[發(fā)明專利]一種含有Sn和Bi的無鉛鎳基焊料的冶煉工藝

有效

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• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN110904355B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設計）人: 謝君;王道紅;侯桂臣;荀淑玲;王振江;周亦胄;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所;江蘇金研新材料科技有限公司
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C19/03;C22C1/02;B23K35/30
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開了一種含有Sn和Bi的無鉛鎳基焊料的冶煉工藝，屬于金屬冶煉和鑄造技術領域。該無鉛鎳基焊料中含有Sn和Bi元素，其冶煉工藝包括：(1)將除Sn和Bi之外的合金原料在真空條件下進行熔煉，得到合金熔體；(2)在惰性氣氛下向合金熔體中加入Sn和Bi元素，加入方式為兩種：第一種方式為：直接加入Sn和Bi元素的單質原料；第二種方式為：以Ni?Bi?Sn中間合金的方式加入；(3)進行低溫熔煉，得到所述含有Sn和Bi的無鉛鎳基焊料。本發(fā)明適用于制備富低熔點元素無鉛鎳基焊料，可改善易揮發(fā)元素的成分控制準確性，進而提高產品質量，經濟效益顯著。

技術領域

本發(fā)明涉及金屬冶煉和鑄造技術領域，具體涉及一種富含低熔點元素的鎳基焊料的冶煉工藝。

背景技術

鎳基高溫合金通常被用于制造燃氣、渦輪等發(fā)動機的主要結構件，需在超高溫環(huán)境下進行服役工作。一方面，由于鎳基高溫合金構件通常具有復雜結構，因此需要通過焊接方式將不同的鑄件(鍛件)焊接成整體結構，但由于合金的熔點較高，且由于鎳基高溫合金具有復雜的合金化體系，因此，對于焊料的成分控制較為嚴格，應避免出現焊接區(qū)域與構件主體成分、組織差異較大，造成構件局部力學性能較差的情況。另一方面，鎳基高溫合金構件在服役使用期間常常出現疲勞裂紋、磨損等損傷，為延長構件的使用壽命，通常需采用釬焊等工藝對構件的表面損傷進行修復。因此，為提高焊接工藝的可操作性，需要降低制備焊料的鎳基合金料的熔點，因此Pb、Si、Mn等降低高溫合金承溫能力的元素被廣泛用于制造低熔點鎳基合金料。在焊接期間，Pb、Si、Mn等元素可在焊料融化期間揮發(fā)，使焊接區(qū)的低熔點元素含量降低，因此，對于制備焊料的鎳基合金料中低熔點元素含量的控制尤為重要。

隨著現代社會對環(huán)境保護意識的不斷增強，無鉛化已經是大勢所趨，因此，開發(fā)無鉛焊料具有十分重要的科學及工程意義。近年來研究發(fā)現，Sn、Bi可在一定程度上替代Pb，成為無鉛焊料的主要成分特征之一。由于Sn、Bi的熔點較低，分別為232℃和271℃，并且可大幅度降低鎳基合金的熔點，并且Bi的沸點僅為1560℃，且具有較強的揮發(fā)性，因此采用含Sn、Bi的釬料進行釬焊時，可通過焊接時產生的高溫將焊料中的大部分Bi去除。當焊料中Sn、Bi等元素含量較低時，焊料的熔點較高，不利于焊接操作；而當焊料中Sn、Bi等元素含量較高時，殘留在焊接區(qū)域的Bi、Sn元素可造成釬焊區(qū)域高溫力學性能較差，導致合金構件易于發(fā)生高溫損傷，因此，焊料中Bi、Sn的含量控制十分關鍵。

通過真空感應爐制備含Sn、Bi的焊料時，Bi、Sn不僅會產生較大程度的燒損，還可對感應爐造成一定程度的污染，并且Bi的燒損量較難控制，提高了成分控制的難度。因此，如何精確控制Bi、Sn元素的添加量，以及制定冶煉工藝是制備無鉛焊料的主要難點之一。

發(fā)明內容

為了提高無鉛鎳基焊料的成分準確性，本發(fā)明提供一種含有Sn和Bi的無鉛鎳料的冶煉工藝冶煉工藝，通過向熔體中直接添加Sn、Bi等元素進行直接熔煉，或通過制備Ni-Bi-Sn中間合金，以中間合金形式向熔體中添加Sn、Bi等元素的方式，制備無鉛鎳基焊料，達到準確控制焊料中Sn、Bi含量的目的，對提高無鉛鎳基焊料的制備技術及焊料質量具有重要的科學及經濟意義。

為實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種含有Sn和Bi的無鉛鎳基焊料的冶煉工藝，該無鉛鎳基焊料中含有Sn和Bi元素，該無鉛鎳基焊料的冶煉工藝包括如下步驟：

(1)將除Sn和Bi之外的合金原料在真空條件進行熔煉，得到合金熔體；

(2)在惰性氣氛下(氬氣)向合金熔體中加入Sn和Bi元素，加入方式為兩種：第一種方式為：直接加入Sn和Bi元素的單質原料；第二種方式為：以Ni-Bi-Sn中間合金的方式加入；

(3)進行低溫熔煉，得到所述含有Sn和Bi的無鉛鎳基焊料。