專利名稱：一種銅基釬焊合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金材料領(lǐng)域，涉及一種用于釬焊的合金，進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種以銅為基體的銅基釬焊合金。
背景技術(shù)：
在合金材料領(lǐng)域，連接不同的金屬器件時(shí)，用于釬焊的釬料的選擇是重要的。釬料必須具有合適的熔點(diǎn)、良好的潤濕性，與母材具有良好的冶金相互作用，并且其還必須是穩(wěn)定、均勻的成分。同時(shí)，還需要考慮釬料的工藝性能如流動性、滲透性，以及生產(chǎn)成本。
根據(jù)熔點(diǎn)的不同，釬料一般可分為軟釬料和硬釬料。按釬焊合金的成分，還可分為錫基釬料、銀基釬料、銅基釬料、鎳基釬料等。其中，銀基釬料是一種用途廣泛的硬釬料，使用性能較好。
由于資源的稀缺性，不同的金屬之間的價(jià)格差異是巨大的，因此在釬焊合金的制造中，生產(chǎn)成本也是至關(guān)重要的因素。比如碳化鎢硬質(zhì)合金與支座鋼的釬焊，尤其是圓鋸片上硬質(zhì)合金與鋼的釬焊，現(xiàn)有技術(shù)中均采用銀釬料進(jìn)行釬焊。由于銀資源的貧乏，銀釬料也比較昂貴，致使圓鋸片生產(chǎn)成本很高。為此鋸片生產(chǎn)廠商很希望能夠找到一種廉價(jià)的替代釬料，同時(shí)要求替代釬料焊接強(qiáng)度不低于銀釬料，釬料的流動性和滲透性要與銀釬料相當(dāng)。
可見，如能找到一種可以替代銀釬料的新的釬焊合金，并且其生產(chǎn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于銀釬料，效果等同或更優(yōu)于銀釬料，無疑具有深遠(yuǎn)的意義。本發(fā)明就是基于這一目的而研究開發(fā)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種銅基釬焊合金，其包含以下金屬材料Mn 10～35％ Zn 10～30％Ni 0.1～10％
余量為Cu，上述百分比為重量百分比。所述合金的熔化溫度在780～840℃的范圍內(nèi)。
進(jìn)一步的，本發(fā)明所述合金還可包含Ag、Si、Sn、Al、Li、稀土、Co中的一種或多種，這些金屬在合金中所占比例為Ag 0～15％ Sn 0～2％Si 0～2％ Li 0～1％Al 0～2％ Co 0～3％稀土0～1.5％。
進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的銅基釬焊合金還可包含選自Mg、B、P的一種或多種元素，它們在合金中的含量均在0.001～0.1％的范圍內(nèi)。所述的Mg、B、P元素的少量加入可減少合金中的氣體含量。
更進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的銅基釬焊合金由下列金屬材料組成Mn 20～28％ Zn 18～27％Ni 0.3～1.5％ Al 0.1～0.6％Si 0.1～0.5％ 稀土 0.01～0.2％余量為Cu，上述百分比為重量百分比。
更進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的銅基釬焊合金由下列金屬材料組成Mn 18～24％ Zn 18～22％Ni 0.3～1.2％Al 0.1～0.6％Ag 2.5～6.0％余量為Cu，上述百分比為重量百分比。
更進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的銅基釬焊合金由下列金屬材料組成Mn 20～27％ Zn 17～29％Ni 0.1～0.6％ Al 0.2～0.8％Li 0.05～0.3％余量為Cu，上述百分比為重量百分比。
更進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的銅基釬焊合金由下列金屬材料組成Mn 18～26％ Zn 17～24％Ni 0.3～2％ Al 0.1～1％Co 0.5～3％余量為Cu，上述百分比為重量百分比。
為了解決以銀作為基體的釬焊合金價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)，因此尋求一種價(jià)格比銀低廉的合金基體元素，并且需保證對硬質(zhì)合金和鋼的潤濕性要好，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，銅具備了上述要求。所以本發(fā)明選用以銅為基體的合金。但是，銅的熔點(diǎn)比銀高，因此必須選用可以降低銅熔點(diǎn)的合金元素。加入這些元素不但要降低銅的熔點(diǎn)，還必須考慮所添加元素是否對釬焊硬質(zhì)合金與鋼有利，是否會損害銅合金的冷、熱加工性能。
考慮上述諸因素，本發(fā)明在基體銅的基礎(chǔ)上，還添加一些合適的金屬元素，以獲得最適用的釬焊合金。本發(fā)明使用的其他合適的元素以及它們的效果描述如下錳(Mn)根據(jù)銅錳二元合金的相圖可知，錳降低銅的熔點(diǎn)效果顯著，并且錳與銅能夠形成無限固溶體，因而不會損害銅合金的冷熱加工性能。同時(shí)，錳還有強(qiáng)烈吸收振動能的特殊功能，能衰減所焊工具所承受的振動能，從而使所焊工具的壽命有所延長。但錳含量在30％以上時(shí)，冶煉會造成一定困難，易形成灰渣，從而有害于合金的流動性。故錳含量的上限控制在35％以下；如錳含量低于10％，則合金的熔點(diǎn)太高，故錳含量必須在10％以上，才有好的效果。
鋅(Zn)鋅是為降低銅的熔點(diǎn)和增加合金的流動性而考慮加入的，鋅超過30％時(shí)加工困難，低于10％時(shí)合金熔點(diǎn)又太高，因此確定鋅含量為10～30％。
銀(Ag)為降低合金熔點(diǎn)和改善合金的流動性而加入銀，其含量高于15％以后，效果的改善不明顯，而且釬料價(jià)格提高，因此本發(fā)明限定合金的含銀量上限為15％。
鎳(Ni)為增加銅合金對硬質(zhì)合金的潤濕性能和焊接接頭的高溫性能及耐蝕性而加入鎳，但鎳加入太多，一方面成本增加，另一方面使合金熔點(diǎn)上升，因此本發(fā)明中將含鎳的上限定為10％。
硅(Si)硅較錳活潑，在焊接時(shí)，硅能夠保護(hù)錳不被氧化，從而增加合金的流動性，同時(shí)硅還可防止鋅蒸發(fā)，從而可減少焊縫氣孔的生成幾率。但是，硅含量太高會損壞材料的冷加工性能，因此本發(fā)明中硅含量的上限限制在2％。
錫(Sn)金屬錫柔軟，易彎曲，在銅基合金中加入錫能夠增強(qiáng)合金的抗腐蝕的能力，錫還能改善銅的切削加工性能。本發(fā)明中錫含量的上限為2％。
鋁(Al)鋁能夠改善合金的滲透性能，使合金在液態(tài)下易流入焊縫中，從而增強(qiáng)接頭的強(qiáng)度。鋁還有保護(hù)錳在液態(tài)下不被氧化的功能，從而增加釬料的流動性。但鋁含量也不能太高，太高會損壞釬料的冷加工性能，因此將鋁的上限限定為2％。
稀土加入稀土是為了增加焊接強(qiáng)度和釬料流動性，但過高不利于焊絲的冷加工，因此上限限定為1.5％。
鋰(Li)鋰是非?；顫姷脑兀嚨募尤肟纱蟠笤鰪?qiáng)釬料流動性，但過高也不利于釬料加工，因此上限限定為1％。
合金中的含有過多的氣體可使合金產(chǎn)生氣孔和疏松，而氣孔和疏松往往造成合金斷裂以及不堅(jiān)固。因此，降低合金氣體含量是提高合金強(qiáng)度的一種手段?？梢栽诒景l(fā)明的合金中加入Mg、B、P的一種或多種元素，它們在合金中適宜的含量均在0.001～0.1％的范圍內(nèi)，這些元素的加入可有效降低合金中氣體的含量。
為了減少合金中的氣體含量，本發(fā)明所述的銅基釬焊合金還可包含選自Mg、B、P的一種或多種元素，它們在合金中的含量均在0.001～0.1％的范圍內(nèi)。
如本發(fā)明的合金的組成可為Mn 17～27％，Zn 15～25％；Ni 0.1～10％，Ag0.5～6％；Al 0.05～2％；Mg 0.05～0.1％，以及余量的Cu。
或者，本發(fā)明的合金的組成可為Mn 17～27％Zn，15～25％，Ni 0.1～10％，Ag 0.5～6％，Al 0.05～2％，B 0.001～0.1％，以及余量的Cu。
或者，本發(fā)明的合金的組成可為Mn 17～27％，Zn 15～25％，Ni 0.1～10％，Ag 0.5～6％，Al 0.05～2％，P 0.05～0.1％，以及余量的Cu。
本發(fā)明的釬焊合金制備工藝簡單方便，按比例加入在石墨爐中熔煉，澆鑄成錠，然后熱加工成絲坯或扁坯，再冷加工成成品絲材或帶材。除了特殊說明以外，本發(fā)明的釬焊合金使用的制備工藝和加工藝都是本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟悉的，在此不作贅述。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，對本發(fā)明的釬焊合金的焊接強(qiáng)度進(jìn)行了檢測，結(jié)果與47％銀的AgCuZnMnNi釬料相當(dāng)，而高溫性能高于銀釬料，詳見下文的由于本發(fā)明的釬焊合金的焊接工藝性能與銀釬料相近，因此可用于取代銀釬料。可以理解，任何可以用銀釬料焊接的材料都是本發(fā)明的釬焊合金的適用范圍，其易于加工成片和絲，釬焊溫度與BAg25CuZn相近。本發(fā)明的釬焊合金已經(jīng)特別成功地用于圓鋸片的釬焊。
本發(fā)明的釬焊合金尤其適合于電阻釬焊，高頻感應(yīng)釬焊，激光釬焊，如配以較好的釬劑，也可用于火焰釬焊。本發(fā)明的釬焊合金還可用于不銹鋼、銅的釬焊等，用途非常廣泛。使用本發(fā)明的釬焊合金進(jìn)行釬焊的方法是現(xiàn)有技術(shù)中一般使用的方法，熟練的焊工能夠非常方便的進(jìn)行操作。
盡管本發(fā)明的釬焊合金的焊接工藝性能與銀釬料接近，但是其成本比通用的銀釬料低1倍以上，效果明顯但是價(jià)格低廉，大大降低了釬焊的成本。并且，本合金所使用的合金金屬中不含毒性元素，對人和環(huán)境不會造成不利影響，屬于環(huán)保型釬料。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本發(fā)明的幾種合金的制作(1)采用以下的配方Mn 20～28％、Zn 18～27％、Ni 0.3～1.5％、Al 0.1～0.6％、Si 0.1～0.5％、稀土0.01～0.2％，余量為Cu。
上述金屬按比例加入在石墨爐中熔煉，澆鑄成錠，然后熱加工成絲坯或扁坯，再冷加工成成品絲材或帶材。
經(jīng)測定，該合金的熔化溫度為820～830℃。
(2)采用以下的配方Mn 18～24％、Zn 18～22％、Ni 0.3～1.2％、Al 0.1～0.6％、Si 0.1～0.5％、Ag 2.5～6.0％、余量為Cu。
制備工藝同實(shí)施例1。經(jīng)測定，該合金的熔化溫度為800～820℃。
(3)采用以下的配方Mn 20～27％、Zn 17～29％、Ni 0.1～0.6％、Al 0.2～0.8％、Li 0.05～0.3％、余量為Cu。
制備工藝同實(shí)施例1。經(jīng)測定，該合金的熔化溫度為830～840℃。
(4)采用以下的配方Mn 18～26％、Zn 17～24％、Ni 0.3～2％、Al 0.1～1％、Co 0.5～3％、Si 0.1～0.8％、余量為Cu。
制備工藝同實(shí)施例1。經(jīng)測定，該合金的熔化溫度為820～840℃。
實(shí)施例2實(shí)施例1中獲得的合金的焊接強(qiáng)度測試分別選擇實(shí)施例1中的合金材料、日本產(chǎn)47％銀釬絲、國產(chǎn)47％銀釬絲(均購自浙江永康焊德鋸業(yè)有限公司)，用同種設(shè)備進(jìn)行高頻感應(yīng)釬焊。將YG8硬質(zhì)合金釬焊到65Mn銅支架上，然后將焊好的產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)度測試，測得的抗剪強(qiáng)度對比結(jié)果見表1。
表1

表1的測定結(jié)果表明，本發(fā)明的釬料不僅達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求的抗剪強(qiáng)度，而且具有與日本的47％銀釬料幾乎同等的抗剪強(qiáng)度，達(dá)到了本發(fā)明的目的。
實(shí)施例3本發(fā)明的合金的一些配方的測試以下為本申請人在研究過程中對各種配比的合金的測試試驗(yàn)，按照不同的配方，熔點(diǎn)在780-840℃之間，抗剪強(qiáng)度均在18Kg/mm2左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求的14Kg/mm2的抗剪強(qiáng)度。
表2


以上對本發(fā)明的主要思想做了描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域的人員應(yīng)理解，基于本發(fā)明的不同形式的變更是可能的，這種變更將不離開本發(fā)明的權(quán)利要求范圍。
權(quán)利要求
1.一種銅基釬焊合金，其特征在于，包含以下金屬材料Mn 10～35％ Zn 10～30％Ni 0.1～10％余量為Cu，上述百分比為重量百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基釬焊合金，其特征在于，所述合金還包含Ag、Si、Sn、Al、Li、稀土、Co中的一種或多種，這些金屬在合金中所占比例為Ag 0～15％ Sn 0～2％Si 0～2％ Li 0～1％Al 0～2％ Co 0～3％稀土 0～1.5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的銅基釬焊合金，其特征在于，所述合金還包含選自Mg、B、P的一種或多種元素，它們在合金中的含量均在0.001～0.1％的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅基釬焊合金，其特征在于，由下列金屬材料組成Mn 20～28％ Zn 18～27％Ni 0.3～1.5％Al 0.1～0.6％Si 0.1～0.5％ 稀土 0.01～0.2％余量為Cu，上述百分比為重量百分比。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅基釬焊合金，其特征在于，由下列金屬材料組成Mn 18～24％ Zn 1.8～22％Ni 0.3～1.2％Al 0.1～0.6％Ag 2.5～6.0％余量為Cu，上述百分比為重量百分比。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅基釬焊合金，其特征在于，由下列金屬材料組成Mn 20～27％ Zn 17～29％Ni 0.1～0.6％Al 0.2～0.8％Li 0.05～0.3％余量為Cu，上述百分比為重量百分比。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅基釬焊合金，其特征在于，由下列金屬材料組成Mn 18～26％ Zn 17～24％Ni 0.3～2％ Al 0.1～1％Co 0.5～3％余量為Cu，上述百分比為重量百分比。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，公開了一種銅基釬焊合金，所述釬焊合金以銅為基體材料，其中還選擇性加入錳、鋅、銀、鎳、硅、錫、鋁、鋰、稀土中的幾種或全部。本發(fā)明的釬焊合金的焊接工藝性能與銀釬料相近，但是釬料成本比通用的銀釬料低1倍以上，有效節(jié)約了成本。
文檔編號B23K35/30GK1799760SQ200510023129
公開日2006年7月12日 申請日期2005年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月5日
發(fā)明者羅成林, 羅朝暉, 羅勁松 申請人:羅成林, 羅朝暉, 羅勁松