[发明专利]基于价键理论设计多元钎料成分的方法

说明书

本发明涉及基于价键理论设计多元钎料成分的方法；根据基准元素的合金相图，从热力学角度分析元素之间的相互作用，确定元素之间形成共晶点的成分范围；确定基准共晶合金的晶体结构类型及晶胞参数；利用价键理论，编辑计算程序得出该基准钎料合金的价电子结构，判断程序所得结果是否满足理论判据要求；若满足，在基准合金中添加一种或以上元素，设计元素含量，改编上述程序得出多元钎料合金的价电子结构，再次判断程序所得结果是否满足理论判据要求；若满足，则确定该多元钎料模型有效；根据该模型，模拟多元钎料合金的元素成分对合金强度和韧性的影响及规律，得出兼顾合金强度和韧性的成分区间。

技术领域

本发明属于材料成分设计技术领域，也属于焊接钎料设计技术，涉及非晶钎料合金，涉及基于价键理论设计多元钎料成分的方法，具体涉及一种基于价键理论和温度设计的多元钎料成分设计方法，尤其是多元非晶箔带钎料的成分设计。

背景技术

钎料是钎焊过程的重要材料，在钎料的熔点温度以上加热，钎料将熔化、在毛细作用下熔化态钎料填充到待连接的两个表面之间，待钎料凝固后获得一种冶金组织的结合接头。

随着钎焊质量要求的提高，设计新型钎料成为提高钎焊零件综合性能的途径之一。新型钎料需要满足几下几方面要求：1)钎料需要具有良好的塑性。钎料的形态包括很多种，如箔带、丝材、膏状、粉状、粘带钎料等。钎料合金必须具有良好的塑性，方可以制备成型箔带和丝材。有时为了便于钎焊料装配，将钎焊料制备成箔带形式，此时钎料合金需要具备一定的强韧性，以方便按待焊接部位的形状要求进行钎焊料的裁剪和定位。

2)钎料具有较低的固液相温差。

若钎料可以迅速熔化，则有利于钎料铺展到待连接的缝隙中，提高钎料材料利用率和生产效率；这要求钎料固液相线温差尽量低，而共晶成分的合金可以满足该要求。获得接近共晶成分且兼具良好强度和塑性的钎料合金是钎料设计追求的理想目标。

由于普通钎料中低熔点的成分先熔化，高熔点的成分先析出，而高熔点相会阻碍低熔点液相的铺展，导致普通钎料润湿性较差。与之相比，由于具有共晶成分的钎料，其冷却速度快、钎料成分均匀、熔化区窄，能够达到瞬时熔化的效果，可以在基体表面相对迅速铺展，因而具有良好的润湿性、有利于提高界面结合力，特别是对薄壁结构，在共晶成分钎料的条件下可采用短时(如保温10min-20min)保温的工艺方法进行制造，以维持基体组织结构和性能。

这样有利于钎焊大型构件时钎焊料在升温到制定温度时发生快速熔化，有助于大面积钎焊是获得均匀的界面组织和性能，特别是对于薄壁构件。同时，钎料合金应具备一定的强度，以获得力学性能较好的钎焊接头。

长期以来，钎料设计的方法大多为参考母材成分添加降熔元素、参照现有钎料进行成分调整或进行微合金化等，如在设计用于高温合金钎焊用钎料时，通过添加降熔Si、B；在设计用于钎焊钛合金用钎料时尝试添加稀土元素La，目的是提高钎料的润湿性，等等。专利CN201710263327.1发明了一种含In、Li、Zr和La的低银钎料，具有含银量低，熔点低，润湿性好，强度高的特点。专利CN201310673027.2发明了一种低银铜基钎料，熔化温度较低，润湿性、流动性好，钎焊接头质量稳定、使用寿命长；能取代BCu80AgP铜磷钎料，大大降低电机钎焊的生产成本。类似上述钎料设计方法存在如下问题，1)试错法会产生大量的实验工作，在优选需要添加的元素种类及优化元素添加量时将需要数十次到上百次的工艺实验。2)由于原材料、配料、熔炼等各阶段引入的误差因素导致该方法下的钎料设计工作存在误差，尤其是添加微量元素。因此，开辟一种合理的钎料成分设计理论方法十分必要，可以降低人员成本、减少材料浪费、提高材料设计工作的效率。

发明内容

本发明的目的是：设计一种基于价键理论设计多元钎料成分的方法，同时考虑到多种组元共同作用下钎料合金的强度、塑性、脆韧转变温度问题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：