CN103192203B - 一种制备银钎料的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备银钎料的方法，具体是在放电等离子烧结系统中（简称SPS），在真空条件下，将置于石墨坩埚中的原料颗粒通过石墨上下压头施压，利用脉冲电流直接加热原料颗粒，在瞬态高温下突破金属粉末每个颗粒的氧化膜使其表面活化，并快速液化。提高颗粒/颗粒间的反应速率，增大合金元素原子的扩散速率，达到烧结体迅速合金化和致密化的目的。和传统熔炼法相比，本发明工艺简单易控，无合金元素损耗，银基钎料成分精确、氧含量低，烧结时间短，能耗低，安全无污染，重现性好，所制备的锭料产品致密度高，晶粒细小尺寸均匀，是一种经济、高效的绿色制备工艺。

Description

一种制备银钎料的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种制备银钎料的方法，区别于传统工艺的制备方法,以GB/T 10046-2008《银钎料》中推荐的银基钎料为制造加工对象，属钎焊材料加工制备技术领域。

背景技术

银钎料是目前应用最广泛的一种钎料，它具有优良的工艺性能、适宜的熔点、良好的润湿和填满间隙的能力。且钎料及纤缝的强度高，塑性好，导电性和耐腐蚀性优良，因此广泛用于纤焊除铝、镁及其他低熔点金属以外的所有黑色和有色金属，如：低碳钢、不锈钢、高温合金、铜及铜合金、可伐合金和难熔合金。广泛应用于制冷、灯饰、五金电器、仪器仪表、化工、航空航天等工业制造领域。

近年来，国内外银钎料的研究主要集中在对银钎料化学成分配比的设计和尝试，包括4个方面：（1）无镉银钎料；（2）低银无银钎料；（3）合金元素的影响；（4）新型钎料合金系的开发研制和钎焊陶瓷用钎料的研究等。但制备工艺一般采用熔炼方式，即按一定配比的原料置于中频炉中进行熔炼浇铸成锭，通过后续的锻造、挤压、拉拔得到丝材，或通过铸锭开坯、粗轧、精轧得到板带材。目前也采用水平连铸，以及其他一些复杂、严格的熔炼工艺来保证铸锭质量，防止成分偏析，同时以此提高银基钎料的力学性能、机械性能和焊接性能。

但实际生产中不管采用何种熔炼工艺，合金元素在熔炼过程中损耗较大，尤其是活性金属元素（如：锌、锂、镁等）易于氧化，合金成分难以控制，同时由于金属银在熔融状态下易于吸气，文献报导，在熔融状态下，银可以溶解超过其自身体积21倍的氧，银的这个性质给熔炼和铸造带来了问题。它使得合金在高温下容易挥发或从高温冷却过程中因产生喷溅而造成大量损耗。且在随后的铸锭和降温过程中会造成铸锭内部缺陷的产生，或直接影响到银基钎料后续的机械性能和焊接性能。虽然目前采用脱氧剂或者真空熔炼等方式，要么引入了其他杂质元素，要么增加真空设备，影响生产的连续性。

发明内容

本发明的目的是提供一种经济、高效的放电等离子烧结工艺制备银基钎料，以降低熔炼过程中合金元素的损耗，保证合金成分精确，提高铸锭质量，降低铸锭氧含量和内部缺陷，提高银基钎料的机械力学性能及焊接性能。

本发明制备银钎料的方法包括：将银粉，与其他纯金属元素粉末或中间合金粉末，按照选定配方，将其置于内衬聚四氟乙烯的球磨罐中进行球磨，将球磨混合好的粉末置入SPS系统石墨坩埚中，抽真空至2～10Pa，以5～50^oC/分钟升温至900～1100^oC,压力为5MPa～40MPa，保压时间10分钟～60分钟，随后降温冷去取料出炉，将烧结后的锭块精密旋锻，随后拉拔至丝材，或轧制为片材。

所述的银粉纯度≥99%，粒径范围为100目～500目。

所述的纯金属元素粉末为：铜、镍、锌、锡、钯之一，纯度≥99%，粒径范围为100目～500目。

所述的中间合金粉末是为M_xN_y，M为：铜、镍、钯之一；N为锌、铟、锂之一，x范围为：0.50～0.99，y范围为0.05～0.5。纯度≥99%，粒径范围为100目～500目。

本发明技术原理为在放电等离子烧结系统中（spark plasma sintering，简称SPS），于真空条件下，将置于石墨坩埚中的原料颗粒通过石墨上下压头施压，利用脉冲电流直接加热原料颗粒，在瞬态高温下突破金属粉末的每个颗粒的氧化膜使其表面活化，并快速液化。提高颗粒/颗粒间的反应速率，增大合金元素原子的扩散速率，达到烧结体迅速合金化和致密化的目的。

和传统熔炼法相比，本发明工艺简单易控，无合金元素损耗，银基钎料成分精确、氧含量低，烧结时间短，能耗低，安全无污染，重现性好。所制备的锭料致密度高，晶粒细小尺寸均匀，银基钎料的带材、丝材机械力学性能优良，焊接性好，是一种工艺简练、成本低、无污染的绿色制备工艺。

具体实施方式

本发明的制备银钎料的方法步骤包括：将银粉，与其他纯金属元素粉末或中间合金粉末，按照选定配方，将其置于内衬聚四氟乙烯的球磨罐中进行球磨，将球磨混合好的粉末置入SPS系统石墨坩埚中，抽真空至2～10Pa，以5～50^oC/分钟升温至900～1100^oC,压力为5MPa～40MPa，保压时间10分钟～60分钟，随后降温冷去取料出炉，将烧结后的锭块精密旋锻，随后拉拔至丝材，或轧制为片材。

所述的银粉纯度≥99%，粒径范围为100目～500目。

所述的纯金属元素粉末为：铜、镍、锌、锡、钯之一，纯度≥99%，粒径范围为100目～500目。

所述的中间合金粉末是为M_xN_y，M为：铜、镍、钯之一；N为锌、铟、锂之一，x范围为：0.50～0.99，y范围为0.05～0.5。纯度≥99%，粒径范围为100目～500目。

本发明通过以下步骤具体实施：

1、将粒径范围100目～300目银粉，纯度≥99%。与其他粒径范围100目～500目合金元素粉末，铜、镍、锌、锡、钯之一，纯度≥99%，粒径范围为100目～500目。或中间合金粉末，M_xN_y，M为：铜、镍、钯之一；N为锌、铟、锂之一，x范围为：0.50～0.99，y范围为0.05～0.5，纯度≥99%，粒径范围为100目～500目。按照选定配方，将其置于内衬聚四氟乙烯的球磨罐中，球料比1：3～5，转速100～300 rpm/min，均匀混料0.5～3小时。

2、将球磨混合好的粉末置入SPS系统石墨坩埚中，抽真空至2～10Pa，以5～50^oC/分钟升温至900～1100^oC,压力为5MPa～40MPa，保压时间10分钟～60分钟。随后降温冷去取料出炉。

3、将烧结后的锭块精密旋锻，随后拉拔至丝材，或轧制为片材，尺寸公差根据实际情况而定。

本发明采用放电等离子烧结技术,利用等离子状态下的瞬态高温，通过控制升温速度、烧结温度、压制压力，使银基钎料的不同原料颗粒表面快速活化液化并迅速合金化，形成致密的锭块材料，所获得的银基钎料锭块晶粒细小、尺寸均匀。由于烧结时间短，和传统熔炼工艺相比，易挥发元素损耗小，配比成分精确，氧含量低。使银基钎料锭块具有了良好的塑性加工能力，保证丝材或带材具有好的的机械力学性能及焊接性能。该发明具有工艺简单易控，无合金元素损耗，银成分控制精确，烧结时间短，能耗低，安全无污染，重现性好等特点。

以下详细叙述本发明的几个实施例，但本发明不仅限制于此。

实施例1将纯度为99.5%，粒径范围100目银粉72克，与纯度99%，粒径范围100目的铜粉28克，置于内衬聚四氟乙烯的球磨罐中，球料比1：3，转速100rpm/min，均匀混料1小时。将球磨混合好的粉末置入SPS系统石墨坩埚中，石墨坩埚尺寸为×10，抽真空至5Pa，以5^oC/分钟升温至900^oC,压力为5MPa，保压时间15分钟，随后降温冷去取料出炉。将烧结后的锭块精密旋锻至Φ6，随后拉拔至丝材Φ1±0.05。

实施例2将纯度为99.5%，粒径范围为200目银粉80克，与纯度为99%，粒径范围为200目的铜镍中间合金粉末Cu_0.9Ni_0.1 20克，置于内衬聚四氟乙烯的球磨罐中，球料比1：5，转速200rpm/min，均匀混料2小时。将球磨混合好的粉末置入SPS系统石墨坩埚中，石墨坩埚尺寸为Φ20×10，抽真空至5Pa，以25^oC/分钟升温至1100^oC,压力为20MPa，保压时间20分钟，随后降温冷去取料出炉。将烧结后的锭块精密旋锻至Φ6，随后轧制为片材6×0.5±0.01。

实施例3将纯度为99.5%，粒径范围为300目银粉70克，与纯度为99%，粒径范围为300目的铜铟中间合金粉末Cu_0.95In_0.05 30克，置于内衬聚四氟乙烯的球磨罐中，球料比1：4，转速300rpm/min，均匀混料0.5小时。将球磨混合好的粉末置入SPS系统石墨坩埚中，石墨坩埚尺寸为Φ20×10，抽真空至3Pa，以50^oC/分钟升温至950^oC,压力为30MPa，保压时间10分钟，随后降温冷去取料出炉。将烧结后的锭块精密旋锻至Φ10，随后轧制为片材10×0.2±0.01。

Claims (1)

1.一种制备银钎料的方法，其特征包括：将银粉，与其他纯金属元素粉末或中间合金粉末，按照选定配方，将其置于内衬聚四氟乙烯的球磨罐中进行球磨，将球磨混合好的粉末置入SPS系统石墨坩埚中，抽真空至2～10Pa，以5～50^oC/分钟升温至900～1100^oC,压力为5MPa～40MPa，保压时间10分钟～60分钟，随后降温冷却取料出炉，将烧结后的锭块精密旋锻，随后拉拔至丝材，或轧制为片材；

所述的纯金属元素粉末为：铜、镍、锌、锡、钯之一，纯度≥99%，粒径范围为100目～500目；

所述的中间合金粉末是为M_xN_y，M为：铜、镍、钯之一；N为锌、铟、锂之一，x范围为：0.50～0.99，y范围为0.05～0.5,纯度≥99%，粒径范围为100目～500目。

2．根据权利要求1所述的一种制备银钎料的方法，其特征在于所述的银粉纯度≥99%，粒径范围为100目～500目。