一种Ag-Cu-Ti层状复合钎料的超声波焊制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种利用超声波焊接的固态成形特点，制备可用于陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属钎焊的Ag-Cu-Ti层状复合钎料的方法。
技术背景
[0002]陶瓷材料具有独特的抗氧化、耐腐蚀、耐高温、强度高、较高的硬度和耐磨性等特点，已发展成为被普遍认可的高性能结构材料，广泛应用于冶金、宇航、能源、机械、汽车、电子、光学等领域。陶瓷材料最为常用的连接方法是钎焊，包括直接钎焊和间接钎焊。间接钎焊是把陶瓷表面预金属化处理，然后用常规金属钎料进行钎焊。由于工艺繁琐，生产效率很低，间接钎焊的应用受到了很多限制。直接钎焊是用含活性元素的金属钎料直接对陶瓷进行焊接，从而大幅度提高了生产效率。目前，Ag-Cu-Ti钎料是活性钎料钎焊法中最常用的钎料之一。Ag-Cu-Ti钎料有以下几种制备方法:合金熔炼法、粉末冶金法、层片热轧法和膏状钎料。由于Ti在Ag或Cu的溶解度小，极易形成偏析聚集，合金熔炼工艺性差。膏状钎料和粉末冶金法制备的钎料中活性元素极易被氧化，从而活性下降，不易存放；层片热轧法难保证各层金属同步变形，且Ag-Cu共晶箔的Cu会和Ti在高温热轧时易发生反应，不利于Ti活性的保护，再者因晶粒粗大而轧制困难。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对上述已有技术中存在的不足，提供一种Ag-Cu-Ti复合钎料的超声波焊制备方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:
UAg-Cu-Ti层状复合钎料由上、中、下三层组成，其中上、下两层为厚度相等的Ag-Cu共晶箔，其厚度范围为21 μ m~51 μ m，中间层为纯Ti箔；Ag-Cu_Ti层状复合钎料上、中、下三层金属箔的厚度比为1:0.02-0.50:1 ;通过调整金属箔厚度比例调整焊料中活性元素的含量，活性元素Ti的质量百分比为0.4%~10% ;制备的复合钎料厚度50 μ m~100 μ m，其熔化温度区为 780°C -870°C ；
2、将宽度为30mm的金属箔叠合后进行超声波焊接，焊接参数为:焊接压力F:120N~150N，焊接时间 t:30ms~50ms，振动频率 /:20kHz，振幅 A:14ym~15ym；
所述超声波焊接包括超声波滚焊或超声波点焊；所述超声波滚焊焊接速度lm/min~l.5m/mino
[0005]本发明的有益效果:将超声波焊接方法用于制备Ag-Cu-Ti层状复合钎料，工艺简单、能耗低、焊料纯度高。解决了现有技术中难以克服的诸如合金熔炼中成分偏析等问题。超声波焊接具有固态成形、低温、低压、低能耗等优点，既避免了合金熔炼中的成分偏析，又保持了 Ti的活性，保证复合钎料结合后有良好的焊接性能，能满足陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属的钎焊要求；层状复合钎料具有形状、尺寸容易与接头配合，与粉状钎料相比使用简单，在钎焊时，活性元素被事先氧化的可能性小，从而使活性元素很好地被保护。
【附图说明】
[0006]图1为超声波滚焊原理图；图2为超声波点焊原理图；
图中，I一换能器、2—聚能器、3—焊头、4一工作台、5—控制电源、6—Ag-Cu共晶箔、7—纯Ti箔。
【具体实施方式】
[0007]如图1、图2所示，本发明将上下两层为Ag-Cu共晶箔，中间层金属为纯Ti箔的三层金属，按厚度比为1:0.02-0.50:1的比例叠合后，在焊接参数为焊接压力F:120N~150N,焊接时间t:30ms~50ms，振动频率/:20kHz，振幅A: 14 μ m~15 μ m(超声波滚焊焊接速度Im/min~l.5 m/min)条件下进行超声波焊接结合制备层状复合钎料。层状复合钎料上下两层的Ag-Cu共晶箔的厚度范围为21 μπι~51 μπι。调整金属箔厚度比例可调整焊料中活性元素的含量。制备的复合钎料厚度为50 μπι~100 μπι，其熔化温度区间为780°C ~870°C，对陶瓷具有良好的润湿性，能满足陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属的钎焊要求，钎焊后有较高的接头强度。
[0008]实施例1:
上、下两层均为21 ym的Ag-Cu共晶箔，中间层金属为10.4 ym纯Ti箔。在超声波焊接参数为焊接压力F:120N，焊接时间t:30ms，振动频率/:20kHz，振幅A: 14 μ m，焊接速度lm/min条件下，将宽度为30mm金属带叠合后进行超声波滚焊，制得厚度为50 μ m的层状复合钎料，活性元素Ti的质量百分比为10.0%，熔化温度区间为780V ~870°C，对陶瓷具有很好的润湿性，钎焊后有较高的接头强度。
[0009]实施例2:
上、下两层均为51 μπι的Ag-Cu共晶箔，中间层金属为I μπι纯Ti箔。在超声波焊接参数为焊接压力F:150Ν，焊接时间t:50ms，振动频率/:20kHz，振幅A:15μπι，焊接速度1.5m/min条件下，将宽度为30mm金属带叠合后进行超声波滚焊，制得厚度为100 μ m的层状复合钎料，活性元素Ti的质量百分比为0.4%，熔化温度区间为780°C ~830°C，对陶瓷具有很好的润湿性，钎焊后有较高的接头强度。
[0010]实例3:
上、下两层均为38 ym的Ag-Cu共晶箔，中间层金属为7 ym纯Ti箔。在超声波焊接参数为焊接压力F:140N，焊接时间t:40ms，振动频率/:20kHz，振幅A:15μπι，焊接速度1.2m/min条件下，将宽度为30mm金属带叠合后进行超声波滚焊，制得厚度为100 μ m的层状复合钎料，活性元素Ti的质量百分比为4.1%，熔化温度区间为780°C ~850°C，对陶瓷具有很好的润湿性，钎焊后有较高的接头强度。
[0011]实例4:
上、下两层均为30 μπι的Ag-Cu共晶箔，中间层金属为3 μπι纯Ti箔。在超声波焊接参数为焊接压力F:135Ν，焊接时间t:35ms，振动频率/:20kHz，振幅A: 14 μ m条件下，将宽度为30_金属带叠合后进行超声波点焊，焊接区的平面大小为15_X 15mm，剪掉多余材料，可获得15mmX 15mmX80 μm的层状复合钎料，活性元素Ti的质量百分比为2.2%，熔化温度区间为780V ~840°C，对陶瓷具有很好的润湿性，钎焊后有较高的接头强度。
[0012]实例5: 上、下两层均为44 μπι的Ag-Cu共晶箔，中间层金属为5 μπι纯Ti箔。在超声波焊接参数为焊接压力F:145Ν，焊接时间t:40ms，振动频率/:20kHz，振幅A: 15 μ m条件下，将宽度为30_金属带叠合后进行超声波点焊，焊接区的平面大小为15_X 15mm，剪掉多余材料，可获得15mmX 15mmX90 μm的层状复合钎料，活性元素Ti的质量百分比为2.5%，熔化温度区间为780V ~840°C，对陶瓷具有很好的润湿性，钎焊后有较高的接头强度。
[0013]实例 6:
上、下两层均为27 ym的Ag-Cu共晶箔，中间层金属为9 ym纯Ti箔。在超声波焊接参数为焊接压力F:130N，焊接时间t:35ms，振动频率/:20kHz，振幅A: 15 μ m条件下，将宽度为30_金属带叠合后进行超声波点焊，焊接区的平面大小为15_X 15mm，剪掉多余材料，可获得15mmX 15mmX80 μm的层状复合钎料，活性元素Ti的质量百分比为7.0%，熔化温度区间为780V ~860°C，对陶瓷具有很好的润湿性，钎焊后有较高的接头强度。
【主权项】
1.一种Ag-Cu-Ti层状复合钎料的超声波焊制备方法，其特征在于: A、Ag-Cu-Ti层状复合钎料由上、中、下三层组成，其中上、下两层为厚度相等的Ag-Cu共晶箔，其厚度范围为21 μ m~51 μ m，中间层为纯Ti箔；Ag-Cu_Ti层状复合钎料上、中、下三层金属箔的厚度比为1:0.02-0.50:1 ;通过调整金属箔厚度比例调整焊料中活性元素的含量，活性元素Ti的质量百分比为0.4%~10% ;制备的复合钎料厚度50 μ m~100 μ m，其熔化温度区为 780°C -870°C ； B、将宽度为30mm的金属箔叠合后进行超声波焊接，焊接参数为:焊接压力F:120N~150N，焊接时间 t:30ms~50ms，振动频率 /:20kHz，振幅 A:14ym~15ym； 所述超声波焊接包括超声波滚焊或超声波点焊；所述超声波滚焊焊接速度lm/min~l.5m/mino
【专利摘要】一种Ag-Cu-Ti层状复合钎料的超声波焊制备方法，是利用超声波焊接的固态成形特点，制备可用于陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属钎焊的Ag-Cu-Ti复合钎料的方法。该方法是将宽度为30mm的三层金属箔叠合后进行超声波焊接，制备层状复合钎料，其中上、下两层为Ag-Cu共晶箔，其厚度范围为21μm~51μm，中间层为纯Ti箔。上、中、下三层金属箔的厚度比为1:0.02~0.50:1，调整金属箔厚度比例可调整焊料中活性元素的含量，活性元素Ti的质量百分比为0.4%~10%。该复合钎料的厚度为50μm~100μm，熔化温度区间为780℃~870℃。本发明制备的复合钎料对陶瓷具有良好的润湿性，能满足陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属的钎焊要求。
【IPC分类】B23K20-10, B23K35-14
【公开号】CN104588863
【申请号】CN201410727888
【发明人】李玉龙, 崔庆波, 温昌金
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月5日