[发明专利]一种Cu-P基非晶钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Cu—P基非晶钎料及其制备方法，具体涉及一种钎焊铜及铜合金的含锆Cu-P-Sn-Ni-Si非晶钎料及其制备方法，属于非晶钎料和铜及铜合金钎焊技术领域。

背景技术

银基钎料的熔点适中，工艺性好，并具有良好的强度、韧性、导电性、导热性和抗腐蚀性，在现代工业各领域，如电子、家电、航天航空、能源、汽车制造等获得广泛应用。随着科技的发展和社会的进步，对银基钎料的需求量也日益增长，我国每年仅用于制作银基钎料方面银的消耗量达千吨以上。但银是贵金属.属于国控物资，我国每年均需进口大量白银。另外，大多数银基钎料都含有毒元素镉。为了降低成本，避免污染环境，开发节银、代银钎料一直是国内外钎焊领域的研究前沿和热点，具有较大的经济效益和社会效益。

Cu-P基钎料以其低的熔点，良好的钎焊工艺性能，特有的自钎作用(对紫铜钎焊)以及低廉的价格等优点，是一种最有希望的代Ag钎料。但Cu—P基钎料由于含有脆性化合物Cu₃P，导致合金在室温下呈脆性，接头强度和韧性比银基钎料差很多，钎料加工困难，用传统方法很难制成箔带，这就导致了Cu-P基钎料应用的局限性。采用快速凝固技术制备Cu-P基非晶钎料，可以解决钎料制备成型，并提高钎料的性能。从非晶形成能力考虑，二元Cu—P系形成非晶的能力很差，加入Ni后的三元系，非晶形成能力大大增强，而再加入Sn的四元系，非晶形成能力又得到进一步增强。从Cu-P基钎料的钎焊性考虑，磷能明显降低钎料熔点，改善流动性，对紫铜具有自钎能力。但随含磷量的增加，钎料的塑性韧性则降低，在常温下加工性变差；钎料中加入镍，则提高熔点，但能改善对Fe、Co、Ni基合金的润湿性，提高接头强度和耐蚀性。钎料中加入锡，可降低熔点，改善润湿性。但使接头的强度降低。

为了获得Cu-P基非晶钎料并改善其钎焊性，必须对Cu-P基合金成分进行优化设计，兼顾合金的非晶形成能力和钎焊性，在上述基础上，再添加一定的微量元素，进一步提高Cu-P基非晶钎料的性能，从而使Cu-P基非晶钎料真正进入实用化阶段，并获得广泛应用，这是Cu-P基非晶钎料制备和铜及铜合金钎焊技术领域急待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决Cu-P基钎料的室温脆性和可成型性问题。提供一种熔点低，容易加工，钎焊性能优良的非晶钎料，以扩大此类代银钎料的应用。它通过添加微量合金元素并优化Cu-P基合金成分，采用快速凝固技术制取非晶态钎料，用于钎焊铜及铜合金，保证良好的钎焊工艺性和接头力学性能。

为了实现上述目的，本发明的一种Cu—P基非晶钎料，其特征在于：该钎料的组分及含量(按质量百分比)为：P为7.0-8.0％，Ni为14.0％，Sn为5.0％，Zr为0.02-0.06％，Si为0.2％；其余为Cu，各组分质量之和为100％。

其中，上述的铜、锡和镍的纯度均为99.9％以上，锆的纯度为99.99％，均为工业级；

上述的硅、磷为铜硅、铜磷中间合金，其中，铜硅中间合金中硅的质量分数为12-18％，铜磷中间合金中磷的质量分数为10-15％，均为工业级。

制备一种Cu—P非晶钎料的方法，包括下述步骤：

1、配方：将锆、铜、锡、镍和铜硅、铜磷中间合金原材料粉碎，配比；

2、装料：将上述配料置于电弧炉中，电弧炉的5个铜坩埚，其中一个坩埚中放入一块纯Ti试样，其余四个坩埚可同时放入四种同配方或不同配方的配料；

3、抽真空：先将炉内抽真空至10^-2Pa，充氩气洗炉3-4次后，再抽真空至10^-2Pa，充氩气至-0.06MPa；

4、去氧：将放入坩埚中的一块纯Ti试样熔炼3-4次，以去除气氛中残留的氧；

5、熔炼：为了使铸态合金均匀，将铜坩埚内的配料在电磁搅拌作用下反复熔炼3-4次，并使用反倒拔棍翻转配料，即获得熔炼后的试样；

6、称重：对试样进行称重，若发现试样的失重在0.1％以内，则可认为合金实际成分与名义成分基本一致，即为制备的非晶钎料的母合金；

7、将母合金粉碎，装入石英玻璃管内；

8.开启炉门，将石英玻璃管夹装在甩带机的感应加热圈中，并将石英玻璃管喷嘴至铜辊表面间距调整为0.8-1mm，以保证喷射在铜辊上的液体是平板流，而形成稳定流状态；

9.关闭炉门，先采用机械泵抽真空至5.6×10^-1Pa，然后用分子泵抽高真空至7.5×10^-4Pa；