[发明专利]一种用于无铅易切削铜合金钎焊的银钎料

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料类，具体涉及一种用于无铅易切削铜合金钎焊的银钎料。

背景技术

自RoHS指令正式生效以来，无铅无镉钎焊材料的研究和使用越来越多。尽管RoHS指令对“铅黄铜”中含铅量可以允许不超过4％，但是，出于对保护人类健康的考虑，无铅易切削铜合金的研究越来越多，大有替代“铅黄铜”的趋势。

随着我国制造业的快速发展，制造水平的不断进步，生产量稳步增长，特别是近年来铜制品产量的大幅度提高，在许多领域，无铅易切削铜合金正在逐步取代“铅黄铜”。由于无铅易切削铜合金成分的特殊性和对无铅易切削铜合金钎缝“易切削性”的特殊要求，迫切需要研发出适用于无铅易切削铜合金的钎料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的润湿铺展性能、固-液相线温度适中、银含量较低，钎缝具有优良塑性、强度、切削性能良好的用于无铅易切削铜合金钎焊的银钎料。

为达到上述目的，本发明一种用于无铅易切削铜合金钎焊的银钎料，其特征在于：按质量百分数配比为：1.5％～25.0％的Ag(银)，4.5％～9.0％的P(磷)，0.01％～0.2％的Se(硒)，0.005％～0.1％的S(硫)，0.01％～0.1％的Zr(锆)，余量为Cu(铜)。

本发明根据所述质量百分数配比关系，先采用中频冶炼炉冶炼好Cu-Ag-P三元合金之后，用市售的“铜箔”包覆市售的Zr-Cu合金、Cu-Se合金、CuS，加入已熔炼为液态的Cu-Ag-P三元合金中，即得到所需要的可用于无铅易切削铜合金钎焊的银钎料。

本发明发现了向银钎料中加入适量“硒元素”和“硫元素”对银钎料“切削性能”的影响规律：即银钎料中“硒元素”和“硫元素”含量对银钎料“切削性能”的影响在Se(即硒元素)与S(即硫元素)的添加量达到Se∶S＝1.8～2.2∶1时，具有良好的切削性能，而在Se∶S＝2∶1，银钎料具有最佳的切削性能，对于无铅易切削铜合金来说，经过成分优化发现，Se、S的添加量应该分别控制在0.01％～0.2％、0.005％～0.1％范围。当Se、S的添加量分别超过0.2％、0.1％范围后，会使银钎料加工、制备变得困难，使钎缝的表面成型变得粗糙。

本发明采用锆铜合金作为脱氧剂和晶粒细化剂，除了能够“准确控制”银钎料中的“硒元素”和“硫元素”含量之外，脱氧剂脱氧后残留的锆元素，具有优良的“合金化”性能，它们的“协同作用”，可以使银钎料的塑性与强度同时得到提高，从而使银含量约在1.5％～25.0％范围、对含Bi的无铅易切削铜合金、含Si的无铅易切削铜合金、含Sb的无铅易切削铜合金以及含Mg的无铅易切削铜合金等材料均具有良好的润湿铺展性能、固-液相线温度适中、具有优良塑性与强度的银钎料。

本发明对现有文献的分析发现，尽管在铜合金中，有时会允许微量的S元素存在(参见现行有效版本GB/T 5231-2001中表1和表3(续))，但是并不是为了提高铜合金的“易切削”性能。与此相反，在“铅黄铜”中(参见现行有效版本GB/T 5231-2001中表2(续))，对铅黄铜“杂质总和”的允许量虽然规定为0.5％～1.2％，但是，并未列出S元素的允许量，换句话说，GB/T 5231-2001标准并不认为在铅黄铜中加入微量S元素可以显著提高黄铜的切削性能。

本发明还发现，在加入0.01％～0.1％的Zr时，不仅由于Zr与Se、S产生“协同作用”，能够提高银钎料对含Bi、含Si、含Sb以及含Mg无铅易切削铜合金的润湿铺展能力，还可以使新发明的银钎料中P的加入量提高至9.0％。由于P元素在铜合金的冶炼过程以及钎焊过程中具有“脱氧作用”(如P脱氧铜，参见现行有效版本GB/T 5231-2001中表1)，这一发现，不仅对于批量生产时的产品质量的控制提供了方便，而且大大提高了钎料的流动性，更加有利于焊工操作。

本发明提供的适用于无铅易切削铜合金钎焊的银钎料与已有技术相比具有以下技术效果：对含Bi的无铅易切削铜合金、含Si的无铅易切削铜合金、含Sb的无铅易切削铜合金以及含Mg的无铅易切削铜合金等材料均具有良好的润湿铺展性能，固相线温度为640-650℃，液相线温度为770-780℃，钎料伸长率≥15％，钎料抗拉强度≥300MPa，钎缝抗拉强度≥220MPa，钎料导电率(IACS)≥80％，钎缝切削性能达到铅黄铜HPb62-2(参见现行有效版本GB/T 5231-2001《加工铜及铜合金化学成分和产品形状》)的切削性能。

具体实施方式