一种用于钎焊钨铜合金与铜或铜合金的高温钎焊材料及其钎焊方法
【技术领域】
[0001]本发明属于异质材料焊接技术领域，具体涉及一种钨铜合金与铜或铜合金的高温钎焊材料及其钎焊方法。
【背景技术】
[0002]钨铜合金兼合钨和铜的优异性能，不仅具有高的导热导电率和低的热膨胀系数，还表现出良好的高温强度、抗热震性和耐烧蚀性及尺寸稳定性等，常被用作耐高温连接件、散热基件、热沉材料及触头材料。钨铜合金作为触头材料在实际使用中，常常又需要与导电性更好的铜或铜合金连成一体来使用，这就要求连接部位不仅要有良好的导热导电性，还要有较高的连接强度。关于钨铜合金与铜或铜合金的连接方法，目前主要有烧结法，焊接，螺纹连接等。中国专利101009165公开了一种连接钨铜合金与铜尾整体电触头的制备方法:采用在钨铜合金与铜或铜合金铜尾之间增加钨铜合金材质过渡层的烧结方法实现其整体连接，该专利方法采用采用金属粉末加压预成型、然后高温烧结的工艺，工艺复杂、且对设备要求高，未涉及已成型钨铜合金零件的连接，与本发明提供的方法有本质不同。中国专利104588809A公开了一种钨铜或钨钢和黄铜高频焊接的方法:采用钎焊材料为Cu44.12%?56.45%，Til0%?15%，Mg0.05?0.08%、Agl8?20%，Mnl5%?20%，S1.5%?0.8%，Cu、T1、Mg、Ag、Mn、Si的含量之和为100%的薄带铜基钎料进行焊接，该专利方法采用的钎焊材料含有贵金属银，钎料成本高，且钎料内含有Mg元素，会对真空钎焊设备造成污染，所获得的钨铜与黄铜的接头强度在180?186MPa。
[0003]本发明提供一种钨铜合金与铜或铜合金的高温钎焊方法，相比于上述两项发明，本发明具有工艺简单，钎料成本低，连接强度高，适用范围广等优势。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种钨铜合金与铜或铜合金的高温钎焊材料及其钎焊方法。
[0005]技术方案:为解决上述技术问题，本发明的一种用于钎焊钨铜合金与铜或铜合金的高温钎焊材料，所述的高温钎焊材料按重量百分比计由以下组分组成:Mn8.0%?12.0%，Co2.0%?4.5%，Ni2.0%?4.0%，Zr2.5%?4.5%，余量为Cu。
[0006]进一步地，所述高温钎焊材料为箔片状。
[0007]进一步地，所述高温钎焊材料厚度为60?150μπι。
[0008]上述的用于钎焊钨铜合金与铜或铜合金的高温钎焊方法，所述高温钎焊方法包括以下步骤:
[0009](I)准备阶段:对待焊的钨铜合金、铜或铜合金试样端面进行清理，除去表面的杂质、油污以及氧化膜，利用W40?W7号金相砂纸进行研磨光滑，利用W7号金相砂纸将钎料箔片双面进行研磨光滑，研磨后将待焊试样及钎料箔片一起置于丙酮中，采用超声波清洗15?20min，并进行烘干处理；
[0010](2)装配阶段:将清洗后的钎料箔片置于钨铜合金与铜或铜合金待焊表面之间，并紧贴装配于专用钎焊夹具中，确保连接的精度，在夹具上放置额定质量的压头，产生0.05?0.08MPa的恒定垂直压力；
[0011](3)钎焊连接阶段:将装配好的夹具整体置于真空度不低于I X 10—3Pa的钎焊设备中，首先以8?12°C/min的速率升温至300?350°C，保温15?20min，再以5?8°C/min的速率升温至700?850°C，保温时间15?20min，再以6?10°C/min的速率继续升温至钎焊温度960?1050°C，保温时间20?40min，再以10?15°C/min的速率冷却至800?850°C，保温时间10?15min，再以5?8°C/min的速率冷却至400?450°C，最后随炉冷却至室温，完成焊接;钎焊过程中采用多台阶逐渐升温的方法，可以有效缓解钨铜合金与铜及铜合金异种材料连接时，因热膨胀系数及导热系数等热物理性能及连接件形状造成的应力集中，提高接头的力学性能。
[0012]本发明提供的钎焊材料，通过合理添加多种合金元素使钎料具有良好的钎焊工艺性能，耐热耐腐蚀性能和加工性能，满足钨铜合金与铜或铜合金钎焊接头在复杂环境中的性能要求。其中加入适量的Mn元素一是可以通过固溶作用提高钎焊接头的性能，二是Mn的加入在一定程度上也能提高接头的耐高温性能;加入适量的Co元素既可以避免在钎料中生成新相，又能改变相组成物质的形态，对特定相的细化作用很明显；加入适量的Ni元素可以提高接头的耐热耐腐蚀性和高温强度;加入适量Zr元素有利于降低钎料熔点，提高合金流动性；同时大量的Cu兀素有利于提尚奸料对母材的润湿性和固溶能力，提尚合金奸料的塑性和强度。
[0013]本发明提供的钎焊工艺是采用先将钨铜合金与铜或铜合金以对接的方式放入专门的钎焊夹具中，再将样品和夹具一同放入真空炉完成钎焊，高真空环境配合合理的工艺参数设定，使得整个构件无变形，无微观裂纹、气孔和夹杂等缺陷，有助于获得力学性能良好的钎焊接头。
[0014]有益效果:本发明相对于现有技术而言，具有以下优点:
[0015](I)本发明提供的铜基钎料钎焊温度在960°C?1050°C，钎料熔化温度适中，钎料熔化均匀，通过组分含量之间的相互有益作用，使得钎料对母材具有良好的润湿性和铺展性，获得的钎焊接头强度高，耐蚀性好，完全能应用于复杂环境中，是一种综合性能良好的经济型钎料。
[0016](2)本发明设计的钎焊工艺简单合理，采用真空炉中钎焊方法，钎焊过程无须添加钎剂及其他保护措施，高真空环境配合合理的工艺参数设定，使得整个构件无变形，无微观裂纹、气孔和夹杂等缺陷，有助于获得力学性能良好的钎焊接头。
[0017](3)本发明提供的铜基钎料具有优异常温和高温性能，能与母材充分发生固溶冶金反应，配合使用本发明简单实用的钎焊工艺最终能获得综合性能良好的连接接头。
【附图说明】
[0018]图1是实施例1的钎焊结构件结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]实施例1
[0020]选择妈铜合金与紫铜进行对接接头真空钎焊。其中妈铜合金与紫铜试样尺寸均为20_X 20_X 5_，待奸焊面为20_X 5mm截面。
[0021]钎料的成分及质量百分比配比为:11110.0%，(:03.0%，祖3.5%，2^.5%，余量为Cu。钎料厚度为60μπι。
[0022]钎焊工艺步骤为:
[0023](I)准备阶段:对待焊的钨铜合金、紫铜试样端面进行清理，除去表面的杂质、油污以及氧化膜，利用W40?W7号金相砂纸进行研磨光滑，利用W7号金相砂纸将钎料箔片双面进行研磨光滑，研磨后将待焊试样及钎料箔片一起置于丙酮中，采用超声波清洗15?20min，并进行烘干处理；
[0024](2)装配阶段:将清洗后的钎料箔片置于钨铜合金与紫铜待焊表面之间，并紧贴装配于专用钎焊夹具中，确保连接的精度，在夹具上放置额定质量的压头，产生0.05MPa的恒定垂直压力；
[0025](3)钎焊连接阶段:将装配好的夹具整体置于真空度不低于I X 10—3Pa的钎焊设备中，首先以12°C/min的速率升温至350°C，保温15min，再以8°C/min的速率升温至800°C，保温时间15min，再以10°C/min的速率继续升温至钎焊温度1040°C，保温时间30min，再以12°C/min的速率冷却至800°C，保温时间15min，再以5°C/min的速率冷却至450°C，最后随炉冷却至室温，完成焊接。
[0026]结果:如图1所示，钎焊获得的钨铜合金与紫铜接头成型良好，金相观察发现钎焊区形成致密的界面结合，合金成分分布均匀，室温四点弯曲强度为710MPa。
[0027]实施例2
[0028]选择妈铜合金与黄铜进行对接接头真空钎焊。其中妈铜合金与黄铜试样尺寸均为20_X 20_X 5_，待奸焊面为20_X 5mm截面。
[0029]钎料的成分及质量百分比配比为:11112.0%，(:04.0%，祖3.0%，24.0%，余量为Cu。钎料厚度为80μπι。
[0030]钎焊工艺步骤为:
[0031](I)准备阶段:对待焊的钨铜合金、黄铜试样端面进行清理，除去表面的杂质、油污以及氧化膜，利用W40?W7号金相砂纸进行研磨光滑，利用W7号金相砂纸将钎料箔片双面进行研磨光滑，研磨后将待焊试样及钎料箔片一起置于丙酮中，采用超声波清洗15?20min，并进行烘干处理；
[0032](2)装配阶段:将清洗后的钎料箔片置于钨铜合金与黄铜待焊表面之间，并紧贴装配于专用钎焊夹具中，确保连接的精度，在夹具上放置额定质量的压头，产生0.06MPa的恒定垂直压力；
[0033](3)钎焊连接阶段:将装配好的夹具整体置于真空度不低于I X 10—3Pa的钎焊设备中，首先以9°C/min的速率升温至300°C，保温15min，再以7°C/min的速率升温至800°C，保温时间15min，再以8°C/