專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接材料，具體說(shuō)是涉及一種特別適用于對(duì)金剛石復(fù)合片(PDC) 和立方氮化硼復(fù)合片(PCBN)進(jìn)行焊接的高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料及其制備方法。
背景技術(shù)：
金剛石復(fù)合片(PDC)和立方氮化硼復(fù)合片(PCBN)在工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活中的應(yīng) 用日益廣泛，由于其硬度高、耐磨性好、導(dǎo)熱性和耐磨損性?xún)?yōu)良，PDC和PCBN在現(xiàn)代工業(yè)材 料中的重要作用不可替代。在石油鉆探、地質(zhì)勘查、煤炭采掘、機(jī)械加工、汽車(chē)制備、水泥生 產(chǎn)、鋁合金加工、電子芯片、橡膠塑料工程、生活用品等方面，為了降低成本、提高功效、增強(qiáng) 安全，PDC和PCBN超硬材料取得了可喜的成就。 PDC和PCBN的廣泛應(yīng)用很大程度上依賴(lài)于釬焊技術(shù)的發(fā)展。PDC和PCBN的焊接 比較困難，難以焊接在一定程度上限制了 PDC和PCBN的應(yīng)用。PDC和PCBN的焊接一般采用 釬焊工藝，極個(gè)別的采用激光釬焊工藝。PDC和PCBN釬焊中存在的主要問(wèn)題是由于PDC和 PCBN的高耐磨性、超長(zhǎng)壽命和中低溫釬焊高溫使用帶來(lái)的一系列矛盾。PDC和PCBN難以潤(rùn) 濕，釬焊時(shí)又必須保持相對(duì)低溫，焊縫必須具有高溫高強(qiáng)度、高溫高韌度和很好的抗疲勞性 能，釬縫釬著率高、釬縫內(nèi)部不得有夾雜和氣孔、釬縫表面不得起皺皮、帶砂眼等缺陷。
為了提高釬縫的高溫強(qiáng)度、高溫韌度和抗疲勞性能，采用含有大量鎳、錳元素 的釬料是解決矛盾的關(guān)鍵。為解決這一難題全球頂級(jí)釬料制備公司開(kāi)發(fā)了幾種典型的 專(zhuān)用釬料。德國(guó)的Degussa公司開(kāi)發(fā)的4900成分是Ag49Cul6Zn23Ni4. 5Mn7. 5，美國(guó) 的Handy&Harman公司開(kāi)發(fā)的Braze495的成分與之相近，美國(guó)的Harris公司生產(chǎn)的 Safety-silv60T的成分是Ag60Cu29Ni3Mn6，國(guó)際有色金屬大鍔比利時(shí)Umicore公司主推 的BAg24成分是Ag50Cu20Zn28Ni2，美國(guó)福星(Fusion)公司的主打產(chǎn)品1245的成分是 Ag50Cul5. 5Znl5. 5Cdl6Ni3。上述釬料全部是在銀銅鋅基礎(chǔ)上添加鎳錳鎘等。這些釬料有 的可以解決釬縫強(qiáng)度問(wèn)題但韌度和疲勞強(qiáng)度低，有的可以解決釬縫強(qiáng)度、韌度、疲勞問(wèn)題但 是釬焊溫度高，有的能全面解決強(qiáng)度、韌度、疲勞和釬焊溫度問(wèn)題但是含有有害元素鎘。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種既能全面 解決PDC和PCBN焊接強(qiáng)度、韌度、疲勞和釬焊溫度問(wèn)題，又不含有有害元素鎘的高強(qiáng)韌無(wú)鎘 銀釬料及其制備方法。 本發(fā)明的目的可通過(guò)下述技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明的高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料包括下述重量百分比的原料銀Ag :22 58X;銅Cu :
15 35% ;鋅Zn :13 38% ;錳Mn :4 8%。；鎳Ni :1. 5 5% ;鈷Co :0. 8 3% ;硼B(yǎng) : 0. 01 0. 45% ;釩V :0 1. 5% ;鈮Nb :0 1. 5% ;鈰Ce :0. 005 0. 9% ;鑭La :0. 005 0. 9% ;鍶Sr :0 0. 5%。
本發(fā)明的制備方法包括下述步驟
a、將高熔點(diǎn)金屬鎳Ni、鈷Co、釩V、鈮Nb分別與銅Cu熔煉成中間合金Al、 A2、 A3、 A4 ;所述中間合金A1是由重量比的Cu50 : Ni50組成；所述中間合金A2是由重量比的 Cu70 : Co30組成；所述中間合金A3是由重量比的Cu97 : V3組成；所述中間合金A4是由 重量比的Cu98 : Nb2組成； b、將易氧化金屬硼B(yǎng)、鈰Ce和鑭La、鍶Sr分別與銅Cu在真空爐中熔煉成中間合 金B(yǎng)1、B2、B3 ;所述中間合金B(yǎng)1是由重量比的Cu86 : B14組成；所述中間合金B(yǎng)2是由重量 比的Cu80 : Lal2+Ce8組成；所述中間合金B(yǎng)3是由重量比的Cu80 : Sr20組成；
c、將銀與剩余量的銅在中頻爐中熔化，溫度達(dá)到1350K 1500k后加入中間合金 A1、A2、A3或A4中的任意一種或全部，充分融合后用脫水硼砂與硼酐的復(fù)合鹽覆蓋，將金屬 液溫度降到1250K 1400K后再加入金屬錳、鋅，停止加熱，待金屬充分融合后金屬液溫度 降到1150 1300K時(shí)，加入中間合金B(yǎng)1、 B2、 B3中的任意一種或全部；其中脫水硼砂與硼 酐的重量比為7 : 3; d、再次充分融合并靜置60分鐘，澆鑄形成銀合金鑄錠，澆鑄鑄錠時(shí)冷卻速率要大 于100K/S ;合金鑄錠在900K 1000K之間均勻化退火8小時(shí)，扒去外皮；在800K 873K 之間，用等溫?cái)D壓法將釬料擠壓成帶狀或棒狀；帶狀合金經(jīng)過(guò)多次軋制制備成薄帶，軋制道 次加工率在30 40%之間；棒狀合金經(jīng)過(guò)軋制、拉拔減徑成細(xì)絲，拉拔道次加工率在8 10%之間。 本發(fā)明在Ag、Cu、Zn、Ni、Mn的合金系基礎(chǔ)上引入Co， Co對(duì)硬質(zhì)合金的潤(rùn)濕性是所 有金屬中最優(yōu)異的，而且Co的高溫強(qiáng)度下降極緩慢，釬料中很少加入主要是添加困難、制 造技術(shù)難以突破，以前解決類(lèi)似問(wèn)題常選用Pd，但是Pd的價(jià)格太高，一般只用于軍工技術(shù)、 航空航天領(lǐng)域或者核工業(yè)。而本發(fā)明所采用的制備方法可將Co成功的添加到Ag、 Cu、 Zn、 Ni、Mn的合金系中，使獲得的釬料具有了高溫強(qiáng)度高、高溫韌度高、抗疲勞性能好的特征。
為進(jìn)一步提高高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料的高溫力學(xué)性能，釬料中添加了微量的V、 Nb ;為 改善高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料的組織結(jié)構(gòu)、細(xì)化其晶粒、凈化其晶界，達(dá)到提高疲勞強(qiáng)度的目的， 釬料中還添加了 B、 Ce、 La、 Sr等微量元素。
本發(fā)明的使用性能既有益效果如下 A、本發(fā)明的高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料用于釬焊PDC或者PCBN時(shí)，有操作方便、釬焊效率 高、釬縫強(qiáng)度高、韌度高、疲勞性好、釬焊溫度低、環(huán)保性好等特點(diǎn)。把高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料制 成窄帶用于自動(dòng)感應(yīng)釬焊時(shí)，可以大大提高生產(chǎn)效率。這種釬料用于釬焊PDC或者PCBN的 綜合性能優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)外各種釬料。 B、本發(fā)明的高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料也可以用于釬焊硬質(zhì)合金，與同類(lèi)型的銀釬料相 比，釬料釬焊效率高、釬縫強(qiáng)度高、韌度高、疲勞性好、釬焊溫度低、環(huán)保性好。但與銅基釬料 相比，釬焊成本較高，但是與銅基釬料相比其釬焊效率高的多，同時(shí)又有氣孔少、夾渣少、焊 縫可靠性高的特點(diǎn)。 C、本發(fā)明的高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料也可以用于釬焊鋼或不銹鋼，與同含量的銀釬料相 比，釬料仍舊有釬焊效率高、釬縫強(qiáng)度高、韌度高、疲勞性好、釬焊溫度低、環(huán)保性好等顯著 特點(diǎn)。但是這類(lèi)釬料的釬焊成本較高，這主要是常規(guī)銀基釬料含有鎘，從而改善了釬焊工藝 性。而鎘已經(jīng)在全球的電工電器領(lǐng)域被禁用，隨著可持續(xù)發(fā)展和綠色制造被人們所重視，含 鎘釬料將逐漸被大面積禁用。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 a、按重量百分比取Ag :25% ;Cu :32% ;Zn :35% ;Ni :2% ;Co :1% ;Mn :4. 75% ;B : 0. 01% ;Nb :0. 01% ;V :0. 01% ;Ce :0. 06% ;La :0. 09% ;Sr :0. 07% ; b、將高熔點(diǎn)金屬鎳Ni 、鈷Co、釩V、鈮Nb分別與銅Cu熔煉成中間合金Al 、 A2、 A3、 A4 ;所述中間合金A1是由重量比的Cu50 : Ni50組成；所述中間合金A2是由重量比的 Cu70 : Co30組成；所述中間合金A3是由重量比的Cu97 : V3組成；所述中間合金A4是由 重量比的Cu98 : Nb2組成； c、將易氧化金屬硼B(yǎng)、鈰Ce和鑭La、鍶Sr分別與銅Cu在真空爐中熔煉成中間合 金B(yǎng)1、B2、B3 ;所述中間合金B(yǎng)1是由重量比的Cu86 : B14組成；所述中間合金B(yǎng)2是由重量 比的Cu80 : Lal2+Ce8組成；所述中間合金B(yǎng)3是由重量比的Cu80 : Sr20組成；
d、將銀與剩余的銅在中頻爐中熔化，溫度達(dá)到1350K 1500k后加入中間合金A， 充分融合后用脫水硼砂與硼酐的復(fù)合鹽覆蓋，將金屬液溫度降到1250K 1400K后再加入 金屬錳Mn、鋅Zn，停止加熱，待金屬充分融合后金屬液溫度降到1150 1300K時(shí)，加入中間 合金B(yǎng);其中脫水硼砂與硼酐的重量比為7 : 3; e、再次充分融合并靜置60分鐘，澆鑄形成銀合金鑄錠，澆鑄鑄錠時(shí)冷卻速率要大 于100K/S ;合金鑄錠在900K 1000K之間均勻化退火8小時(shí)，扒去外皮；在800K 873K 之間，用等溫?cái)D壓法將釬料擠壓成帶狀或棒狀；帶狀合金經(jīng)過(guò)多次軋制制備成薄帶，軋制道 次加工率在30 40%之間；棒狀合金經(jīng)過(guò)軋制、拉拔減徑成細(xì)絲，拉拔道次加工率在8 10%之間。 在以下實(shí)施例(2-8)中除步驟a、b、 c與實(shí)施例1有部分不同外，其余步驟均與實(shí) 施例1相同。
實(shí)施例2 a、按重量百分比取Ag :30% ;Cu :26% ;Zn :34% ;Ni :2% ;Co :2% ;Mn :5. 8% ;B : 0. 01% ;V :0. 01% ;Sr :0. 08% ;Ce :0. 04% ;La :0. 06% ; b、將高熔點(diǎn)金屬鎳Ni、鈷Co、釩V分別與銅Cu熔煉成中間合金A1、A2、A3 ;所述中 間合金A1是由重量比的Cu50 : Ni50組成；所述中間合金A2是由重量比的Cu70 : Co30 組成；所述中間合金A3是由重量比的Cu97 : V3組成； c、將易氧化金屬硼B(yǎng)、鈰Ce和鑭La、鍶Sr分別與銅Cu在真空爐中熔煉成中間合 金B(yǎng)1、B2、B3 ;所述中間合金B(yǎng)1是由重量比的Cu86 : B14組成；所述中間合金B(yǎng)2是由重量 比的Cu80 : Lal2+Ce8組成；所述中間合金B(yǎng)3是由重量比的Cu80 : Sr20組成。
實(shí)施例3 按重量百分比取Ag :35% ;Cu :22% ;Zn :32. 5% ;Ni :1. 5% ;Co :2% ;Mn :6. 74% ; B :0. 01% ;Nb :0. 01% ;Ce :0. 06% ;La :0. 09% ;Sr :0. 09% ; b、將高熔點(diǎn)金屬鎳Ni、鈷Co、鈮Nb與銅Cu熔煉成中間合金，將高熔點(diǎn)金屬鎳 Ni、鈷Co、鈮Nb分別與銅Cu熔煉成中間合金Al、 A2、 A4 ;所述中間合金Al是由重量比的 Cu50 : Ni50組成；所述中間合金A2是由重量比的Cu70 : Co30組成；所述中間合金A4是 由重量比的Cu98 : Nb2組成；
5
c、將易氧化金屬硼B(yǎng)、鈰Ce和鑭La、鍶Sr分別與銅Cu在真空爐中熔煉成中間合 金B(yǎng)1、B2、B3 ;所述中間合金B(yǎng)1是由重量比的Cu86 : B14組成；所述中間合金B(yǎng)2是由重量 比的Cu80 : Lal2+Ce8組成；所述中間合金B(yǎng)3是由重量比的Cu80 : Sr20組成。
實(shí)施例4 a、按重量百分比取Ag :40% ;Cu :21% ;Zn :31% ;Ni :1% ;Co :1% ;Mn :5. 7% ;B : 0. 01% ;V :0. 04% ;Ce ;0. 06% ;La :0. 09% ;Sr :0. 1% ; b、將高熔點(diǎn)金屬鎳Ni、鈷Co、釩V分別與銅Cu熔煉成中間合金A1、A2、A3 ;所述中 間合金A1是由重量比的Cu50 : Ni50組成；所述中間合金A2是由重量比的Cu70 : Co30 組成；所述中間合金A3是由重量比的Cu97 : V3組成； c、將易氧化金屬硼B(yǎng)、鈰Ce和鑭La、鍶Sr分別與銅Cu在真空爐中熔煉成中間合 金B(yǎng)1、B2、B3 ;所述中間合金B(yǎng)1是由重量比的Cu86 : B14組成；所述中間合金B(yǎng)2是由重量 比的Cu80 : Lal2+Ce8組成；所述中間合金B(yǎng)3是由重量比的Cu80 : Sr20組成。
實(shí)施例5 a、按重量百分比取Ag :45% ;Cu :22% ;Zn :23% ;Ni :2% ;Co :2% ;Mn :5. 70% ;B :
0. 01% ;Ce :0. 06% ;La :0. 09% ;Sr :0. 14% ; b、將高熔點(diǎn)金屬鎳Ni、鈷Co分別與銅Cu熔煉成中間合金Al、 A2 ;所述中間合金 Al是由重量比的Cu50 : Ni50組成；所述中間合金A2是由重量比的Cu70 : Co30組成；
c、將易氧化金屬硼B(yǎng)、鈰Ce和鑭La、鍶Sr分別與銅Cu在真空爐中熔煉成中間合 金B(yǎng)1、B2、B3 ;所述中間合金B(yǎng)1是由重量比的Cu86 : B14組成；所述中間合金B(yǎng)2是由重量 比的Cu80 : Lal2+Ce8組成；所述中間合金B(yǎng)3是由重量比的Cu80 : Sr20組成。
實(shí)施例6 a、按重量百分比取Ag :49% ;Cu :17% ;Zn :23% ;Ni :3% ;Co :1. 5% ;Mn :6. 35% ; B :0. 01% ;Sr :0. 14% ; b、將高熔點(diǎn)金屬鎳Ni、鈷Co分別與銅Cu熔煉成中間合金Al、 A2 ;所述中間合金 Al是由重量比的Cu50 : Ni50組成；所述中間合金A2是由重量比的Cu70 : Co30組成；
c、將易氧化金屬硼B(yǎng)、鍶Sr分別與銅Cu在真空爐中熔煉成中間合金B(yǎng)l、 B3 ;所述 中間合金B(yǎng)1是由重量比的Cu86 : B14組成；所述中間合金B(yǎng)3是由重量比的Cu80 : Sr20 組成。 實(shí)施例7 a、按重量百分比取Ag :50% ;Cu :17% ;Zn :22% ;Ni :2. 5% ;Co :2% ;Mn :6. 34% ; B :0. 01% ;V :0. 05% ;Ce :0. 04% ;La :0. 06% ; b、將高熔點(diǎn)金屬鎳Ni、鈷Co、釩V分別與銅Cu熔煉成中間合金A1、A2、A3 ;所述中 間合金A1是由重量比的Cu50 : Ni50組成；所述中間合金A2是由重量比的Cu70 : Co30 組成；所述中間合金A3是由重量比的Cu97 : V3組成； c、將易氧化金屬硼B(yǎng)、鈰Ce和鑭La分別與銅Cu在真空爐中熔煉成中間合金B(yǎng)l、 B2 ;所述中間合金B(yǎng)1是由重量比的Cu86 : B14組成；所述中間合金B(yǎng)2是由重量比的 Cu80 : Lal2+Ce8組成。
實(shí)施例8 a、按重量百分比取Ag :55% ;Cu :21% ;Zn :15% ;Ni :2% ;Co :2% ;Mn :4. 88% ;B :0. 02% ;Ce :0. 04% ;La :0. 06% ; b、將高熔點(diǎn)金屬鎳Ni、鈷Co分別與銅Cu熔煉成中間合金Al、 A2 ;所述中間合金 Al是由重量比的Cu50 : Ni50組成；所述中間合金A2是由重量比的Cu70 : Co30組成；
c、將易氧化金屬硼B(yǎng)、鈰Ce和鑭La分別與銅Cu在真空爐中熔煉成中間合金B(yǎng)l、 B2 ;所述中間合金B(yǎng)1是由重量比的Cu86 : B14組成；所述中間合金B(yǎng)2是由重量比的 Cu80 : Lal2+Ce8組成。
權(quán)利要求
一種高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料，其特征在于所述釬料包括下述重量百分比的原料銀Ag22～58％；銅Cu15～35％；鋅Zn13～38％；錳Mn4～8％；鎳Ni1.5～5％；鈷Co0.8～3％；硼B(yǎng)0.01～0.45％；釩V0～1.5％；鈮Nb0～1.5％；鈰Ce0.005～0.9％；鑭La0.005～0.9％；鍶Sr0～0.5％。
2. —種用于權(quán)利要求1所述釬料的制備方法，其特征在于所述制備方法包括下述步驟a、 將高熔點(diǎn)金屬鎳Ni、鈷Co、釩V、鈮Nb分別與銅Cu熔煉成中間合金Al、 A2、 A3、 A4 ;所述中間合金A1是由重量比的Cu50 : Ni50組成；所述中間合金A2是由重量比的 Cu70 : Co30組成；所述中間合金A3是由重量比的Cu97 : V3組成；所述中間合金A4是由 重量比的Cu98 : Nb2組成；b、 將易氧化金屬硼B(yǎng)、鈰Ce和鑭La、鍶Sr分別與銅Cu在真空爐中熔煉成中間合金B(yǎng)l、 B2、 B3 ;所述中間合金B(yǎng)1是由重量比的Cu86 : B14組成；所述中間合金B(yǎng)2是由重量比的 Cu80 : Lal2+Ce8組成；所述中間合金B(yǎng)3是由重量比的Cu80 : Sr20組成；c、 將銀與剩余量的銅在中頻爐中熔化，溫度達(dá)到1350K 1500k后加入中間合金Al、 A2、 A3或A4中的任意一種或全部，充分融合后用脫水硼砂與硼酐的復(fù)合鹽覆蓋，將金屬液 溫度降到1250K 1400K后再加入金屬錳、鋅，停止加熱，待金屬充分融合后金屬液溫度降 到1150 1300K時(shí)，加入中間合金B(yǎng)1、 B2、 B3中的任意一種或全部；其中脫水硼砂與硼酐 的重量比為7:3;d、 再次充分融合并靜置60分鐘，澆鑄形成銀合金鑄錠，澆鑄鑄錠時(shí)冷卻速率要大于 100K/S ;合金鑄錠在900K 1000K之間均勻化退火8小時(shí)，扒去外皮；在800K 873K之間， 用等溫?cái)D壓法將釬料擠壓成帶狀或棒狀；帶狀合金經(jīng)過(guò)多次軋制制備成薄帶，軋制道次加 工率在30 40%之間；棒狀合金經(jīng)過(guò)軋制、拉拔減徑成細(xì)絲，拉拔道次加工率在8 10% 之間。
全文摘要
一種高強(qiáng)韌無(wú)鎘銀釬料及其制備方法，所述釬料包括下述重量百分比的原料銀Ag22～58％；銅Cu15～35％；鋅Zn13～38％；錳Mn4～8％；鎳Ni1.5～5％；鈷Co0.8～3％；硼B(yǎng)0.01～0.45％；釩V0～1.5％；鈮Nb0～1.5％；鈰Ce0.005～0.9％；鑭La0.005～0.9％；鍶Sr0～0.5％。其制備方法為將高熔點(diǎn)金屬與部分銅熔煉成中間合金A，將易氧化金屬與部分銅在真空爐中熔煉成中間合金B(yǎng)，將銀與其余部分銅在中頻爐中熔化后加入中間合金A，再加入金屬錳、鋅，充分融合后加入中間合金B(yǎng)，再次充分融合并靜置60分鐘，澆鑄形成銀合金鑄錠；合金鑄錠均勻化退火、扒皮；用等溫?cái)D壓法將合金擠壓成帶狀或棒狀；之后再軋制成薄帶或拉拔減徑成細(xì)絲。
文檔編號(hào)C22C1/03GK101693325SQ20091017241
公開(kāi)日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者于新泉, 朱坤, 楊繼東, 潘建軍, 程亞芳, 裴夤崟, 鐘素娟, 黃成志, 龍偉民 申請(qǐng)人:鄭州機(jī)械研究所;