[发明专利]铜磷焊环及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及金属钎焊材料技术领域，尤其是涉及一种铜磷焊环及其制备方法。铜磷焊环，包括焊环本体和设置于所述焊环本体的一侧端面或两侧端面的反应层；所述焊环本体包括铜磷钎料和钎剂；所述反应层包括硫酸铜。本发明的预成形铜磷焊环，在焊环本体一侧或两侧的端面设置有硫酸铜反应层，基于接触反应，在加热过程中，硫酸铜先与钢基体发生反应，在其表面生成一层铜，有效阻止铜磷钎料中的P与Fe元素反应生产脆性化合物，从而提高钎缝连接强度。

技术领域

本发明涉及金属钎焊材料技术领域，尤其是涉及一种铜磷焊环及其制备方法和应用。

背景技术

目前钎焊碳钢管主要采用的是银基钎料，其银含量一般在25％以上，由于钎料回收难度较大，高银钎料不仅大量消耗银资源，同时成本较高。为降低成本，有必要开发低银或无银钎料替代高银钎料。铜磷钎料是一种应用广泛的铜基钎料，具有不亚于常用银钎料的强度和耐热性，但在钎焊过程中铜磷钎料中的P元素会和母材中的Fe反应，在界面处形成一层脆性化合物，导致钢铜无法形成有效的连接，限制了铜磷钎料的使用范围。

申请号为201710998882.9的发明专利申请提供了一种磁场诱导焊接方法，对含有磁性金属粉末的复合钎料加热使其熔化，复合钎料中的磁性金属粉末在定向磁场作用下，沿着定向磁场方向排布，与钢基体形成搭接或咬合的微观结构，减弱钎料中的P元素与钢基体中的Fe的反应，但该工艺需要附加磁场，工艺流程相对较为复杂。

现有技术中报道了一种表面覆盖低熔点银合金层的新型铜磷焊片，采用该焊片与普通铜磷钎料钎焊45碳钢接头性能进行了对比，结果表明，银合金润湿先导钎焊的铜磷/碳钢界面化合物层厚度明显减小，抗剪强度超过160MPa，断裂发生在靠近连接界面的钎焊材料内部，接头韧性显著改善，但该方法需要表面镀覆低熔点银合金，钎料成本相应增加(基于银合金先导润湿的铜磷钎料钎焊钢，龙伟民、董博文、张青科、何鹏、薛鹏，焊接学报，2017,38(1))。

因此，需要研究开发一种经济、便捷、低成本的钎焊材料。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供铜磷焊环，以解决现有技术中存在的钢钎缝强度及成本无法将兼顾的技术问题。

本发明的第二目的在于提供铜磷焊环的制备方法，该制备方法操作简单，重复性好。

本发明的第三目的在于提供铜磷焊环在钢-铜、钢-钢管状金属钎焊领域中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

铜磷焊环，包括焊环本体和设置于所述焊环本体的一侧端面或两侧端面的反应层；

所述焊环本体包括铜磷钎料和钎剂；所述反应层包括硫酸铜。

本发明的预成形铜磷焊环，在焊环本体一侧或两侧的端面设置有硫酸铜反应层，基于接触反应，在加热过程中，硫酸铜先与钢基体发生反应，在其表面生成一层铜，有效阻止铜磷钎料中的P与Fe元素反应生产脆性化合物，从而提高钎缝连接强度。

在实际操作中，反应层设置在一侧端面或两侧端面的情况可根据实际应用场景进行选择。如铜磷焊环只需一端与钢管状金属钎焊，则可只在一侧端面设置反应层；如铜磷焊环两端均与钢管状金属钎焊，则优选在两侧端面设置反应层。

具体的，所述反应层的端截面与焊环本体的端截面对应贴合。进一步的，所述反应层的端截面尺寸大于或等于所述焊环本体的端截面尺寸；优选的，所述反应层的端截面尺寸等于所述焊环本体的端截面尺寸。

在本发明的具体实施方式中，所述焊环本体为圆环结构。在本发明的具体实施方式中，所述反应层的厚度为1mm～2mm。

在本发明的具体实施方式中，所述焊环本体与所述反应层的质量比为(4～20)﹕1，优选为(5～15)﹕1。