含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬材料類，具體是一種含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料，其特征在于，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比是：Ag12%～16%，Cu39%～41%，In1%～8%，Ga0.5%～4%，Be0.0001%～0.05%，余量為Zn，且In︰Ga=2︰1。本發(fā)明上述成分配比得到的含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料具有流動性好、潤濕性好，焊點強(qiáng)度高等特點，而且還具有與BAg20CuZnCd釬料“接近的熔化溫度范圍”，特別適用于家電行業(yè)、五金制品行業(yè)某些產(chǎn)品的釬焊，避免了因為釬焊溫度過高而引起的工件氧化、釬焊接頭強(qiáng)度下降等問題。
【專利說明】含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料類的釬焊材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料。
【背景技術(shù)】
[0002]在釬焊材料中，目前較普遍使用的BAg20CuZnCd釬料，由于其化學(xué)成分中含Cd元素，雖然在配合助焊劑(如FB102釬劑)時釬焊性能優(yōu)良，但是滿足不了歐盟RoHS指令要求。其它銀釬料有多種不含鎘的配方，但是由于其銀含量偏高，無法滿足家電行業(yè)、五金制品行業(yè)市場競爭的需要，急需開發(fā)出銀含量在15%左右的銀釬料，以降低生產(chǎn)成本。
[0003] 申請人:進(jìn)行了文獻(xiàn)檢索，在已公開的中國專利文獻(xiàn)中雖然見諸有低銀無鎘銀釬料的技術(shù)信息，如中國專利CNlO1716702A公開的“多元合金無鎘低銀釬料”、中國專利CN101347871公開的“一種低銀釬料在電機(jī)轉(zhuǎn)子的端環(huán)與導(dǎo)條釬焊工藝中的應(yīng)用”和中國專利CN102416530A公開的“無鎘低銀釬料及其制備方法”，等等。但是，這些文獻(xiàn)公開的低銀無鎘銀釬料其銀含量均在16.0%?40%范圍，更具體地講均不屬于“銀含量在15%左右、釬料熔點接近BAg20CuZnCd”的低銀無鎘銀釬料，因此，無法在“不改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的條件下”替代BAg20CuZnCd釬料。為此，本 申請人:進(jìn)行了大量的探索并且有益的試驗，下面將要介紹的技術(shù)方案便是在這種背景下產(chǎn)生的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有良好的流動性和潤濕性、焊點強(qiáng)度適中、具有與BAg20CuZnCd釬料接近的熔化溫度范圍的含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料。
[0005]本發(fā)明的任務(wù)是這樣來完成的:
[0006]一種含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料，其特征是:成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:12%?16%的Ag, 39% ?41% 的 Cu，1% ?8% 的 In，0.5% ?4% 的 Ga，0.0001% ?0.05% 的 Be，余量為 Zn。
[0007]上述技術(shù)方案中，當(dāng)In在1%?8%、Ga在0.5%?4%的范圍內(nèi)且In: Ga=2: I的比例范圍時，具有最佳的流動性和潤濕性并有與BAg20CuZnCd釬料接近的熔化溫度范圍。
[0008]上述成分配比得到的“含鈹?shù)男滦偷豌y無鎘銀釬料”其固相線溫度為655°C ±10°C，液相線溫度為745°C ±10°C (均考慮了測定誤差)。使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強(qiáng)度見括號內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(Ob =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(ob = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
[0009]本發(fā)明方案主要解決了下述兩個關(guān)鍵技術(shù)問題:1)研制開發(fā)出的含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料，釬焊時流動性好、潤濕性好，焊點強(qiáng)度高，而且還具有與BAg20CuZnCd釬料“接近的熔化溫度范圍”。通過優(yōu)化“含鈹?shù)男滦偷豌y無鎘銀釬料”的化學(xué)成分，使銀釬料除可制備為普通帶材、絲材外，還可制備成直徑為1.2?1.5的細(xì)絲；2)通過在銀釬料中加入適量比例的銦和鎵元素，同時加入微量的鈹，使得銀釬料在紫銅、黃銅、以及鎳基合金上的具有很好的“潤濕性能”，較低的且接近BAg20CuZnCd釬料的熔化溫度范圍。
[0010]本發(fā)明使用市售的白銀、電解銅、鋅錠、金屬銦、金屬鎵、鈹銅合金，按需要配比，采用常規(guī)的中頻冶煉爐冶煉、澆鑄，然后通過擠壓、拉拔，即得到所需要的釬料絲材；根據(jù)生產(chǎn)需要，可將金屬銦、金屬鎵分別預(yù)先冶煉成合金，然后加入冶煉爐中冶煉、澆鑄，再通過擠壓、拉拔，即得到所需要的釬料絲材；或通過多道軋制工序，制備成所需厚度、寬度的薄帶。
[0011]與以往研究相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案的建樹之處在于:
[0012]1、研究發(fā)現(xiàn)了在微量鈹元素的“協(xié)同作用”下，銀釬料中適量比例的合金元素銦與鎵對“低銀無鎘銀釬料”的影響規(guī)律一即銀釬料中銦與鎵元素含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同)分別控制在In為1%?8%、Ga為0.5%?4%的范圍內(nèi)且In: Ga=2: I時，能使低銀無鎘銀釬料中Ag含量< 16%時，本發(fā)明的低銀無鎘銀釬料仍具有良好的“潤濕性能”。
[0013]試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)In的加入量高于8%、Ga的加入量高于4%以后，釬料的熔點并不是“單調(diào)”下降，而且釬料加工性能變差，潤濕、鋪展性能也有變差的趨勢。但是In的加入量低于l%、Ga的加入量低于0.5%時，當(dāng)In: Ga=2: I時，釬料仍然具有良好的潤濕、鋪展性能，但是釬料熔點顯著上升，液相線溫度達(dá)到780V以上。
[0014]進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)控制In的加入量在1%?8%、Ga的加入量在0.5%?4%的范圍內(nèi)，當(dāng)In: Ga > 2: 1，如In: Ga=2.1: I時(如In的加入量在1.05%, Ga的加入量在0.5%時；In的加入量在8%、Ga的加入量在3.81%時，釬縫力學(xué)性能降低。研究中以銀釬料最為常用的釬焊對象紫銅一黃銅作為母材進(jìn)行對比試驗，發(fā)現(xiàn)紫銅-黃銅釬焊接頭強(qiáng)度(％為對接接頭拉斷力，τ為搭接接頭拉斷力)Ob = 190±25MPa，τ = 180±30MPa(低于正常的紫銅一黃銅釬焊接頭拉斷力Ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa的范圍)，釬料熔點顯著上升，固相線溫度為685°C，液相線溫度達(dá)到780°C，明顯高于采用本發(fā)明的成分配比得到655°C (固相線溫度)至745°C (液相線溫度)范圍。
[0015]當(dāng)In: Ga < 2: 1，如 In: Ga=L 9:1 時，(如 In 的加入量在 0.95%，Ga 的加入量在0.5%時；In的加入量在7.6%、Ga的加入量在4%時，釬縫力學(xué)性能降低，只有σ b =195±25MPa，τ = 185±30MPa(低于正常的紫銅一黃銅釬焊接頭拉斷力σ b = 210±25MPa，τ = 200±30MPa的范圍)，釬料熔點顯著上升，固相線溫度為705°C，液相線溫度達(dá)到800°C，明顯高于采用本發(fā)明的成分配比得到的655°C (固相線溫度)至745°C (液相線溫度)范圍。
[0016]因此，控制低銀無鎘銀釬料中銦與鎵元素含量即In在1%?8%、Ga在0.5%?4%的范圍內(nèi)且In: Ga=2: I的比例范圍內(nèi)，是本發(fā)明方案的關(guān)鍵點之一。
[0017]2、研究發(fā)現(xiàn)了微量鈹元素對低銀無鎘銀釬料的潤濕性能、加工性能的影響規(guī)律。大量試驗結(jié)果表明，Be元素含量在低銀無鎘銀釬料中應(yīng)該控制在0.0001%?0.05%的范圍為宜。在上述范圍內(nèi)，當(dāng)同時滿足In: Ga=2: I (In的加入量應(yīng)在1%?8%、Ga的加入量應(yīng)在0.5%?4%范圍)的條件時，低銀無鎘銀釬料其熔化溫度范圍能夠控制在655°C?745 V范圍，接近BAg20CuZnCd釬料的熔化溫度范圍(BAg20CuZnCd固相線溫度為605°C，液相線溫度為765°C，參見GB/T10046-2008《銀釬料》第4頁表2 (續(xù)))，此時，新發(fā)明的含鈹?shù)男滦偷豌y無鎘銀釬料釬焊紫銅、H62黃銅、鎳基合金等金屬時，具有與BAg20CuZnCd相當(dāng)?shù)拟F焊性能和接近的熔化溫度，而貴金屬Ag的含量卻降低了約5個百分點，雖然In、Ga也屬于稀貴金屬，但是其價格與銀價相比略低，綜合計算，原材料成本仍然可降低10%?20%左右，技術(shù)進(jìn)步顯著。
[0018]鈹銅又稱鈹青銅，是銅合金中的“彈性之王”，經(jīng)固溶時效熱處理后，可獲得高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性能的產(chǎn)品。已有研究表明，鈹青銅中含鈹量一般在1.9%-2.15%，但是，在本發(fā)明的低銀無鎘銀釬料中，鈹?shù)暮扛哂?.05%以后，雖然釬料的強(qiáng)度、導(dǎo)電性能能夠繼續(xù)“單調(diào)”增加，但是給釬料的加工、制備帶來了困難，而且，過高的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能對于釬焊接頭(釬縫)來說無異于浪費，因此，鈹?shù)募尤肓恳钥刂圃?.05%以內(nèi)最佳。當(dāng)鈹?shù)募尤肓康陀?br> 0.0001%,仍然具有一定效果(這與在鋁及鋁合金焊絲中加入0.0003%?0.0005%的Be以提高焊縫強(qiáng)度不同，本發(fā)明中Be的有效作用范圍很寬，參見GB/T10858-2008《鋁及鋁合金焊絲》)，但是當(dāng)Be的加入量低于0.0001%以后，現(xiàn)有儀器設(shè)備無法對其“準(zhǔn)確測定”(我公司現(xiàn)有的儀器設(shè)備對Be的最低測試感量為0.00005%)，批量生產(chǎn)時無法對產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確控制，因此，本發(fā)明確定Be的最低加入量為0.0001%。
[0019]3、試驗研究過程中還發(fā)現(xiàn)，微量鈹?shù)募尤雽π掳l(fā)明的銀釬料的冶煉具有顯著的“凈化”作用，即在加入鈹元素后，鑄錠中的氣孔、夾雜物明顯減少，在制備細(xì)絲釬料(如直徑為1.2mm?1.5mm的細(xì)絲)時“斷絲現(xiàn)象”顯著減少，使得新發(fā)明的釬料在生產(chǎn)中成材率大大提聞。
[0020]本發(fā)明提供的技術(shù)方案相對于已有技術(shù)中的BAg20CuZnCd釬料而言，不僅具有流動性好、潤濕性好，焊點強(qiáng)度高等特點，而且還具有與BAg20CuZnCd釬料“接近的熔化溫度范圍”，特別適用于家電行業(yè)、五金制品行業(yè)某些產(chǎn)品的釬焊，避免了因為釬焊溫度過高而引起的工件氧化、釬焊接頭強(qiáng)度下降等問題。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面就本發(fā)明的具體實施例闡述如下。
[0022]實施例1:
[0023]一種含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料，其特征是:成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:16%的Ag，41%的Cu，1%的In，0.5%的Ga，0.0001%的Be，余量為Zn。上述成分配比得到的含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料其固相線溫度為655°C ±10°C，液相線溫度為745°C ± 10°C(均考慮了測定誤差)。釬焊時釬料流動性好，對母材的潤濕性能良好。
[0024]使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強(qiáng)度見括號內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(σ b = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
[0025]實施例2:
[0026]一種含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料，其特征是:12%的Ag，39%的Cu，8%的In，4%的Ga，
0.05%的Be，余量為Zn。上述成分配比得到的含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料其固相線溫度為655 0C ± I (TC，液相線溫度為745 °C ± 10°C (均考慮了測定誤差)。釬焊時釬料流動性好，對母材的潤濕性能良好。[0027]使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強(qiáng)度見括號內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(σ b = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
[0028]實施例3:
[0029]一種含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料，其特征是:13%的Ag，40%的Cu，2%的In，1%的Ga，
0.0002%的Be，余量為Zn。上述成分配比得到的含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料其固相線溫度為655 0C ± I (TC，液相線溫度為745 °C ± 10°C (均考慮了測定誤差)。釬焊時釬料流動性好，對母材的潤濕性能良好。
[0030]使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強(qiáng)度見括號內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(σ b = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
[0031]實施例4:
[0032]一種含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料，其特征是:12.5%的Ag，39.5%的Cu，5%的In，2.5%的Ga, 0.03%的Be，余量為Zn。上述成分配比得到的含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料其固相線溫度為655 0C ± I (TC，液相線溫度為745 °C ± 10°C (均考慮了測定誤差)。釬焊時釬料流動性好，對母材的潤濕性能良好。
[0033]使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強(qiáng)度見括號內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(σ b = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
[0034]實施例5:
[0035]一種含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料，其特征是:14%的Ag，39.8%的Cu，1.8%的In，0.9%的Ga, 0.001%的Be，余量為Zn。上述成分配比得到的含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料其固相線溫度為655 0C ± I (TC，液相線溫度為745 °C ± 10°C (均考慮了測定誤差)。釬焊時釬料流動性好，對母材的潤濕性能良好。
[0036]使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強(qiáng)度見括號內(nèi)數(shù)據(jù):紫銅一黃銅(ob = 210±25MPa，τ = 200±30MPa)、紫銅一鎳基合金(σ b =210±25MPa，τ = 200±30MPa)、黃銅一鎳基合金(σ b = 330±25MPa，τ = 325±30MPa)，與BAg20CuZnCd釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學(xué)性能相當(dāng)。
【權(quán)利要求】
1.一種含鈹?shù)牡豌y無鎘銀釬料，其特征在于，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比是:Agl2%?16%，0139%?41%，1111%?8%，6&0.5%?4%，860.0001%?0.05%，余量為211，且111: Ga=2: I。
【文檔編號】B23K35/28GK103817456SQ201410074357
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】蔣俊懿, 蔣汝智 申請人:金華市雙環(huán)釬焊材料有限公司