專利名稱：含錫和鎳的銅－磷釬焊合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含錫(Sn)和鎳(Ni)的銅-磷釬焊合金，涉及銅-磷合金傳統(tǒng)的構(gòu)成元素，特別是涉及不含傳統(tǒng)構(gòu)成元素中的銀(Ag)元素的銅-磷釬焊合金，具有改善低溫特性，如降低熔點(diǎn)、降低工作溫度5～10％、允許低溫釬焊能力，且可以提供在價(jià)格上很有競(jìng)爭(zhēng)力的銅-磷釬焊合金。
背景技術(shù)：
一般來講，釬焊一直是用于加熱和冷卻裝置以及冷藏器制造中金屬間接合的重要手段，長(zhǎng)期應(yīng)用于不同工業(yè)中。目前，如一般加熱、冷卻設(shè)備，冷藏設(shè)施等的制備使用有數(shù)百個(gè)釬焊接頭。釬焊也用于銅管與由銅或鐵制成的管件或部件間的連接，且分類為基于工作溫度的硬釬焊和軟釬焊。
由于釬焊經(jīng)濟(jì)便宜，一直是加熱裝置、冷卻裝置和冷藏設(shè)備生產(chǎn)中金屬連接的重要的優(yōu)選方法，適應(yīng)這些設(shè)備的容納液體或氣體的封閉系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的管道傳輸?shù)男枨蟆?br> 尤其是，釬焊是通過加熱方式來連接金屬的方法，用低熔點(diǎn)的金屬來連接金屬，而不會(huì)熔化其表面，結(jié)果是兩種金屬間的結(jié)合堅(jiān)固且致密，沒有縫隙。從而，釬焊被用于相類似的金屬間、不同材料的金屬間的連接，或具有不同熔點(diǎn)的金屬間的連接。
近來，關(guān)于低溫釬焊即在低溫下操作而不是一般的氣焊和弧焊的研究取得了積極的進(jìn)展，在這里，釬焊合金的選擇是重要的。在這一點(diǎn)上，使用與基材系統(tǒng)相匹配的合金。由于合金熔點(diǎn)低于基材，在操作中它作為添加物。進(jìn)而，由于低溫釬焊合金可以在比基材熔點(diǎn)的低溫下操作，不會(huì)因銅管或鋁材的熱焊引起焊接部基材的損失，所以基材使用壽命長(zhǎng)，且磨損和形變小，因晶體致密而強(qiáng)度高。釬焊效果好，具有超級(jí)粘合性和透氣性，氣、電能的消耗則很少，原因是釬焊的操作可簡(jiǎn)單地采用焊槍，不是用接收乙炔氧化物的容器等。初學(xué)者也可很容易地操作釬焊。
特別是，釬焊合金可分為用于銅(Cu)與銅(Cu)或青銅(Cu-Zn)與青銅(Cu-Zn)的銅-磷釬焊合金，以及用于銅(Cu)與鐵(Fe)釬焊的銀釬焊合金。
在此說明書中，本發(fā)明限于銅-磷釬焊合金。一般來講，銅-磷釬焊合金用于銅(Cu)與銅(Cu)或青銅(Cu-Zn)與青銅(Cu-Zn)的釬焊中分別不采用焊劑。焊劑是釬焊加熱時(shí)用于攔截金屬表面防止在空氣中氧化的，在加熱中熔化而激活，以吸收氧化物且輔助金屬的熔化和流動(dòng)。這里所說的銅-磷釬焊合金所含的磷(P)元素作為基本元素起焊劑作用。
另外，銅-磷釬焊合金設(shè)計(jì)成杯狀，用來保持釬焊基材間的適當(dāng)空隙，依據(jù)構(gòu)成元素的比例，現(xiàn)已知有多種。
一般來講，銅-磷釬焊合金元素的構(gòu)成是為了減少基材的氧化和變形，所以在其熔點(diǎn)和隨之而來的性能上應(yīng)該是優(yōu)秀的。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，鎘(Cd)元素可以包含在內(nèi)。然而，由于鎘元素對(duì)人體有害，人們?cè)谘芯啃碌奶娲迷厣嫌钟辛碎L(zhǎng)足的進(jìn)步。
進(jìn)而，傳統(tǒng)的銅-磷釬焊合金通過加入銀(Ag)元素或者是錫(Sn)元素制成，或者是將他們混合到含有磷元素和余量的銅元素的成份中。
銀(Ag)元素在高溫下能改進(jìn)如下性能增加強(qiáng)度，在釬焊時(shí)減少工作溫度；然而多加貴重的銀不經(jīng)濟(jì)，銅-磷釬焊合金在這點(diǎn)上就具有優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明對(duì)具有滿意的低溫釬焊(如熔點(diǎn))需求能力的新構(gòu)成元素的研究結(jié)果是去除價(jià)格昂貴的銀(Ag)元素，排除了對(duì)人體有害這一傳統(tǒng)問題。本發(fā)明的成就在于提供一種通過加入錫(Sn)元素、鎳(Ni)元素實(shí)現(xiàn)具有低溫下釬焊能力的銅-磷合金，及以適宜的含量把他們與傳統(tǒng)的含有磷(P)元素、余量為銅(Cu)元素成份的銅-磷釬焊合金混合。所以，本發(fā)明銅-磷釬焊合金在釬焊時(shí)具有降低工作溫度的能力，可減少加熱所需求的時(shí)間及費(fèi)用，且，由于低溫釬焊可減少基材的氧化和變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有低溫釬焊操作能力的銅-磷釬焊合金。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有低溫釬焊操作能力的銅-磷釬焊合金，添加錫(Sn)元素、鎳(Ni)元素，把他們與傳統(tǒng)的混合有磷(P)元素及余量銅(Cu)元素的銅-磷釬焊合金成份混合。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的銅-磷釬焊合金，包含4.8～7.5wt％磷(P)，0.2～7.0wt％錫(Sn)，0.2～6.0wt％鎳(Ni)，及余量的銅(Cu)。
所述銅-磷釬焊合金可進(jìn)一步包括0.001～3.0wt％硅，具體地說是，本發(fā)明所提供的銅-磷釬焊合金包含4.8～7.5wt％磷(P)，0.2～7.0wt％錫(Sn)，0.2～6.0wt％鎳(Ni)，0.001～3.0wt％硅，及余量的銅(Cu)。
本發(fā)明銅-磷釬焊合金，可在工作溫度為530℃～790℃情況下進(jìn)行釬焊，即比傳統(tǒng)工作溫度低5～10％，所以可在低溫下進(jìn)行釬焊操作。
還有，本發(fā)明銅-磷釬焊合金的形狀可以選自線形、棒形、卷形、環(huán)形、矩形中的任意一種。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明提供一種低溫銅-磷釬焊合金，包括磷(P)和余量的銅(Cu)，其特征是包含4.8～7.5％磷(P)，0.2～7.0％錫(Sn)，0.2～6.0％鎳(Ni)，余量的銅(Cu)。本實(shí)施例中，下同，含量百分比例為重量百分比例(wt％)。
銅-磷釬焊合金中所包含的磷(P)元素是必要元素，它具有焊錫的功能，在銅(Cu)與銅(Cu)或青銅(Cu-Zn)與青銅(Cu-Zn)釬焊過程中采用攔截金屬表面與空氣接觸的辦法來防止加熱時(shí)基材表面的氧化。然而，傳統(tǒng)的銅-磷釬焊合金含有磷(P)和余量的銅(Cu)。
在這一點(diǎn)，磷(P)元素含量的優(yōu)選值是4.8～7.5％，如果含量低于4.8％，熔點(diǎn)會(huì)變高，如果含量超過7.5％，因強(qiáng)度會(huì)降低而不可取。
本發(fā)明銅-磷合金的特征是加入0.2～7.0％的錫(Sn)和0.2～6.0％的鎳(Ni)，用來替換元素銀(Ag)至傳統(tǒng)的含有磷元素和余量銅元素的成份中，可進(jìn)一步含有的銀元素用來降低釬焊溫度。
所述錫(Sn)元素是用來制造釬焊必要的元素，它可以改進(jìn)釬焊能力和釬焊合金在低溫的特性，可優(yōu)選用來替換對(duì)人體有害的鎘(Cd)元素，并比銀(Ag)元素更有價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)力。
在實(shí)施例中，本發(fā)明所使用的錫(Sn)含量?jī)?yōu)選是0.2～7.0％，更優(yōu)選的是1.0～6.0％，最優(yōu)選的是4.0～6.0％。當(dāng)錫(Sn)含量低于0.2％時(shí)，由于熔點(diǎn)變高、隨之性能變?nèi)醵豢扇。蝗绻砍^7.0％，在抗拉強(qiáng)度上會(huì)引起嚴(yán)重的問題，且作為線材在工作中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的裂紋。
鎳(Ni)元素是用來改變低溫下的釬焊能力，還可改進(jìn)銅-磷釬焊合金釬焊的機(jī)械性能。一般來說，由于良好的機(jī)械性能和化學(xué)特性，普通的鎳被用于如鋼鐵等的特殊合金。另外，由于其抗磨蝕性，鎳還用于鑄造硬幣的材料和不銹鋼等。
本實(shí)施例中，鎳(Ni)元素含量?jī)?yōu)選是0.2～6.0％，更好的是1.0～4.0％，最好的值是1.0～3.5％。在本實(shí)施例中，當(dāng)鎳(Ni)元素的含量低于0.2％時(shí)，作為線材在釬焊部位的抗拉強(qiáng)度就會(huì)變得很弱；當(dāng)含量超過6.0％時(shí)，由于熔點(diǎn)增加及隨之因抗拉強(qiáng)度變好而降低性能，則不可取。
另外，除上述元素外，本發(fā)明銅-磷釬焊合金可以進(jìn)一步含有0.001～3.0％的硅(Si)元素，硅(Si)元素是可選擇地加入用以對(duì)銅-磷釬焊合金起氧化預(yù)防作用；如果硅(Si)的含量低于0.001％，因添加劑太精細(xì)而不可取，含量超過3.0％會(huì)引起快速固化的問題。
本發(fā)明銅-磷釬焊合金可以進(jìn)一步含有至少下列一組中的一種元素，這一組元素作為痕量元素分別為鉛(Pb)、鋁(Al)和鐵(Fe)，總含量為0.01～0.2％。所包含的痕量元素可在制造銅-磷釬焊合金時(shí)不可避免，也可以在制造中加入。然而，只要不影響銅-磷釬焊合金生產(chǎn)的功能變化，就可以加入上述含量。
根據(jù)所選含量，傳統(tǒng)的銅-磷釬焊合金包含5.8～6.7％的磷(P)和余量的銅(Cu)時(shí)，工作溫度(比較例1)是735～845℃；傳統(tǒng)的銅-磷釬焊合金(比較例2)包含5.8～6.7％的磷(P)，4.8～5.2％的銀(Ag)和余量銅(Cu)時(shí)的溫度是720～815℃；包含4.8～7.5％的磷(P)，0.2～7.0％的錫(Sn)，0.2～6.2％的鎳(Ni)和余量的銅(Cu)的本發(fā)明銅-磷釬焊合金在530～790℃溫度下操作，依據(jù)所選元素的含量，更優(yōu)選的操作溫度為640～750℃(參見表2)。
因此，本發(fā)明銅-磷釬焊合金可以降低工作溫度5-10％，用以允許低溫釬焊，所以本發(fā)明可以應(yīng)用于低溫釬焊情況。
進(jìn)一步說，本發(fā)明銅-磷釬焊合金形狀可以選自線形，棒形，卷形，環(huán)形和矩形中選出的任意一種，其線形直徑為Φ0.4-4.0mm，棒形的線直徑為Φ1.2-4.0、長(zhǎng)度為50-100mm，卷形、環(huán)形的線直徑為Φ0.8-3.0mm，內(nèi)徑為Φ4.0-40mm，矩形的厚度為500-1000mm。
另外，本發(fā)明銅-磷釬焊合金可以在替換了傳統(tǒng)的銅-磷釬焊合金所含有的銀(Ag)元素的低價(jià)格情況下制備，表現(xiàn)為抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)的釬焊合金改善了5-10％，或者是與傳統(tǒng)的釬焊合金相似。
下面，將通過優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
這些實(shí)施例是用來更進(jìn)一步地描述本發(fā)明，其優(yōu)選實(shí)施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1-3銅-磷釬焊合金1-3的制備銅-磷釬焊合金的制備是按如下表1中的成份比例混合而成。
比較例1-8傳統(tǒng)的銅-磷釬焊合金1-8的制備。
根據(jù)如下表1的成份及比例制備傳統(tǒng)的銅-磷釬焊合金，然后與優(yōu)選的實(shí)施例1-3的本發(fā)明銅-磷釬焊合金比較其物理特性。表1可見，其它元素的總量為鉛、鋁、鐵的混合量，或它們的混合物。比較例中位于下方的括弧里的是已知銅-磷合金產(chǎn)品名。
表1銅-磷釬焊合金的制備


實(shí)驗(yàn)例1銅-磷釬焊合金物理特性的測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例1-3和比較例1-8制備的銅-磷釬焊合金，低溫釬焊的可能性測(cè)試進(jìn)行如下1.溫度測(cè)試對(duì)于實(shí)施例1-3和比較例1-8制備的銅-磷釬焊合金，根據(jù)溫度分析儀(DTA，Thermal Analyzer)實(shí)施狀態(tài)變形的測(cè)量(the phase transformation)。
測(cè)試結(jié)果見表2，進(jìn)行固相狀態(tài)的溫度即合金在固態(tài)融化的溫度，和液相狀態(tài)的溫度即合金從固體狀態(tài)完成融化時(shí)的溫度測(cè)試。
另外，工作溫度通過在釬焊銅合金產(chǎn)品上使用銅-磷釬焊合金的過程中進(jìn)行測(cè)量，具體描述參見如下表2。
2.抗拉強(qiáng)度的測(cè)試關(guān)于實(shí)施例1-3和比較例1-8制備的銅-磷釬焊合金，釬焊所需的抗拉強(qiáng)度的測(cè)試在銅-銅合金(copper-copper alloy)及青銅-青銅合金(bronze andbronze)、采用由Lloyd公司(LF-plus)生產(chǎn)的抗拉強(qiáng)度測(cè)試裝置的條件下進(jìn)行。
表2銅-磷釬焊合金物理特性的測(cè)試


從表2可見，與比較例1-8所制備的銅-磷釬焊合金相比，實(shí)施例1-3制備的銅-磷釬焊合金在釬焊時(shí)工作溫度可以降低5-10％，本發(fā)明可以應(yīng)用于低溫釬焊。
在所有實(shí)施例中，關(guān)于銅-銅合金的抗拉強(qiáng)度，可通過基材的拉斷得以證明。
另外，由實(shí)施例1-3制備的銅-磷釬焊合金表明其抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)的合金改進(jìn)了5-10％，或者是相似于那些傳統(tǒng)的合金。從而，由于允許低溫釬焊，本發(fā)明銅-磷釬焊合金可以將基材的氧化以及基材的變形減到最小，原因是在釬焊時(shí)可降低工作溫度同時(shí)產(chǎn)生良好的抗拉強(qiáng)度，且不使用價(jià)格昂貴的、傳統(tǒng)的釬焊合金制備中所含有銀(Ag)元素。
綜上所述，除了傳統(tǒng)的銅-磷釬焊合金成份以外，本發(fā)明制備的銅-磷釬焊合金還含有錫(Sn)元素和鎳(Ni)元素，從而，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，能使工作溫度降低5-10％。
因?yàn)榕懦藘r(jià)格昂貴的銀(Ag)元素，本發(fā)明銅-磷釬焊合金經(jīng)濟(jì)特性優(yōu)越，而且它還有可能減少基材的氧化及變形。由于低熔點(diǎn)特性的改善，實(shí)現(xiàn)了低溫釬焊，比傳統(tǒng)的銅-磷釬焊合金在抗拉強(qiáng)度改進(jìn)了5-10％或與之相似。
此外，采用本發(fā)明銅-磷釬焊合金使替換傳統(tǒng)銅-磷釬焊合金中所含有的銀(Ag)元素成為可能。
本發(fā)明所描述上述優(yōu)選實(shí)施例，不是用來限制本發(fā)明保護(hù)范圍，本發(fā)明保護(hù)范圍是通過權(quán)利要求來限定的。并且本領(lǐng)域技術(shù)人員所做的未脫離本發(fā)明技藝精神所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本發(fā)明的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種銅-磷釬焊合金，包含4.8-7.5wt％磷(P)，0.2-7.0wt％錫(Sn)，0.2-6.0wt％鎳(Ni)，余量的銅(Cu)。
2.按照權(quán)利要求1所述的銅-磷釬焊合金，還含有0.001-3.0wt％的硅。
3.按照權(quán)利要求1所述的銅-磷釬焊合金，其中使用釬焊合金的釬焊工作是在工作溫度為530-790℃情況下操作的。
4.按照權(quán)利要求1所述的銅-磷釬焊合金，其中所述釬焊合金形狀選自線形、棒形、卷形、環(huán)形和矩形中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開一種銅－磷釬焊合金，除傳統(tǒng)的銅－磷釬焊合金構(gòu)成元素外，其成份還包含錫(Sn)、鎳(Ni)，具體地說，本發(fā)明銅－磷釬焊合金包括4.8－7.5wt％磷(P)，0.2－7.0wt％錫(Sn)，0.2－6.0wt％鎳(Ni)和余量的銅(Cu)。本發(fā)明銅－磷釬焊合金抗拉強(qiáng)度與傳統(tǒng)的銅－磷釬焊合金相近，甚至有5－10％的改進(jìn)，而且不采用傳統(tǒng)的銅－磷釬焊合金中所含有的銀元素的改進(jìn)使具有低熔點(diǎn)特性成為可能。特別是因?yàn)楣ぷ鳒囟冉档土?－10％，釬焊可在低溫下操作，也使減少基材的氧化作用及形變成為可能，本發(fā)明銅－磷釬焊合金在價(jià)格上具有競(jìng)爭(zhēng)力。
文檔編號(hào)B23K35/02GK101062535SQ20071010263
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者崔辰壽 申請(qǐng)人:崔辰壽