一种铜合金复合材料焊材及其制备方法
阅读说明：本技术 一种铜合金复合材料焊材及其制备方法 (Copper alloy composite welding material and preparation method thereof ) 是由 马蔷 李升国 陈永威 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种铜合金复合材料焊材及其制备方法,焊材由混合均匀10～20%钎剂粉和80～90%铜合金粉组成,其中钎剂由90～95%氟酸盐、5～10%硼酸酐组成,将钎剂与铜合金粉加压压制、高温烧结加工成铜合金复合材料焊材。所制备的复合材料焊材使得铜合金焊接接头力学性能优良,实现铜合金的高质量连接。(The invention relates to a copper alloy composite material welding material and a preparation method thereof, wherein the welding material is composed of 10-20% of brazing flux powder and 80-90% of copper alloy powder which are uniformly mixed, the brazing flux is composed of 90-95% of fluosilicate and 5-10% of boric anhydride, and the brazing flux and the copper alloy powder are pressed under pressure and sintered at high temperature to be processed into the copper alloy composite material welding material. The prepared composite welding material enables the mechanical property of the copper alloy welding joint to be excellent, and high-quality connection of the copper alloy is realized.)
技术领域
本发明涉及焊接材料及其制备方法，特别是复合焊接材料及其制备方法。
背景技术
铜合金凭借其导电性、导热性极佳，抗蚀、抗磁能力强，具有良好的耐磨性、加工塑性以及高的疲劳极限，而广泛应用于电力电子、能源工业、交通运输以及机械冶金等行业。然而，当铜合金进行钎焊连接时，温度加热到300℃以上开始形成氧化膜阻碍铜合金的钎焊连接。此外，由于钎料与铜合金间的热胀系数不匹配，导致接头中产生较大的残余应力，降低接头强度。
针对钎焊过程中形成的氧化膜，学者在进行火焰钎焊时加入助焊剂，但助焊剂的添加量和添加时间难以控制。接下来又有学者制作含有助焊剂的药芯，然而药芯焊丝的缝隙易吸潮且芯部助焊剂和外部金属成分不均。针对以上存在的缺陷，一体化钎剂/合金复合材料焊丝的研究备受关注，一体化钎剂/合金复合材料焊丝的材料利用率高，减少废料处理，且焊料流动性增强，成分均匀化，能够实现自动化焊接。
目前，学者们针对一体化钎剂/合金复合材料焊丝的研究发现：含氟化物钎剂粉的铝合金复合材料焊丝的润湿性比普通焊丝的润湿性差，而填缝能力明显优于含氯化物钎剂粉的自钎剂铝合金复合材料焊丝。含氟化物钎剂粉的复合材料焊丝所形成接头的微观组织、力学性能及接头抗腐蚀性均优于含氯化物钎剂粉的复合材料焊丝。此外，有学者为解决合金在钎焊过程中的氧化问题，向焊料中引入硼元素研究发现，硼易于与一些金属氧化物发生还原反应，从而起到还原剂的作用。也有学者向焊料中分别引入多种氟化物且分析氟化物抗氧化性强弱程度，研究结果表明氟化物抗氧化性强度为：KF＞K3AlF6/KAlF4＞AlF3。
专利201010288311.4公开了一种新型含钎剂铝合金焊丝及制备方法，焊前不用添加焊剂，焊后无需清理。
现有技术存在着如何选择合适的氟化物、硼化物及比例，才能很好实现焊接复合材料所形成的接头有好的力学性能及抗腐蚀性这个技术难题。
发明内容
本发明的发明人经过刻苦研究发现选择如下组分及比例的含硼化物、含氟酸盐的钎剂能够完成本发明。
一种铜合金复合材料焊材组成如下：（以下含量如无特别指定为重量百分比）
铜合金 80~90%
钎剂 10~20%
所述钎剂由以下重量百分比的氟酸盐、硼酸酐组成：
氟酸盐 90~95%
硼酸酐 5～10%
所述铜合金为为黄铜，青铜，铜，优选黄铜。所述氟酸盐必要组分为KF、AlF3，选择组分为 K3AlF6或KAlF4，优选KF、AlF3或K3AlF6，进一步优选KF和AlF3，氟酸盐中各成分等比例。
由于钎料与空气中的氧气易发生化学反应形成一层氧化膜，钎剂与氧化膜反应使其发生分解或破碎，从而对钎料起到氧化的作用，焊接面不能形成稳定的合金体，降低焊接面的力学性能，本发明所述钎剂中氟酸盐、硼酸干都有优异的抗氧化作用，能够在高温下抗氧化，提高焊接面的力学性能。
一种铜合金复合材料焊材的制备方法，特征在于包括以下步骤：
1、将配制好的铜合金处理成铜合金粉，再混合钎剂;
2、将步骤1制备的粉末施加120~200MPa的压力，压力持续时间2~10分钟压制，压好的粉坯在温度460~740℃，烧结时间3~10小时，制成复合材料焊材。
步骤1中所述铜合金处理将铜合金切成薄带状，用真空球磨装置将薄带状的铜合金研磨2~8小时，制成50~500目的铜合金粉，再混合钎剂。
步骤2中将步骤1制备的粉末采用冷等静压机施加120~200MPa的压力，压力持续时间2~10分钟压制，压好的粉坯烧结，烧结温度460~740℃，烧结时间3~10小时，制成合金坯，冷却至室温。
进一步将步骤2制备的复合材料焊材置于热挤压机上以挤压比64:1，挤压速度1.5~2.5m/min，挤压温度300~500℃，挤出直径为5mm的线坯。将线坯在圆盘拉丝机上以牵引速度3.0~4.0m/min经过多道次减径为2mm的焊材。
所述氟酸盐为KF和AlF3和或 K3AlF6、KAlF4，优选KF和AlF3和K3AlF6或KAlF4，进一步优选KF和AlF3。
所述焊材表面用硫酸铜脱脂。
为使铜合金粉与钎剂充分混合，步骤1中所述混合时间为1～5小时。
步骤2中所述静压机压力优选150～200MPa，压制时间优选2~5分钟，所述烧结温度优选460～600℃，进一步优选460～580℃，所述烧结时间优选5～10hr。
本发明制备的铜合金复合材料焊材主要应用于铜合金的焊接。
本发明的有益效果是：
1、本发明制备的铜合金复合材料焊材，将钎剂和铜合金充分混合的合金坯能够保证钎剂在合金中分布均匀，使得铜合金在焊接过程中抗氧化效果稳定，焊接接头一般在室温下的抗剪强度达到250MPa，最终实现铜合金的高质量焊接。
2、本发明制备的铜合金复合材料焊材，简单、高效、成本低、便于工业化生产。
具体实施方式
：
本发明实施例是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或等效变换而形成的技术方案均是本发明的保护范围。以下含量为重量百分含量。
实施例1
1）、将制成的黄铜合金在车床上切削成薄带状，用真空球磨装置将薄带状的黄铜合金研磨6小时，制成300目的黄铜合金粉90g。再混合钎剂粉含KF：4.75g AlF34.75g：，硼酸酐：0.5g。将制成的黄铜合金粉和配制的钎剂粉机械混合5小时，制成混合粉末。
2）、将混合粉末采用冷等静压机施加150MPa的压力，压力持续时间为2分钟压制，再将压好的粉锭放入真空炉中烧结，烧结温度为570℃，烧结时间为5小时，烧结结束后，冷却至室温，从而制成含钎剂的黄铜合金复合材料铸坯。
3）、将铸坯置于100吨的热挤压机上以64:1，挤压速度2.0m/min，挤压温度450℃，挤出直径为5mm的线坯。将线坯在圆盘拉丝机上以牵引速度3.0m/min经过4次减径为2mm的焊材，然后用 cuso4溶液进行表面脱脂处理为成品焊材。
本实施例得到的含钎剂的黄铜合金复合材料焊材用于铜合金的钎焊，钎焊接头成型完好，抗氧效果稳定，焊接接头在室温下的抗剪强度为250MPa。
实施例2
与例1不同的是钎剂中氟酸盐选自KF和AlF3和K3AlF6，。
实施例3
与例1不同之处是步骤1中机械混合时间1.5小时。
实施例4
与例1不同之处是步骤2中压力为130MPa，压制时间是5分钟。
实施例5
与例1不同之处在于所述烧结温度为470℃，烧结时间为8小时。
实施例5
与例1不同之处是所述烧结温度为730℃，烧结时间为5小时。
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