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摘 要

本文为紫铜钎焊选择设计并制备了一种以Ag-Cu基为主，添加Sn、In元素对其改善性能的Ag58Cu22In10Sn10钎料，通过铺展润湿性能试验和紫铜板钎焊接头试验，研究了这种钎料的烧结工艺参数和钎焊紫铜板的相关工艺参数，发现钎料的铺展面积随着钎焊温度的上升先增大后减小；当钎焊温度不变时，钎料的润湿性能随着保温时间的延长而增强，但是当超过一定的保温时间后，其润湿性能的提升不再明显。通过对对接接头的形貌、组织、性能的分析发现，当钎焊的其他工艺参数不变时，接头的抗拉强度随着焊缝的增大呈现出先增大后减小的趋势，抗拉强度的增大会达到一个平台，在此范围内其变化很小。用Ag58Cu22In10Sn10钎料钎焊紫铜板，当焊缝处于0.10~0.15mm范围之内用电子探针观察其接头的显微组织发现其焊缝中的黑色脆性化合物数量极少，接头的抗拉强度在190MPa以上，具有优良的性能。

关键词：钎焊工艺；接头性能；接头组织；Ag-Cu基钎料

Abstract

This paper selects and prepares an Ag58Cu22In10Sn10 brazing filler metal mainly based on Ag-Cu and adding Sn and In elements to improve the performance of copper brazing. Through the spreading wettability test and copper brazing joint test, the research The sintering process parameters of this brazing filler metal and the related process parameters of brazing red copper plate found that the spreading area of ​​the brazing filler metal increased first and then decreased with the increase of the brazing temperature; when the brazing temperature remained unchanged, the The wet performance increases with the extension of the holding time, but when a certain holding time is exceeded, the improvement of the wetting performance is no longer obvious. Through the analysis of the morphology, organization and performance of the butt joint, it is found that when the other process parameters of brazing remain unchanged, the tensile strength of the joint shows a trend of increasing first and then decreasing with the increase of the weld. The increase in intensity will reach a platform where the change is very small. Brazing the copper plate with Ag58Cu22In10Sn10 solder, when the weld is in the range of 0.10 ~ 0.15mm, the microstructure of the joint is observed with an electronic probe and the number of black brittle compounds in the weld is very small, and the tensile strength of its joint The strength is above 190MPa and has excellent performance.

Key Words：Brazing process; joint performance; joint structure; Ag-Cu based solder

目录

第一章 绪论 5

1.1研究背景 5

1.1概述 5

1.1.1紫铜概述 5

1.1.2钎焊技术概述 6

1.1.3 铜钎焊技术 7

1.2研究目的和内容 8

第二章 实验材料设备及研究方法 9

2.1实验材料 9

2.2实验设备 10

2.3实验技术路线 11

第三章 钎料压胚烧结试验 12

3.1粉末烧结工艺 12

在烧结过程中按照是否生成液相而分为固相烧结和液相烧结两种。 12

3.2钎料压胚烧结试验 13

3.3液相烧结结果分析 14

第四章 钎料润湿性试验 16

4.1钎料的润湿作用 16

4.2钎料的润湿性试验 17

4.3钎料的润湿性试验结果与分析 19

第五章 紫铜板钎焊试验 21

5.1钎焊试验准备 21

5.2钎焊试验过程 21

5.3钎焊试验结果分析 22

5.3.1紫铜板对接接头外观分析 22

5.3.2紫铜板对接接头力学性能分析 23

5.3.3紫铜板对接接头显微组织分析 25

5.3.4小结 27

第六章 结论 28

参考文献 29

致谢 30

第一章 绪论

1.1研究背景

因为紫铜的电导率和热导率性能良好，在汽车、制冷、电子、航天、计算机等领域有很大的应用前景。紫铜在实际应用中主要被制作成发电机、母线、电缆等电工器材和热交换器、管道、集热器等导热器材。钎焊技术指的是填充材料和母体材料发生反应，从而在交界面处以合金化的形式形成金属的连接。而铜硬钎焊技术作为国际铜业协会专门为汽车行业和重工业生产制造热交换器而开发出的一种钎焊工艺技术被广泛运用，比如出于经济方面的考虑，在制冷行业中，对其热交换器和管路之间的连接首选紫铜与紫铜焊接，现在在大多数工厂中所采取的技术是自动火焰钎焊或者是自动感应钎焊^[1]在对于环保的要求，汽车的冷却系统发生改变，使得铝制热交换器难以满足要求，运用铜硬钎焊技术生产的紫铜/黄铜热交换器则变成了替换者。

紫铜钎焊的钎料通常选择Ag基钎料，Ag基钎料的液相线在600℃以上，属于硬钎焊，被用于钎焊铜、铜合金、钢合金、不锈钢等材料，其接头强度较高，耐腐蚀性良好。在Ag基钎料中加入适量的Cd以改善其焊接性能和加工性能，但是因为Cd是有毒元素在生产中会产生不利影响，所以研究无Cd环保Ag基钎料对于紫铜钎焊接头组织和性能的影响便具有了重要的意义。

1.1概述

1.1.1紫铜概述

铜是人类最先发现和使用的金属之一，几千年以前人们就使用青铜、黄铜等铜合金来熔炼制成各种器物，而现在随着冶炼技术的进步，铁、铝等金属的合金代替了铜合金在许多领域的地位，但是铜仍然在某些领域有着无可替代的作用。

紫铜又名红铜，因其表面氧化后呈紫红色而得名，密度为8.96 g/cm³，熔点为1083℃，具有良好的导电导热性能而被广泛用于电气行业和制冷行业。紫铜不一定是纯铜，有时还加入少量脱氧元素或其他元素以改善材质和性能，所以也被归于铜合金中。紫铜在大气、海水和某些酸碱环境下，有良好的耐蚀性，用于化学工业。中国紫铜加工材按成分可分为：普通紫铜、无氧铜、脱氧铜、添加少量合金元素的特种铜四类。紫铜有良好的焊接性，可经冷、热塑性加工制成各种半成品和成品。20世纪70年代，紫铜的产量超过了其他各类铜合金的总产量。

1.1.2钎焊技术概述

钎焊，是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。钎焊是人类最早使用的材料连接方式之一，但长时间没有得到太大发展，直到冶金和化工技术得到发展之后，作为第二次世界大战期间及之后大量冶金技术研究中的一部分，钎焊技术发生了巨大进步。在航空、航天、核电、电子等新型技术发展中出现了新材料和新结构的使用，对连接技术有了更高的要求，对于一些复杂的构件来说钎焊是唯一的连接方式，钎焊技术也就受到了更多的重视，在先进飞机和发动机的制造中成为了不可或缺的焊接方式^[2]。

钎焊根据钎料的熔点分成了软钎焊和硬钎焊两类。

软钎焊的钎料熔点低于450℃，接头强度较低，多用于电子和食品工业中导电、气密和水密器件的焊接，常用锡铅合金作为钎料。本文所研究的是钎料熔点高于450℃的硬钎焊技术，这类钎焊接头强度较高在200MPa以上，且可以在高温下工作，硬钎焊所使用的钎料种类很多，以铝、银、铜、锰和镍为基的钎料应用最广。

钎焊根据加热方法又可以分成火焰钎焊、感应钎焊、电阻钎焊和真空钎焊等。

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