[发明专利]一种铜磷合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料类，具体涉及一种铜磷合金及其制备方法。

背景技术

铜磷合金是制造铜磷钎料的重要母合金。现有铜磷钎料的制造方法一般是将含磷14.5%～15%（质量分数，下同）的铜磷合金加入等量的电解铜（铜磷合金与电解铜之比约为1﹕1），经过在冶炼炉中熔化、搅拌、浇铸、挤压、拉拔等工艺，即得到含磷量为7.0%～7.5%左右的铜磷钎料。由于新产品、新材料的不断出现以及市场竞争的需要，许多用户需要使用含磷量为7.8%甚至高达8.1%的铜磷钎料（如GB/T6418-2008《铜基钎料》表4中型号为BCu92P的钎料，P含量为7.5%～8.1%），给钎焊材料生产厂家提出了新的难题。如果还采用含磷14.5%～15%的铜磷合金加入等量的电解铜的生产方法，增加了配料的复杂性，提高了生产成本，因此，急需开发出含磷量大于15%甚至高达16%以上的铜磷合金，以满足钎焊材料生产厂家简化铜磷钎料生产工艺、降低生产成本的需要。

在现有已公开的中国专利文献中，如公开号为CN1740355名称为“磷铜母合金的制备方法”、公开号为CN102268567A名称为“一种铜磷合金的制备方法”，其铜磷合金（亦或称磷铜合金、磷铜母合金）中磷含量均小于等于15%，其中前者磷含量为14.5～15％，铜含量84.499～84.999％；后者为赤磷0.5～15%，纯铜85～99.5%。

现有的铜磷合金的制备方法主要有电解法、碳热还原法、铜液浇磷搅拌合成法、磷蒸气与铜液反应法等等。公开号为CN202193831U名称为“一种高磷铜合金的冶炼装置”虽然可将磷元素的烧损量控制在0.05%～0.1%但是未指出其新发明的冶炼装置冶炼的高磷铜合金中磷的含量；公开号为CN202683104U名称为“铜合金生产用混合机”，只是解决了磷铜合金生产中，采用现有的混料装置存在结构复杂，成本较高，不便于卸料等问题。

综上所述，现有的铜磷合金制备方法主要针对生产过程复杂、能耗高、环境污染严重等缺陷提出各种改善或部分解决的方法，但是目前却没有一种科学合理的磷含量超过15%的铜磷合金的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种生产工艺简单、产品成分均匀、能耗低、生产过程无污染、铜磷合金中磷含量可高达23%的铜磷合金，并公开其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种铜磷合金，其特征在于：按质量分数配比是：13.0%～23.0%的磷（P），0.1%～0.3%的镍(Ni)，0.001%～0.1%的锆(Zr)，余量为铜（Cu）。

一种铜磷合金的制备方法，其特征在于：根据需要，采用赤磷或黄磷，将赤磷或黄磷放置于密闭坩埚中，加热并保持赤磷液体的温度为600℃～620℃或黄磷液体的温度为60℃～70℃备用；将按需要比例添加的电解铜、镍板、锆-铜合金放置于中频炉中加热至完全熔化后，将液态赤磷或黄磷按所需比例输入熔化的铜镍锆合金熔液中，磷与铜镍锆合金发生充分反应即得到含有微量镍、锆的铜磷合金熔液，经浇铸到模具、冷却后即得到铜磷合金产品。

本发明提供的技术方案相对于已有的技术，最显著的特点是在铜磷合金中添加了0.1%～0.3%的Ni元素，0.001%～0.1%的Zr元素。

从Cu-P二元合金相图可知，由于铜磷合金的主要金属间化合物Cu₃P的熔点为1022℃，而且极脆，在磷含量为15%、Cu含量为85%时基本上全部形成Cu₃P，因此无法浇铸成铸锭，这是铜磷合金磷含量高于15%无法制备、无法用于铜磷钎料生产的根本原因。

本研究发现，Ni元素与磷元素在磷含量高时可以生成NiP₃金属间化合物，其熔点为700℃，由于金属间化合物NiP₃本身不脆，NiP₃与Cu₃P可以发生化学作用，改变Cu₃P的形态，从而使其形成Cu₃P+CuP₂的混合相，其熔点约为833℃，从而使得铜磷合金中磷含量达到23%时仍然能够浇铸成铸锭。此外，在铜磷合金中添加微量Zr元素，也有细化铜磷合金晶粒、改善铜磷合金塑性的作用，在铜磷合金中磷含量达到23%时，Zr元素与Ni元素“协同作用”，保证磷含量高达23%的铜磷合金仍然能够顺利浇铸成铸锭，这为钎焊材料生产厂家简化铜磷钎料生产工艺、降低生产成本提供了方便。

与以往研究相比，本发明的创造性在于：