一种含Ga低银铜基高性能钎料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含Ga低银铜基高性能钎料，按质量百分比计由以下原料制成：Ag 1.5～2.5％、P 4.5～5.5％、Sn 5～7％，Ni 0.01～2％、Ga 0.001～0.05％、Si 0.001～0.1％、Ce 0.01～0.05％，其余为铜和不可避免的杂质，并且每种原料的纯度在99.9％以上。其制备方法为将Ni与Cu、P与Cu、Si与Cu、Ga与Cu和Ce与Cu分别按照特定的比例制成中间合金，然后依次加入金属Cu、Cu‑P、Cu‑Ni、Cu‑Si、Cu‑Ga和Cu‑Ce进行熔炼，待完全熔化后加入Sn和Ag，加料完成后立即加入硼砂，后处理即得。大大降低了生产成本，且改进后钎料的机械强度高、致密性好，接头耐腐蚀性和抗拉强度优秀，钎焊工艺性能优良，钎焊接头质量稳定，具有良好的疲劳性能，能有效提升钎焊接头的使用寿命，能够替代BCu88PAg钎焊。

【技术实现步骤摘要】
一种含Ga低银铜基高性能钎料及其制备方法
本专利技术涉及钎料制造
，尤其是一种含Ga低银铜基高性能钎料及其制备方法。
技术介绍
钎料以熔化温度分类可以分为软钎料和硬钎料，硬钎料依照基体类型可以分为铜基钎料、银基钎料、镍基钎料、金基钎料、钯基钎料、锰基钎料等多种钎料。铜基钎料作为硬钎料中的一类，在焊接铜合金及不锈钢时有着如下优势：铜基钎料的价格低廉；铜基钎料导电性比较强；焊缝组织中的α-Cu组织有着很强的塑形和强度；Cu原子在焊接过程中可与母材发生有益扩散，增强焊缝强度；Cu-P系铜基钎料由于可以与铜合金母材发生自润湿效应，可以省掉使用钎剂的费用。但是传统铜基钎料也有它的不足之处：Cu-Zn系无镉铜基钎料温度较高，焊接后对母材的影响较大；Cu-P相具有很强的脆性，对母材α-Cu组织有着致命的力学性能影响；Cu原子虽然可以有益扩散，但是由于钎焊时间短，单独靠Cu原子的原子迁移能还不足以达到预期效果。现在市场上响应比较好的有BCu88PAg钎料，但是由于有5％银元素的加入，使得其价格比较高，使用成本大大增加。现在也有一些性能相对较好的钎料，如公开日为2016年12月29日，公开号为CN106624448A的中国专利中，公开了一种新型低银铜磷钎料，该钎料中虽然机械强度有所改善，但其钎焊过程中没有对杂质元素铅、铋进行防护处理，影响钎料的润湿性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种新的含Ga低银铜基高性能钎料及其制备工艺，在保证原有的Cu-P系钎料性能的同时，显著提高润湿性、机械强度，降低固液相线，最终得到类似于BCu88PAg的焊接使用效果。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案：一种含Ga低银铜基高性能钎料，其特征在于，按质量百分比计由以下原料制成：Ag1.5～2.5％、P4.5～5.5％，Sn5～7％、Ni0.01～2％、Ga0.001～0.05％、Si0.001～0.1％、Ce0.01～0.05％，其余为铜和不可避免的杂质，并且每种原料的纯度在99.9％以上。优选的，一种含Ga低银铜基高性能钎料，按质量百分比计，由以下原料制成：Ag1.9～2.1％、P4.9～5.1％、Sn1％、Ni1％、Ga0.01％、Si0.05％、Ce0.03％余量为铜和不可避免的杂质，并且每种原料的纯度在99.9％以上。上述含Ga低银铜基高性能钎料的制备方法，包括如下步骤：(1)、将Ni与Cu按照含Ni12～18wt％的比例进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ni；(2)、将P与Cu按照含P12～18wt％的比例进行预先熔炼，制成中间合金Cu-P；(3)、将Si与Cu按照含Si12～18wt％的比例进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Si；(4)、将Ga与Cu按照含Ga8～12％的比例进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ga；(5)、将Ce与Cu按照含Ce8～12％的比例进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ce；(6)、对Sn进行细化处理；(7)、依次加入金属Cu、Cu-P、Cu-Ni、Cu-Si、Cu-Ga和Cu-Ce中间合金进行熔炼，待完全熔化后加入Sn和Ag，加料完成后立即加入硼砂，起到保温、去渣和抗氧化作用；(8)熔炼后，再通过扒皮、挤压、拉丝、校直和表面处理得到钎料。优选的，将Ni与Cu按照含Ni15wt％的比例进行预先熔炼，P与Cu按照含P15wt％的比例进行预先熔炼，Si与Cu按照含Si15wt％的比例进行预先熔炼，Ga与Cu按照含Ga10wt％的比例进行预先选熔，Ce与Cu按照含ce10wt％的比例进行预选熔，制成中间合金。Ag元素可以显著降低钎料的固液相线，而且会使得焊缝光洁、有金属光泽。在钎料的基体中，Ag会与Cu形成Ag-Cu合金相，这种Ag-Cu合金相的组织比α-Cu组织的强度更高，而且晶粒细化程度也很高，这使得钎料的综合力学性能有所提高。但是Ag属于贵重金属，大量添加会导致使用成本大大增加，会限制其使用和推广。P元素的含量可以根据Cu-P二元相图得到，Cu与P在当P含量达到8.14wt％时达到共晶点，此时熔点为714℃，液相线与固相线重合，此时的共晶体结构松散，Cu3P在其中以薄片状结构存在，割裂了塑形的α-Cu组织，极易在Cu3P集中处形成应力集中，显示出极大的脆性而不易加工。当P含量大于8.14wt％时，由于Cu3P相熔点高达1022℃，大量增多的Cu3P会使钎料液相线上升且更不易加工。当P含量小于8.14wt％时，基体会形成α-Cu和Cu3P的机械混合物且液相线随着P含量的减小而升高。而P元素含量如果过低，会失去自钎效果。因此P的含量非常的关键。Sn元素的加入可以显著降低钎料的液相线，这是由于集体中存在大量的高温残余相δ相，这种残余δ相再次熔化后放出大量的热，有效地降低了钎料的液相线。但是随着Sn含量的增加，通常存在于Cu-Sn体系中的β、ε、δ等脆性高温相会显著增加，使得钎料加工性急剧下降。因此Sn的含量非常的关键。Ni元素可以在α-Cu基体中无限固溶，这就起到了强化的作用，可提高钎料的强度，所以选择添加化学元素Ni，增加钎料的强度、韧性；同时Ni元素还能起到提高钎焊接头的抗腐蚀能力的作用，从而提高了钎料的综合钎焊性能；但Ni的含量不能过高，通过实验，一旦Ni的含量超过3.0％，会使钎料合金的熔化温度升高，且Ni会与P形成Ni3P脆性相，不利于钎料的加工性能。因此Ni元素的具体含量也非常的关键。Ga元素的加入会细化组织，促进成分均匀等特点。且在Ga含量增多时，钎料组织中的针状组织会转变为团状组织，有效的增强了钎料基体的综合性能。Ga还有降低钎料固液相线的作用，并且效果显著。在钎料基体中Ga会阻碍钎料中脆性化合物Cu5.6Sn的形成。但是Ga的大量加入会增加钎料生产中的挤压成本，且会使钎料基体中塑性较强的α-Cu分散开，影响钎料的加工性能。Si元素的加入对钎料焊接后的表面有很大的作用，它可以使得焊接表面很光滑。但是过多的加入Si元素会使钎料本身表面发乌发黑。Ce元素作为稀土元素中的一种，少量加入对铜基钎料有很大的作用：Ce可以与Sn形成CeSn3，阻碍Sn与非Ce元素结合，减小大尺寸的β-Sn、Cu6Sn5和Ag3Sn的数量，使组织细化；Ce的加入可以与前料中不可避免的杂质元素Pb、Bi形成相关化合物，抑制了单质相杂质的形成，可以减缓杂质元素Pb、Bi对钎料润湿性的有害影响。因此对配方中各元素进行统筹就非常的重要，一个元素的含量差异会引起其他元素最佳含量的巨大变化，并非有限次的调整可以得出。本专利技术中所得得含Ga低银铜基高性能钎料主要用于冷冻机械、空调、乐器、眼镜等产品的钎焊。贵金属白银的含量少，大大降低了生产成本，节约了贵金属白银的用量，使得白银的有限资源能够得到更加合理的利用。专利技术中低银铜基钎料机械强度高、致密性好，接头耐腐蚀性和抗拉强度优秀，经客户使用后反馈钎焊工艺性能优良，钎焊接头质量稳定，具有良好的疲劳性能，能有效提升钎焊接头的使用寿命；工艺性能指标要求与BCu88PAg铜磷钎料相当，部分指标还高于BCu88PAg铜磷钎料，能够替代BCu88PAg钎焊。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含Ga低银铜基高性能钎料，其特征在于，按质量百分比计由以下原料制成：Ag 1.5～2.5％、P 4.5～5.5％、Sn 5～7％，Ni 0.01～2％、Ga 0.001～0.05％、Si 0.001～0.1％、Ce 0.01～0.05％，其余为铜和不可避免的杂质，并且每种原料的纯度在99.9％以上。

【技术特征摘要】
1.一种含Ga低银铜基高性能钎料，其特征在于，按质量百分比计由以下原料制成：Ag1.5～2.5％、P4.5～5.5％、Sn5～7％，Ni0.01～2％、Ga0.001～0.05％、Si0.001～0.1％、Ce0.01～0.05％，其余为铜和不可避免的杂质，并且每种原料的纯度在99.9％以上。2.如权利要去1所述的含Ga低银铜基高性能钎料，其特征在于，按质量百分比计由以下原料制成：Ag1.9～2.1％、P4.9～5.1％、Sn5.5～6.5％、Ni1％、Ga0.01％、Si0.05％、Ce0.03％余量为铜和不可避免的杂质，并且每种原料的纯度在99.9％以上。3.如权利要求1或2所述的含Ga低银铜基高性能钎料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、将Ni与Cu按照含Ni12～18wt％的比例进行预先熔炼，制成中间合金Cu-Ni；(2)、将P与Cu按照含P12～18wt％的比例进行预先熔炼，制成中间合金Cu-P；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宝祥，
申请(专利权)人：江苏远方动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32