰性气体氮、氩其中的一种气体为雾化气体进行雾化。
全文摘要
本发明涉及铜基钎料合金粉及其制备方法。该合金粉成分为银19～21%,磷3.5～7.2%,镍3.5～6.5%,铬0.1～1.0%,余量为铜。按合金成分配料,在惰性气氛下于900～1050℃将配料熔化,浇铸成预合金锭,在惰性气氛下于900—1050℃进行预合金熔化后,以惰性气体为雾化气体,进行雾化,雾化压力为1.5—3.0MPa。本发明的产品含氧量低,球形度好,合金成分均匀,粒径细小,提高了钎料合金粉的钎焊性能。
文档编号B23K35/28GK1184016SQ97120350
公开日1998年6月10日 申请日期1997年12月12日 优先权日1997年12月12日
发明者张少明, 徐柱天, 周志伟, 邢吉丰, 李永伟, 郭宏, 朱学新, 贺会军, 李可平, 王金磊 申请人:北京有色金属研究总院