一种用于紫铜表面改性的Cu基材料及制备和焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种用于紫铜表面改性的Cu基材料，包括与紫铜表面连接的铜基钎焊布以及与铜基钎焊布连接的WC金属布，所述铜基钎焊布按重量百分比计的元素成分包括：Mn30％～35％，Ni4％～6％，Sn0.5％～1.5％，Zn0.5％～1.0％，Si0.1％～0.3％，La0.1％～0.2％，聚四氟乙烯0.01～0.03％，余量为Cu；所述WC金属布按重量百分比计的元素成分包括：WC50％～80％，余量为所述铜基钎焊布。本发明专利技术通过往铜基钎料中添加微量合金元素及稀土元素改善铜基钎料的熔点，润湿性和填缝能力，同时避免在涂层与基体反应层生成脆性的金属间化合物。同时将铜基钎料轧制成粘带状有利于克服工件尺寸形状复杂的问题，配合高真空的钎焊工艺有利于减少脆性金属化合物的生成，降低残余应力。

A Cu based material for copper surface modification and its preparation and welding method

The invention discloses a method for Cu surface modification of copper based materials, including copper base brazing cloth is connected with the surface of copper and copper based brazing connection with WC metal cloth cloth, elements of the copper based brazing cloth according to the weight percentage include: Mn30% ~ 35%, Ni4% ~ 6%, Sn0.5% ~ 1.5%, Zn0.5% ~ 1%, Si0.1% ~ 0.3%, La0.1% ~ 0.2%, 0.01 ~ 0.03% PTFE, the remainder is Cu; the metal elements of WC cloth according to the weight percentage include: WC50% ~ 80%, the margin is the copper based brazing cloth. The invention adds trace alloy elements and rare earth elements to copper base filler metal to improve the melting point, wettability and sealability of copper base solder while avoiding brittle intermetallic compounds in the reaction layer between the coating and the substrate. At the same time, the brazing of copper based solders can help to overcome the problem of complex size and shape. High vacuum brazing technology helps to reduce the formation of brittle metal compounds and reduce residual stresses.

【技术实现步骤摘要】
一种用于紫铜表面改性的Cu基材料及制备和焊接方法
本专利技术涉及用于紫铜表面改性的Cu基材料及制备和焊接方法，属于钎焊领域。
技术介绍
纯铜具有优良的导电、导热性以及耐腐蚀性和加工成型性，在电力、电工、冶金和机械等工业领域有广泛的应用(如电真空器件、引线框架、通电导轨、高炉风口及连铸结晶器等)。但纯铜的表面硬度和耐磨性较差会导致某些铜器件因表面磨损或塑性变形而过早失效，服役寿命大大降低，从而限制纯铜的应用。实现纯铜有效的表面改性对拓展其应用领域具有重要意义和价值。对纯铜进行表面改性主要有热喷涂，堆焊，电镀，激光熔敷等方法。但这些方法都存在自身的局限性，例如热喷涂制备复合涂层作业环境差，难以制备厚度较大的涂层，并且涂层与基体为机械结合，结合强度低。堆焊制备复合涂层时焊接温度场难以控制，基体材料内存在较大的残余应力并容易产生变形，堆焊后涂层表面粗糙，增加机加工程序。电镀制备的涂层厚度较薄，保护作用较差。激光熔覆一次性投资成本高，并且制备复合涂层时其较高的能量密度会造成合金元素的烧损，使硬质相与粘结相的组织发生转变，对复合涂层表面的硬度及耐磨性产生一定影响。将纯铜与硬质涂层的优异性能结合起来，才能成为理想的结构材料。对于涂层的制备需要考虑涂层与基体的线膨胀系数，导热性等差异。由于纯铜熔点较高，导热性好，在冷却时容易产生较大的残余应力，使得涂层与基体的结合强度较低。因此研制一种新的表面金属化材料、制备方法与工艺是解决上述问题和工程实际应用问题的关键。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种用于紫铜表面改性的Cu基材料及制备和焊接方法，能有效改善紫铜表面的耐磨性和硬度，调整涂层厚度并提高涂层与基体的结合强度。技术方案：为实现上述目的，本专利技术的用于紫铜表面改性的Cu基材料，包括与紫铜表面连接的铜基钎焊布以及与铜基钎焊布连接的WC金属布，所述铜基钎焊布按重量百分比计的元素成分包括：Mn30％～35％，Ni4％～6％，Sn0.5％～1.5％，Zn0.5％～1.0％，Si0.1％～0.3％，La0.1％～0.2％，聚四氟乙烯0.01～0.03％，余量为Cu；所述WC金属布按重量百分比计的元素成分包括：WC50％～80％，余量为所述铜基钎焊布。作为优选，所述铜基钎焊布和WC金属布均为柔性粘带状，厚度均为0.5～2.0mm。作为优选，所述WC为镍包WC，镍包WC颗粒大小为30～45μm。一种上述的用于紫铜表面改性的Cu基材料，包括以下步骤：A、铜基钎焊布的制备(1)按质量百分比称取Cu、Mn、Ni、Zn、Sn、Si、La和聚四氟乙烯粉末，并将其混合均匀；(2)将得到的混合金属粉末颗粒在自动轧辊设备进行轧制，首先初步控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，对粘接布再一次进行轧辊，调节滚轮之间的间距，控制高度为0.5～2.0mm，给粘接布一个正压力，进行2～3次重复轧辊，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；对铜基钎焊布正反两面进行5～6次重复轧辊，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，金属颗粒镶嵌或包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成柔性铜基钎焊布；B、WC金属布的制备(1)按质量百分比称取WC粉末、Cu、Mn、Ni、Zn、Sn、Si、La和聚四氟乙烯粉末，并将其混合均匀；(2)将得到的混合金属粉末颗粒在自动扎棍设备进行轧辊，首先初步控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，对WC金属布再一次进行轧辊，调节滚轮之间的间距，控制高度为0.5～2.0mm，给WC金属布一个正压力，进行2～3次重复轧辊，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；对WC金属布正反两面进行5～6次重复轧辊，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，金属颗粒镶嵌或包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成柔性WC金属布。一种上述的用于紫铜表面改性的Cu基材料的钎焊工艺，包括以下步骤：(1)准备阶段：先对待钎焊的纯铜表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，并置于丙酮中利用超声波清洗10-15min，根据纯铜表面的形状，裁剪相应的柔性铜基钎焊布和WC金属布；(2)装配步骤：把纯铜基体放置在下面，将裁剪好的柔性铜基钎焊布和WC金属布按纯铜/铜基钎焊布/WC金属布的顺序放入钎焊炉；(3)钎焊工艺：将装配好的试样整体置于真空度不低于1.5×10-3Pa的真空钎焊设备中，首先以8～10℃/min的速率升温至300～350℃，保温20～25min，以5～8℃/min的速率升温至550～600℃，保温20～25min，再以5～8℃/min的速率继续升温至800～850℃，保温20～30min，再以5～8℃/min的速率升温至钎焊温度1030～1080℃，保温20～30min，再以5～8℃/min的速率冷却至600～650℃，保温20～30min，最后随炉冷却至室温。在本专利技术中，所述的WC金属布轧制前为WC颗粒与上述铜基钎焊布粉末的机械混合物。所述合金粉末Mn的质量纯度为99.50％～99.90％，Ni的质量纯度为99.50％～99.90％，Sn的质量纯度为99.50％～99.90％，Si的质量纯度为99.50％～99.90％，La的质量纯度为99.50％～99.90％，Cu的质量纯度为99.50％～99.90％。通过往铜基钎料中添加微量合金元素及稀土元素改善铜基钎料的熔点，润湿性和填缝能力，同时避免在涂层与基体反应层生成脆性的金属间化合物。同时将铜基钎料轧制成粘带状有利于克服工件尺寸形状复杂的问题，配合高真空的钎焊工艺有利于减少脆性金属化合物的生成，降低残余应力。有益效果：本专利技术与现有技术相比较，所具有的优点和有益效果主要体现在以下几方面：(1)采用本专利技术用于紫铜表面改性的焊接工艺，通过真空钎焊连接不会出现污染、受热不均和开裂等问题。涂层内部以及涂层与基体结合处应力集中小，涂层表面成型平整美观。(2)本专利技术的紫铜表面改性的铜基材料，在轧辊的反复轧制下制成柔性纤维状的金属布材料。粘带状的铜基钎焊布和WC金属布的合金材料成分均匀，粉末致密，可以裁剪为各种形状，适应工件能力强。(3)本专利技术的紫铜表面改性的铜基钎焊布与纯铜匹配性好，具有适当的熔点、良好的润湿性、填缝能力和环境友好性，同时也减少了传统铜基钎料钎焊易生成脆性化合物的问题。Mn有利于降低钎料熔点，改善钎料流动性，对钎料耐热性和润湿性也有好的影响，但当CuMn达到共晶点时熔点仍较高，因此也要控制Mn的含量。Ni有利于提高钎料的流动性和强度，但Ni会提高钎料的熔点，因此要控制Ni的含量。加入Sn和Zn能降低钎料的熔点，Zn还能增加钎料的韧性。但过多的Sn会生成脆性相，Zn易挥发，会使涂层产生气孔，并且有毒，因此对Sn、Zn的含量也要进行控制。通过加入适量的Si可以降低Zn的挥发，但过量的Si会生成氧化硅不易去除。加入微量的稀土元素可以细化晶粒。本专利技术通过对各合金元素的合理匹配使其发挥出最大作用。(4)本专利技术一种新的用于紫铜表面改性的铜基材料(包括铜基钎焊布和WC金属布)及制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于紫铜表面改性的Cu基材料，其特征在于：包括与紫铜表面连接的铜基钎焊布以及与铜基钎焊布连接的WC金属布，所述铜基钎焊布按重量百分比计的元素成分包括：Mn30％～35％，Ni4％～6％，Sn0.5％～1.5％，Zn0.5％～1.0％，Si0.1％～0.3％，La0.1％～0.2％，聚四氟乙烯0.01～0.03％，余量为Cu；所述WC金属布按重量百分比计的元素成分包括：WC50％～80％，余量为所述铜基钎焊布。

【技术特征摘要】
1.一种用于紫铜表面改性的Cu基材料，其特征在于：包括与紫铜表面连接的铜基钎焊布以及与铜基钎焊布连接的WC金属布，所述铜基钎焊布按重量百分比计的元素成分包括：Mn30％～35％，Ni4％～6％，Sn0.5％～1.5％，Zn0.5％～1.0％，Si0.1％～0.3％，La0.1％～0.2％，聚四氟乙烯0.01～0.03％，余量为Cu；所述WC金属布按重量百分比计的元素成分包括：WC50％～80％，余量为所述铜基钎焊布。2.根据权利要求1所述的用于紫铜表面改性的Cu基材料，其特征在于：所述铜基钎焊布和WC金属布均为柔性粘带状，厚度均为0.5～2.0mm。3.根据权利要求1所述的用于紫铜表面改性的Cu基材料，其特征在于：所述WC为镍包WC，镍包WC颗粒大小为30～45μm。4.一种如权利要求1至3任一项所述的用于紫铜表面改性的Cu基材料，其特征在于，包括以下步骤：A、铜基钎焊布的制备(1)按质量百分比称取Cu、Mn、Ni、Zn、Sn、Si、La和聚四氟乙烯粉末，并将其混合均匀；(2)将得到的混合金属粉末颗粒在自动轧辊设备进行轧制，首先初步控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，对粘接布再一次进行轧辊，调节滚轮之间的间距，控制高度为0.5～2.0mm，给粘接布一个正压力，进行2～3次重复轧辊，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；对铜基钎焊布正反两面进行5～6次重复轧辊，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，金属颗粒镶嵌或包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成柔性铜基钎焊布；B、WC金属布的制备(1)按质量百分比称取WC粉末、Cu、Mn、N...

【专利技术属性】
技术研发人员：许祥平，何力，黄晓龙，康昊杰，邹家生，
申请(专利权)人：江苏阳明船舶装备制造技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32