含鈷的低銀無鎘銀釬料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬材料類，具體是一種含鈷的低銀無鎘銀釬料，其特征在于，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比是：Ag12%～16%，Cu39%～41%，In1%～8%，Ga0.5%～4%，Co0.01%～1.2%，余量為Zn。且In︰Ga=2︰1。本發(fā)明上述成分配比得到的含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料具有流動(dòng)性好、潤濕性好，焊點(diǎn)強(qiáng)度高等特點(diǎn)，而且還具有與BAg20CuZnCd釬料“接近的熔化溫度范圍”，特別適用于家電行業(yè)、五金制品行業(yè)某些產(chǎn)品的釬焊，避免了因?yàn)殁F焊溫度過高而引起的工件氧化、釬焊接頭強(qiáng)度下降等問題。
【專利說明】含鈷的低銀無鎘銀釬料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料類的釬焊材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種含鈷的低銀無鎘銀釬料。
【背景技術(shù)】
[0002]在釬焊材料中，目前較普遍使用的BAg20CuZnCd釬料，由于其化學(xué)成分中含Cd元素，雖然在配合助焊劑(如FB102釬劑)時(shí)釬焊性能優(yōu)良，但是滿足不了歐盟RoHS指令要求。其它銀釬料有多種不含鎘的配方，但是由于其銀含量偏高，無法滿足家電行業(yè)、五金制品行業(yè)市場競爭的需要，急需開發(fā)出銀含量在15%左右的銀釬料，以降低生產(chǎn)成本。
[0003]本 申請人:進(jìn)行了文獻(xiàn)檢索，在已公開的中國專利文獻(xiàn)中雖然見諸有低銀無鎘銀釬料的技術(shù)信息，如中國專利CN101716702A公開的“多元合金無鎘低銀釬料”、中國專利CN101347871公開的“一種低銀釬料在電機(jī)轉(zhuǎn)子的端環(huán)與導(dǎo)條釬焊工藝中的應(yīng)用”和中國專利CN102416530A公開的“無鎘低銀釬料及其制備方法”，等等。但是，這些文獻(xiàn)公開的低銀無鎘銀釬料其銀含量均在16.0%?40%范圍，更具體地講均不屬于“銀含量在15%左右、釬料熔點(diǎn)接近BAg20CuZnCd”的低銀無鎘銀釬料，因此，無法在“不改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的條件下”替代BAg20CuZnCd釬料。為此，本 申請人:進(jìn)行了大量的探索并且有益的試驗(yàn)，下面將要介紹的技術(shù)方案便是在這種背景下產(chǎn)生的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有良好的流動(dòng)性和潤濕性、焊點(diǎn)強(qiáng)度適中、具有與BAg20CuZnCd釬料接近的熔化溫度范圍的含鈷的低銀無鎘銀釬料。
[0005]本發(fā)明的任務(wù)是這樣來完成的:
[0006]一種含鈷的低銀無鎘銀釬料，其特征是:成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:12%?16%的Ag, 39% ?41% 的 Cu，1% ?8% 的 In，0.5% ?4% 的 Ga，0.01% ?1.2% 的 Co，余量為 Zn。
[0007]上述技術(shù)方案中，當(dāng)In在1%?8%、Ga在0.5%?4%的范圍內(nèi)且In: Ga=2: I的比例范圍時(shí)，具有最佳的流動(dòng)性和潤濕性并具有與BAg20CuZnCd釬料接近的熔化溫度范圍。
[0008]上述成分配比得到的“含鈷的低銀無鎘銀釬料”其固相線溫度為655°C ±10°C，液相線溫度為745°C ±10°C (均考慮了測定誤差)。使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(Ob = 210±25MPa，τ =200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(ob = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與 BAg20CuZnCd 釬料配合助焊劑(如 FB102 釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時(shí)的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
[0009]本發(fā)明方案主要解決了下述兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題:1)研制開發(fā)出的含鈷的新型低銀無鎘銀釬料，釬焊時(shí)流動(dòng)性好、潤濕性好，焊點(diǎn)強(qiáng)度高，而且還具有與BAg20CuZnCd釬料“接近的熔化溫度范圍”。通過優(yōu)化“含鈷的新型低銀無鎘銀釬料”的化學(xué)成分，使新發(fā)明的銀釬料除可制備為普通帶材、絲材外，還可制備成直徑為1.2?1.5的細(xì)絲；2)通過在銀釬料中加入適量比例的銦和鎵元素，同時(shí)加入微量的鈷，使得銀釬料在紫銅、黃銅、以及鎳基合金上的具有很好的“潤濕性能”，較低的且接近BAg20CuZnCd釬料的熔化溫度范圍。
[0010]使用市售的白銀、電解銅、鋅錠、金屬銦、金屬鎵、鋅鈷合金，按需要配比，采用常規(guī)的中頻冶煉爐冶煉、澆鑄，然后通過擠壓、拉拔，即得到所需要的釬料絲材；根據(jù)生產(chǎn)需要，可將金屬銦、金屬鎵分別預(yù)先冶煉成合金，然后加入冶煉爐中冶煉、澆鑄，再通過擠壓、拉拔，即得到所需要的釬料絲材；或通過多道軋制工序，制備成所需厚度、寬度的薄帶。
[0011]與以往研究相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案的建樹之處在于:
[0012]1、研究發(fā)現(xiàn)了在微量鈷元素的“協(xié)同作用”下，銀釬料中適量比例的合金元素銦與鎵對“低銀無鎘銀釬料”的影響規(guī)律一即銀釬料中銦與鎵元素含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同)分別控制在In為1%?8%、Ga為0.5%?4%的范圍內(nèi)且In: Ga=2: I時(shí)，能使低銀無鎘銀釬料中Ag含量< 16%時(shí)，新發(fā)明的低銀無鎘銀釬料仍具有良好的“潤濕性能”。
[0013]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)In的加入量高于8%、Ga的加入量高于4%以后，釬料的熔點(diǎn)并不是“單調(diào)”下降，而且釬料加工性能變差，潤濕、鋪展性能也有變差的趨勢。但是In的加入量低于l%、Ga的加入量低于0.5%時(shí)，當(dāng)In: Ga=2: I時(shí)，釬料仍然具有良好的潤濕、鋪展性能，但是釬料熔點(diǎn)顯著上升，液相線溫度達(dá)到780V以上。
[0014]進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)控制In的加入量在1%?8%、Ga的加入量在0.5%?4%的范圍內(nèi)，當(dāng)In: Ga > 2: 1，如In: Ga=2.1: I時(shí)(如In的加入量在1.05%, Ga的加入量在0.5%時(shí)；In的加入量在8%、Ga的加入量在3.81%時(shí)，釬縫力學(xué)性能降低。研究中以銀釬料最為常用的釬焊對象紫銅一黃銅作為母材進(jìn)行對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)紫銅-黃銅釬焊接頭強(qiáng)度(％為對接接頭拉斷力，τ為搭接接頭拉斷力)Ob = 190±25MPa，τ = 180±30MPa(低于正常的紫銅一黃銅釬焊接頭拉斷力Ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa的范圍)，釬料熔點(diǎn)顯著上升，固相線溫度為685°C，液相線溫度達(dá)到780°C，明顯高于采用本發(fā)明的成分配比得到655°C (固相線溫度)至745°C (液相線溫度)范圍。
[0015]當(dāng)In: Ga < 2: 1，如 In: Ga=L 9:1 時(shí)，(如 In 的加入量在 0.95%，Ga 的加入量在0.5%時(shí)；In的加入量在7.6%、Ga的加入量在4%時(shí)，釬縫力學(xué)性能降低，只有σ b =195±25MPa，τ = 185±30MPa(低于正常的紫銅一黃銅釬焊接頭拉斷力σ b = 210±25MPa，τ = 200±30MPa的范圍)，釬料熔點(diǎn)顯著上升，固相線溫度為705°C，液相線溫度達(dá)到800°C，明顯高于采用本發(fā)明的成分配比得到的655°C (固相線溫度)至745°C (液相線溫度)范圍。
[0016]因此，控制低銀無鎘銀釬料中銦與鎵元素含量即In在1%?8%、Ga在0.5%?4%的范圍內(nèi)且In: Ga=2: I的比例范圍內(nèi)，是本發(fā)明方案的關(guān)鍵點(diǎn)之一。
[0017]2、研究發(fā)現(xiàn)了微量鈷元素對低銀無鎘銀釬料的潤濕性能、加工性能的影響規(guī)律。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，鈷元素含量在低銀無鎘銀釬料中應(yīng)該控制在0.01%?1.2%的范圍為宜。在上述范圍內(nèi)，當(dāng)同時(shí)滿足In: Ga=2: l(In的加入量應(yīng)在1%?8%、Ga的加入量應(yīng)在
0.5%?4%范圍)的條件時(shí)，新發(fā)明的低銀無鎘銀釬料其熔化溫度范圍能夠控制在655°C?745°C范圍，接近BAg20CuZnCd釬料的熔化溫度范圍(BAg20CuZnCd固相線溫度為605°C，液相線溫度為765°C，參見GB/T10046-2008《銀釬料》第4頁表2 (續(xù)))，此時(shí)，新發(fā)明的含鈷的新型低銀無鎘銀釬料釬焊紫銅、H62黃銅、鎳基合金等金屬時(shí)，具有與BAg20CuZnCd相當(dāng)?shù)拟F焊性能和接近的熔化溫度，而貴金屬Ag的含量卻降低了約5個(gè)百分點(diǎn)，雖然In、Ga也屬于稀貴金屬，但是其價(jià)格與銀價(jià)相比略低，綜合計(jì)算，原材料成本仍然可降低10%?20%左右，技術(shù)進(jìn)步顯著。
[0018]金屬鈷熔點(diǎn)約1495°C，顯然很難溶解于銀釬料中。但是，將鈷與鋅先冶煉成鋅鈷合金，其鋅鈷合金的熔點(diǎn)可以下降至900°C左右，這樣在銀釬料的冶煉過程中就可以很方便地、均勻地加入到銀釬料中。已有研究表明，金屬鈷在銅中的“平衡固溶度”只有0.2%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同)，但是，其在快速凝固條件下的“擴(kuò)展固溶度”可以達(dá)到15%，從而形成具有“高強(qiáng)度”、“高導(dǎo)電率”的銅鈷合金。在本發(fā)明的含鈷的低銀無鎘銀釬料中，鈷的含量高于1.2%以后，雖然釬料的強(qiáng)度、導(dǎo)電性能能夠繼續(xù)“單調(diào)”增加，但是給釬料的加工、制備帶來了困難，而且，過高的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能對于釬焊接頭(釬縫)來說無異于浪費(fèi)，因此，鈷的加入量以控制在1.2%以內(nèi)最佳。當(dāng)鈷的加入量低于0.01%時(shí)，仍然具有一定效果，但是對于細(xì)絲釬料的制備效果變差，特別是在釬料絲材拉拔至直徑小于1.3mm時(shí)斷絲現(xiàn)象開始增多，因此，本發(fā)明確定鈷的最低加入量為0.01%。
[0019]3、試驗(yàn)研究過程中還發(fā)現(xiàn)，由于鈷在常溫下不和水作用，在潮濕的空氣中也很穩(wěn)定，微量鈷的加入對銀釬料的冶煉具有顯著的“凈化”作用，即在加入鈷元素后，鑄錠中的氣孔、夾雜物明顯減少，在制備細(xì)絲釬料(如直徑為1.2mm?1.5mm的細(xì)絲)時(shí)“斷絲現(xiàn)象”顯著減少，使得新發(fā)明的釬料在生產(chǎn)中成材率大大提高。
[0020]本發(fā)明提供的技術(shù)方案相對于已有技術(shù)中的BAg20CuZnCd釬料而言，不僅具有流動(dòng)性好、潤濕性好，焊點(diǎn)強(qiáng)度高等特點(diǎn)，而且還具有與BAg20CuZnCd釬料“接近的熔化溫度范圍”，特別適用于家電行業(yè)、五金制品行業(yè)某些產(chǎn)品的釬焊，避免了因?yàn)殁F焊溫度過高而引起的工件氧化、釬焊接頭強(qiáng)度下降等問題。
【具體實(shí)施方式】
[0021]體現(xiàn)上述技術(shù)效果的本發(fā)明的含鈷的新型低銀無鎘銀釬料的具體的實(shí)施例如下。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]一種含鈷的低銀無鎘銀釬料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:16%的Ag，41%的Cu，1%的In，
0.5%的Ga，0.01%的Co，余量為Zn。上述成分配比得到的“含鈷的新型低銀無鎘銀釬料”其固相線溫度為655°C ± I (TC，液相線溫度為745 °C ±10°C (均考慮了測定誤差)。釬焊時(shí)釬料流動(dòng)性好,對母材的潤濕性能良好。
[0024]使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(σ b = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時(shí)的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]一種含鈷的低銀無鎘銀釬料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:12%的Ag，39%的Cu，8%的In，4%的Ga，1.2%的Co，余量為Zn。上述成分配比得到的“含鈷的新型低銀無鎘銀釬料”其固相線溫度為655°C ± I (TC，液相線溫度為745 °C ±10°C (均考慮了測定誤差)。釬焊時(shí)釬料流動(dòng)性好,對母材的潤濕性能良好。[0027]使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(σ b = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時(shí)的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
[0028]實(shí)施例3:
[0029]一種含鈷的低銀無鎘銀釬料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:13%的Ag，40%的Cu，2%的In，1%的Ga，0.2%的Co，余量為Zn。上述成分配比得到的“含鈷的新型低銀無鎘銀釬料”其固相線溫度為655°C ± I (TC，液相線溫度為745 °C ±10°C (均考慮了測定誤差)。釬焊時(shí)釬料流動(dòng)性好,對母材的潤濕性能良好。
[0030]使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(σ b = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時(shí)的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
[0031]實(shí)施例4:
[0032]一種含鈷的低銀無鎘銀釬料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:12.5%的Ag，39.5%的Cu，5%的In，2.5%的Ga，0.8%的Co，余量為Zn。上述成分配比得到的“含鈷的新型低銀無鎘銀釬料”其固相線溫度為655°C ±10°C，液相線溫度為745°C ±10°C (均考慮了測定誤差)。釬焊時(shí)釬料流動(dòng)性好，對母材的潤濕性能良好。
[0033]使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(σ b = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時(shí)的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
[0034]實(shí)施例5:
[0035]一種含鈷的低銀無鎘銀釬料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:14%的Ag，39.8%的Cu，1.8%的In，0.9%的Ga，0.5%的Co，余量為Zn。上述成分配比得到的“含鈷的新型低銀無鎘銀釬料”其固相線溫度為655°C ±10°C，液相線溫度為745°C ±10°C (均考慮了測定誤差)。釬焊時(shí)釬料流動(dòng)性好，對母材的潤濕性能良好。
[0036]使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(σ b = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時(shí)的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
【權(quán)利要求】
1.一種含鈷的低銀無鎘銀釬料，其特征在于，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比是:Agl2%?16%，Cu39% ?41%，Inl% ?8%，Ga0.5% ?4%，Co0.01% ?1.2%,余量為 Zn，且 In: Ga=2: I。
【文檔編號(hào)】B23K35/24GK103846569SQ201410074925
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】張偉平 申請人:浙江高博焊接材料有限公司