[发明专利]一种含锡、硅、锌和镨的无镉银钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎料，更具体地说，是涉及一种含锡、硅、锌和镨的无镉银钎料。适合用于紫铜、黄铜、铜合金、碳钢以及不锈钢等金属材料的钎焊。属于钎焊材料及制备技术领域。

背景技术

随着信息技术、航空航天技术以及家电工业的发展，钎焊技术以其独特的优越性和灵活性，广泛应用于一些复杂结构、精密结构等可焊性差的工件的焊接。对于很多新材料、复杂构件来说，钎焊有时候是其唯一可行的连接技术。毫无疑问，钎焊技术对于现代工业有着独特的意义，甚至可以说在某种程度上影响着现代工业的发展。

银钎料是应用最广的一类硬钎料，具有良好的力学性能、导电导热性、耐腐蚀性，广泛应用于钎焊低碳钢、结构钢、不锈钢、铜及铜合金等。在诸多银钎料中，含镉银钎料因具有非常适中的熔点、良好的加工性能、优良的润湿性能和良好的力学性能，因而在航空航天、电器制造业和家电行业等领域得到极为广泛的应用。近年来，由于经济的快速发展，银钎料的需求量急剧扩大。

然而，一方面，银是贵金属，价格比较昂贵，传统的含镉银钎料由于含银量较高，导致成本一直居高不下；另一方面，由于欧盟的“WEEE”和“ROHS”双指令的颁布，明令禁止了包括镉在内的六种有毒物质在电子产品制造中的应用，其中对镉的要求更是要小于100ppm。我国以原信息产业部牵头，相关的六个部门也联合出台了相关政策，禁止镉的应用。因此，“绿色化”的低银无镉银钎料的研发已经成为近年来国内外钎焊界关注的热点。本发明的“一种含锡、硅、锌和镨的无镉银钎料及其制备方法”，即是在这种技术背景下完成的。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术存在的问题和缺陷，提供一种性能优良的含锡、硅、锌和镨的无镉银钎料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明实现目的的技术方案是：

一种含锡、硅、锌和镨的无镉银钎料，其化学成分按质量百分数配比是：0.02％～0.3％的Pr、30.0％的Ag、31.8％的Zn、1..85％的Sn、0.15％的Si、其余为Cu，总质量百分数为100％。

上述所述的Cu和Pr的纯度为99.99％。

为达到上述目的，本发明实现目的的另一个技术方案是：

本发明的一种含锡、硅、锌和镨的无镉银钎料的制备方法，包括如下步骤：

第一步、制备Cu-Pr二元合金熔体

(1)采用砂纸打磨掉电解铜(Cu)和金属镨(Pr)表面的氧化层，而后用酒精进行超声波清洗；

(2)将经处理后的Pr和Cu按照Pr：Cu＝1：1.2的比例，投入真空电弧炉中，抽真空、充入100％纯氩气(Ar)，冶炼得到Cu-Pr二元合金熔体；

第二步、制备含锡、硅、锌和镨的无镉银钎料

(1)将第一步得到的Cu-Pr二元合金熔体和配比组分中的Ag、Zn、Sn、Si以及剩余的Cu放入冶炼炉中进行冶炼、浇铸，得到含锡、硅、锌和镨的无镉银钎料铸锭；

(2)将得到的锡、硅、锌和镨的无镉银钎料铸锭通过挤压、拉拔，酸洗，得到含锡、硅、锌和镨的无镉银钎料丝材。

上述第一步中所述氩气的纯度为100％。

上述第二步中所述冶炼炉为中频冶炼炉。

本发明与已有技术相比具有以下优点和有益效果：

1、与目前广泛使用的的B-Ag45CuZn钎料相比，有效降低了银(Ag)的含量，性价比高；

2、试验验证，本发明的钎料具有良好的铺展性能、焊缝力学性能和固液相线温度。

3、由于加入微量稀土元素镨(Pr)，发现镨(Pr)对于银基钎料的铺展具有表面活性作用，即能够降低液态钎料的表面张力，提高钎料铺展性。同时，镨(Pr)极易与钎料中的有害杂质S、Bi等反应生成稀土夹杂，能有效去除杂质元素对钎料的影响。生成的稀土相又可以起到形核质点的作用，从而细化晶粒，提高钎料的力学性能。

4、通过对比试验，确定了稀土元素镨(Pr)的添加范围。试验发现，稀土镨(Pr)的添加量控制在适当范围内，综合性能为最佳，当镨(Pr)加入的量高于一定范围时，则会产生过多脆性的稀土相，反而降低了钎料的综合性能。

附图说明

图1为Ag45CuZn和不同镨(Pr)含量的Ag-Cu-Zn-Sn-Si-Pr钎料的铺展特性分析图谱。

图2为Ag45CuZn和不同镨(Pr)含量的Ag-Cu-Zn-Sn-Si钎料的固液相温度曲线图。

图3为Ag45CuZn和不同镨(Pr)含量的Ag-Cu-Zn-Sn-Si钎料的力学性能分析图谱。