[發明專利]一種Cu-Mn-Ni-Si銅基釬料制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010499728.9
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111761257B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 王聰利;庾高峰;張航;吳斌;靖林;馬明月;李小陽;張琦
• 申請（專利權）人: 陜西斯瑞新材料股份有限公司
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K35/40;C22C1/02;C22C9/05;C22F1/08
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 余柯薇

一種Cu?Mn?Ni?Si銅基釬料制備方法，包括以下步驟：第一步：對各合金元素進行配比，選擇并稱取相應的原料；第二步：將上述原料裝入中頻感應熔煉爐內，開始加熱融化；第三步：上述原料全部融化均勻，并除氣除渣后，通過流槽注入到在線半固態處理裝置內，進行半固態處理；待半固態處理結束后，繼續上引至上引連續鑄造爐內，精煉后上引連續鑄造獲得Φ10～30mm的銅桿坯料；第四步：將銅桿坯料進行多道次軋制，中間反復高溫退火，最終獲得Φ0.5～2.0mm的合金線絲材或厚度0.05～0.5mm的扁帶材。本發明應用上引連續鑄造技術及連續軋制技術，開發出Cu?Mn?Ni?Si帶材焊料及線絲材焊料。這是理想的進口替代材料，實現了不銹鋼芯板熱風銅釬焊用焊料的國產化。

技術領域

本發明屬于焊接材料制備的技術領域，涉及Cu-Mn-Ni-Si材料桿坯上引連續鑄造技術、帶材和線絲材連續軋制技術，具體地，涉及一種Cu-Mn-Ni-Si銅基釬料制備方法及其應用。

背景技術

Cu的熔點是1083℃，可以直接用作焊料在還原性氣氛和真空條件下釬焊低碳鋼、低合金鋼、鎢、鉬、鎳合金和可伐合金等，釬焊溫度為1100-1150℃。但純銅作為焊料的缺點是熔點高、耐腐蝕及抗氧化性能差，容易使一些被焊金屬或合金的晶粒過分長大，導致力學性能惡化。通過向Cu中加入P、Zn、Ge、Sn、Ni、Mn、Ag、Co等元素，可以克服純Cu作為焊料的一些缺點，提高Cu焊料的物理性能、力學性能和焊接性。

銅基釬料主要有高銅合金、銅鋅合金、銅磷合金、特種銅合金，高銅合金釬料對鋼的潤濕性和填縫能力好，可直接在還原性氣氛或真空下釬焊鎢、鉬、鐵、鎳及其合金，釬焊溫度較高；銅鋅合金釬主要用于以氣體火焰、感應、鹽浴浸漬等方法來釬焊銅及銅合金、鎳、鋼、硬質合金等，當Zn焊料小于40％時，合金強度和塑性均表現優良，但該焊料Zn有揮發不適用于氣體保護釬焊和真空釬焊。銅磷合金屬空氣自釬劑料，應用廣發，P能降低Cu焊料的熔點，適用于各種碳鋼的釬焊。其它特種銅合金釬料如CuPdNiMn等，高溫性能優良，對鋼和鎳合金焊接性好，鈀的蒸氣壓低，不易揮發，適用于氣體保護釬焊和真空釬焊，但Pd為貴金屬，僅限用于特殊用途。Cu-Mn也屬特殊銅合金釬料，但Cu-Mn二元焊料并不多見，通常在Cu-Mn合金中加入Ni或Co,以提高焊料的強度，但熔點升高。

不銹鋼芯板是劃時代新材料，可以用來蓋房子，還能建橋、鋪路和造車、造飛機、甚至是超級高鐵外邊的真空罩，未來將會給建筑、路橋、車輛、航空領域帶來顛覆性變革。不銹鋼芯板所使用的是SUS304不銹鋼材質，是一種特別“堅挺”的材料，比同等大小的“鋼筋混凝土兄弟”輕上10倍，壽命卻長上許多。不銹鋼芯板是由兩塊SUS304不銹鋼板夾薄壁芯管組成，用熱風銅釬焊技術焊接，空隙填巖棉隔熱隔音，可直接用作建筑的柱、梁、樓板，也可根據建筑設計任意切割不銹鋼芯板。不銹鋼芯板的耐腐蝕不低于碳鋼100倍，其壽命幾乎無限長，不銹鋼芯板結構比鋼結構耐火能力高300倍。用不銹鋼芯板建房子，一天可以建三層，還能100％回收，不會留下任何建筑垃圾。總而言之，不銹鋼芯板優點多多，顛覆性降低鋼結構成本，未來應用非常可觀。目前不銹鋼芯板應用熱風銅釬焊技術焊接，由于焊接質量要求高，焊料全部采用進口材料，成本很高。

此外，Cu-Mn-Ni-Si合金材料作為銅基釬焊材料，通常為線絲材、片材及帶材，目前應用相對較少。工業生產中傳統方法是制備感應熔煉單爐反復生產，存在工藝落后、成分等性能一致性不好，不能實現批量連續化生產、制備效率低、成本較高等問題。進一步地，傳統的制造方法主要存在以下缺點：1.原材料制備采用一般的非連續鑄造，生產效率低，材料利用率低；2.圓桿坯料通過熱擠壓工藝獲得，由于熱擠壓過程的不均勻變形，制造的型材機械性能、金相組織一致性差，生產過程能耗大；熱擠壓后的圓桿坯料表面質量不穩定，表面夾雜、起皮、擠壓紋等缺陷多，處理過程復雜且影響產品質量；3.不能實現連續化生產，工藝復雜，成本高。

隨著市場的擴大，對材料的工藝、技術提出了更高的要求，需要開發一種可實現批量連續生產，多樣化，成本低的新技術。

發明內容