一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材及其制备方法与流程

1.本发明涉及钎焊技术领域，尤其涉及一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材及其制备方法。


背景技术：

2.钎焊碳钢和不锈钢时，纯铜是最具性价比的一种钎料；尤其是在还原性气氛中连续钎焊时，采用纯铜钎料，不仅生产效率高、接头强度高、焊接效果好，而且纯铜钎料价格便宜，只有银钎料价格的2-5％。但是纯铜钎料钎焊加热温度高，一般在1100℃以上，一方面导致碳钢和不锈钢母材性能下降，另一方面热损耗大，不节能环保。
3.在铜中添加低熔点元素锡(熔点为231.89℃)可降低铜的熔点，加锡量的多少决定了铜的熔点和性能。加锡少，熔点高，成形性能好；加锡多，熔点低，但加工性能变差。
4.目前，在保证钎料可以常规压力加工成丝或片材的情况下，焊丝铜中的加锡量最多为12％，即bcu88sn，但该钎料的熔化温度范围为825-990℃，钎焊加热温度需要在1010℃以上，其钎焊加热温度仍然很高；而继续提高加锡量，已不能通过常规压力加工方法成形。
5.铜锡钎料带材的加工方法一般为：将铜锡合金熔炼、浇铸、轧制、挤压等工序进行生产。还可以制作铜锡多层复合带材，其方法一般为：将锡板放在两块铜板之间轧制获得。但是上述两种方法适合制作低锡含量的铜锡钎料带材。高锡含量时，不易加工成形。铜锡多层复合带材在轧制过程中，还存在锡容易被挤出，造成有效加锡量减少，并且在钎焊加热过程中，中间层的锡先熔化成液体，容易因受力而被挤出焊缝，造成铜锡钎料的锡含量减少，导致熔化温度、钎焊加热温度升高的问题。


技术实现要素：

6.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材及其制备方法，本发明可以不受加锡量对加工成形性能的影响，当锡含量高达10-60wt％时，仍能通过常规压力加工方法获得高锡含量的铜锡钎料带材，降低钎焊温度。
7.本发明提出了一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材，锡含量为10-60wt％，包括：带状铜基体，其中，带状铜基体的一面具有平行间隔排列的多个凹槽，凹槽中填满锡形成锡条，且锡条与凹槽周围的铜连接形成一体。
8.优选地，锡条的至少一端与带状铜基体的一端齐平；优选地，锡条的两端与带状铜基体的两端齐平。
9.优选地，凹槽沿带状铜基体的长边方向设置。
10.优选地，凹槽的个数为至少两个。
11.优选地，锡含量为15-60wt％；优选地，锡含量为15-30wt％；更优选地，锡含量为20wt％。
12.本发明还提出了上述高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，包括如下步骤：在铜板的一面开设平行间隔排列的多个凹槽，向凹槽中加锡，用钎焊使锡与凹槽周围的
铜连接形成一体并填满凹槽，然后轧制，裁剪得到高锡含量铜锡钎料栅状复合带材。
13.优选地，凹槽的任意一端与铜板的任意一端具有一定距离。
14.上述高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法中，凹槽可以为“u”型、“v”型等形状；可以根据加锡量以及铜板材尺寸，设计铜板材上凹槽的尺寸、数量及分布情况；可以采用熔钎焊方法将凹槽中的锡加热熔化，冷却凝固后锡与铜板材连接形成一体并填满凹槽，再进行轧制；这种平行间隔排列的结构(简称栅状结构)作为一种主要承力结构，在轧制加工过程中，可避免凹槽中低变形抗力的锡被过多挤出板坯，造成有效加锡量减少的问题，避免熔化温度升高的问题；轧制时锡与铜板材保持一致变形并连接形成一体；轧制后，各凹槽中的锡条平行间隔排列；可以使用二辊轧机和四辊轧机等设备进行轧制；上述裁剪是为了去除两端和/或两边未开设凹槽的铜基体，从而降低铜锡钎料栅状复合带材的熔点。
15.优选地，铜板材的材质为纯铜或者铜合金，凹槽中的锡为纯锡或锡合金。
16.上述通过合理设计铜板材中凹槽的尺寸、间隔以及数量，来调节锡的加入量，使得铜锡钎料中的锡含量为10-60wt％即可；铜板材的材质优选纯铜，凹槽中的锡优选为纯锡。
17.在本领域中，当铜含量≥99.9％时称为纯铜，铜含量＜99.9％时称为铜合金；当锡含量≥99.9％时称为纯锡，锡含量＜99.9％时称为锡合金。
18.有益效果：
19.本发明针对提高锡含量可以降低铜锡钎料焊接温度，但是会降低钎料加工性能，容易碎裂，现有加工方法无法获得高锡含量铜锡钎料的问题，本发明通过提高锡含量，降低铜锡钎料的焊接温度，锡含量为20wt％时，铜锡钎料的焊接温度可以降至950℃左右；另外本发明在铜板材上开设平行间隔排列的凹槽，再向凹槽中加锡，这种平行间隔排列的结构(简称栅状结构)作为一种主要承力结构，在轧制加工过程中，可避免凹槽中低变形抗力的锡被过多挤出板坯，造成有效加锡量减少的问题，避免熔化温度升高的问题；且这种栅状结构作为一种主要受力结构，可避免在焊接加热过程中，因低熔点的锡先熔化成液体，而受力被挤出焊缝，造成铜锡钎料的锡含量减少，熔化温度升高的问题；本发明可以解决高锡含量铜锡钎料不易加工成形的问题。
附图说明
20.图1为高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的示意图，其中，1为带状铜基体，2为锡条。
21.图2为开设有平行间隔排列的多个凹槽的铜板的示意图，其中，1为铜板，2为凹槽。
22.图3为实施例2制得的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的横截面电子显微镜图片，其中，a为凹槽顶部、b为凹槽腰部、c为凹槽底部。
具体实施方式
23.下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
24.实施例1
25.参照图1，一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材，其锡含量为10-60wt％，包括：带状铜基体，其中，带状铜基体的一面具有平行间隔排列的多个凹槽，凹槽中填满锡形成锡条，且锡条与凹槽周围的铜连接形成一体；锡条的至少一端与带状铜基体的一端齐平；凹槽沿带状铜基体的长边方向设置；凹槽的个数为至少两个。
26.实施例2
27.一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，包括如下步骤：
28.参照图2，取一块80mm宽
×
600mm长
×
10mm厚的纯铜板，沿平行于纯铜板长边的方向，在纯铜板中心开设5个平行间隔排列的凹槽，并保持凹槽的任意一端与铜板的任意一端具有一定距离，每个凹槽的尺寸为5mm宽
×
400mm长，深5mm，相邻两个凹槽的间隔距离为5mm；
29.将5条纯锡条放置在凹槽内，然后通过火焰钎焊方法将锡条熔化，冷却凝固后与铜板连接形成一体，并完全填满凹槽(这样可以避免凹槽中进入其他杂质)，使得锡含量为20wt％，然后使用二辊轧机和四辊轧机进行轧制，然后使用剪边机去除两边及两端的纯铜基体并修剪带材，最终获得宽50mm，厚0.15mm的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材，可以在950℃进行不锈钢的钎焊。
30.取实施例2制得的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材，对其横截面进行电子显微镜检测，结果如图3所示，图3为实施例1制得的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的横截面电子显微镜图片，其中，a为凹槽顶部、b为凹槽腰部、c为凹槽底部。
31.由图3可以看出：铜板经轧制成带材后，由于厚度方向上的急剧减薄，凹槽变为平缓的弧形，但锡没有从凹槽中挤出，铜板的栅状承力结构依然存在且有效。
32.实施例3
33.参照图2，取一块80mm宽
×
600mm长
×
10mm厚的纯铜板，沿平行于纯铜板长边的方向，在纯铜板中心开设5个平行间隔排列的凹槽，并保持凹槽的任意一端与铜板的任意一端具有一定距离，每个凹槽的尺寸为5mm宽
×
400mm长，深2.5mm，相邻两个凹槽的间隔距离为5mm；
34.将5条纯锡条放置在凹槽内，然后通过火焰钎焊将锡条熔化，冷却凝固后与铜板连接形成一体，并完全填满凹槽，使得锡含量为10wt％，然后使用二辊轧机和四辊轧机进行轧制，然后使用剪边机去除两边及两端的纯铜基体并修剪带材，最终获得宽50mm，厚0.15mm的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材。
35.实施例4
36.一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，包括如下步骤：
37.参照图2，取一块80mm宽
×
600mm长
×
10mm厚的纯铜板，沿平行于纯铜板长边的方向，在纯铜板中心开设5个平行间隔排列的凹槽，并保持凹槽的任意一端与铜板的任意一端具有一定距离，每个凹槽的尺寸为8mm宽
×
400mm长，深8mm，相邻两个凹槽的间隔距离为2mm；
38.将5条纯锡条放置在凹槽内，然后通过火焰钎焊将锡条熔化，冷却凝固后与铜板连接形成一体，并完全填满凹槽，使得锡含量为60wt％，然后使用二辊轧机和四辊轧机进行轧制，然后使用剪边机去除两边及两端的纯铜基体并修剪带材，最终获得宽50mm，厚0.15mm的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材。
39.实施例5
40.一种高锡含量铜锡钎料栅状复合带材的制备方法，包括如下步骤：
41.参照图2，取一块80mm宽
×
600mm长
×
10mm厚的纯铜板，沿平行于纯铜板长边的方向，在纯铜板中心开设5个平行间隔排列的凹槽，并保持凹槽的任意一端与铜板的任意一端
具有一定距离，每个凹槽的尺寸为5mm宽
×
400mm长，深7mm，相邻两个凹槽的间隔距离为5mm；
42.将5条纯锡条放置在凹槽内，然后通过火焰钎焊将锡条熔化，冷却凝固后与铜板连接形成一体，并完全填满凹槽，使得锡含量为30wt％，然后使用二辊轧机和四辊轧机进行轧制，然后使用剪边机去除两边及两端的纯铜基体并修剪带材，最终获得宽50mm，厚0.15mm的高锡含量铜锡钎料栅状复合带材。
43.上述实施例中的锡含量还可以设计为11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、24、25、26、27、28、29、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59等。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。