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B试验研究蜉荔
新型低熔点铜基钎料的研制
兰州理工大学甘肃省有色金属新材籵国家重点实验室(730050)俞伟元马向阳路文江
王有良邓有忠
摘要以Cu-22Sn为基体,在此基础上添加Ni和Mn及其它微量元素,研制了…种低熔点铜基钎料。该锊料
可在850℃下钎焊,钎焊温度比纯铜钎料低200℃,可在较低温度下钎焊低碳钢。对该钎料的钎焊工艺性能、钎料
微观组织以及力学性能进行了研究。研究结果表明,该钎料具有优异的钎焊工艺性和润湿性,接头强度较高,治金
特性优异,界面治金结合致密,焊后表面光滑,并且焊缝具有良好的塑性。解决了用纯铜钎焊时温度高造成的能耗
高及产品变形等问题。
关键词:铜基钎料铜锡合金·润湿性
中阳分类号:TC454
0前言
基体,在此基础上添加其它元素改善钎料性能。
表1为钎料化学成分,从表中可以看出,除Sn外
目前,钢质散热器的钎焊主要以纯铜为钎料,但钎料中主要添加了i和Mn元素。由于简单的二元
是由于纯铜钎焊温度较高(钎焊温度在1100℃以Cu-22Sn钎料含有脆性相,难于满足钎焊工艺与质量
上),在钎焊生产过程中常常发生工件变形现象,同时要求,往往表现出焊缝强度低、脆性较大等缺点。需
对钎焊炉寿命也产生不利影响。为了解决这个问题,添加元素提高其强度,添加Ni元素能够提高钎料的
有必要研制一种低熔点Cu基钎料,在保证其性能接强度。添加Mn不仅能降低钎料的熔点,还能提高钎
近纯铜钎料的基础上,尽可能降低钎料熔点。钟文晨料的强度?。
等人-]做了大量研究,但性能都不理想。文中以
Cu-22Sn为铜基钎料的基体,在此基础上添加Ni、Sn、
质量分数(%
102030405060708090
Mn和其他微量元素,制备出了低熔点Cu基钎料,并
对该钎料的钎焊工艺性能、接头组织以及力学性能进
Cussi
行了研究。
900
Cusn
钎料配方设计及制备
1.1配方设计
640
由Cu-Sn二元相图(如图1所示)可知,随Sn元素
?500
415
含量的增加,Cu-Sn合金的熔点逐渐下降,当Sn含量超
过25%(质量分数)后,室温组织主要由CuSn金属间
化合物组成,接头强度低。当Sn为20%(质量分数)时
有一包晶反应,反应温度为800℃左右,其室温组织由
100L
Cu102030405060708090Sn
Cu+Cug3Sn组成,虽然CuSn为脆性相,但相组成中Cu
原子分数(%)
固溶体占大多数,能保证钎料有足够的强度,同时该成
分点有较窄的固液相区间,保证了钎料的填缝性们。
图1Cu-Sn二元相图
因此,新型钎料配方以22%(质量分数)Sn为钎料的
1.2钎料的制备及性能测试
收稿日期:2011-04-19
将所需组元按质量百分比在数字天平上称量后放
基金项目:甘肃省科技支撑计划(090 GKCAO42)。
入Al203坩埚中,再放入ZG-10型真空感应炉内,在
2011年第9期19
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荔试验研究om/ンno
氬气的保护下冶炼,制成钎料合金。用 DUPONT1090
2试验结果及分析
型差热分析仪,以10℃/min的加热速度,从室温加热
到800℃,测定钎料熔点。用5%FeCl3+10%HCI对合2.1钎料的熔点
金钎料进行腐蚀,观察其金相组织。在电阻炉内钎焊
从表2可以看出,随i含量的增加,钎料的熔点升
试样,钎剂为QJ102,母材为20钢,试样尺寸如图2所高;随Mn含量的增加,钎料熔点下降,Mn含量为10%
示。钎焊工艺为钎焊温度850℃,保温8min。将各试时熔点最低,继续添加Mn时熔点反而上升。
样用电子万能试验机在室温下以0.1mm/s的速度施
表2钎料的熔化温度
加拉力,拉断后用拉断力除以实际使用面积,最后取平
均值后得到接头抗拉强度,为了保证数据的可靠性,进
固相线温度液相线温度凝固温度区间
编号
T/℃
7/C
△T/C
行3次试验测量。
7
804.9
表1锊料化学成分(质量分数,%
796.5
810.6
编号
807
820.7
余量
余量
811.2
820.7
余量
841.4
795.4
余量
810.5
789.5
余量
805.7
783.3
余量
779.4
余量
余量
10
775.2
789.5
809.2
余量
余量
2.2钎焊接头的强度
余量
从图3可知,随Ni含量的增加,钎焊接头强度升
高,但当Mi含量超过6%之后,接头强度开始下降。从
100
图4可知,随Mn含量的增加,钎焊接头强度升高,但当
Mn含量超过10%之后,接头强度开始下降。
200
8
d190
192
图2剪切试样尺寸
根据国标GB/T11364-89,在试板80mmx80
mmx2.5mm的20钢上放置0.2g钎料。放人真空钎
160
焊炉内,温度为850℃,保温10min,为了减少试验的
误差,每一个温度下分别做3组试样,分别计算出每组
M含量(质量分数,%
试验的润湿面积,然后取其平均值。
图3钎焊接头强度与Ni元素含量的关系
202011年第9期