权利要求
1.一种复合钎料，其特征在于，由银40-45%、铜25-30%、锌20-25%、锡2-3%、钛1-5%按照质量百分比组成。
2.如权利要求1所述的复合钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照质量百分比称取各组分，将银、铜、锌、锡混合球磨，球磨时间为2-2.5h，得到预混料;
(2)将钛和有机溶剂加入所述的预混料中，继续球磨2-2.5h，得到粘稠状物料;
(3)将所述粘稠状物料烘干，即得复合钎料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中的球磨料球比均为5：1。
4.一种采用如权利要求1所述的复合钎料钎焊连接Ag与Ni-Cr合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将Ag片与Ni-Cr合金片表面充分打磨并清洗干净，备用;
S2、将复合钎料均匀地铺设在Ni-Cr合金片表面，然后将Ag片铺到复合钎料上，得到钎焊结构件;
S3、将所述的钎焊结构件放入真空钎焊炉中加热，经过升温-保温-降温之后取出，冷却至室温。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S3中，升温具体为：以5-10℃/mi的速率升温至820℃-900℃;保温时间为2-5min;降温具体为10-20℃/min的速率冷却至400-450℃。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S2中，复合钎料铺设厚度为60-150μm。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述Ni-Cr合金片由70-80%镍、15-25%铬和2-5%铁按照质量百分数组成。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及钎焊技术领域，具体是一种复合钎料及钎焊连接Ag与Ni-Cr合金的方法。
背景技术
[0002]Ni-Cr合金具有高的电阻率和低的电阻温度系数，较高的抗氧化性和耐蚀性以及高的高温强度，良好的加工性能，常被用作电热合金在航空航天，电力电子等领域得到广泛的应用。随着
新能源汽车、电子封装等领域的快速发展，对相应的功率型电子器件的性能也提出了更高的要求。在电子器件工作时，电流通过半导体器件，会将部分电能转变为热能，导致器件内部温度升高，影响器件的使用效率，需要及时的将电子器件在工作过程中产生的热量传导出去。Ag具有优异的导热性能，在高精密仪器中常被用作散热器件。将Ni-Cr电热合金与Ag连接，降低电热合金元件引出端温度，减少电能损失和便于电源线的连接，具有广泛的工业应用前景。
[0003]传统连接Ni-Cr合金与Ag的方法主要采用硅脂作为粘结剂，然而硅脂粘结剂在高温环境下容易脱粘，且硅脂的导热率远低于金属材料，在界面处产生更高的界面热阻，大大降低了Ni-Cr电热合金的与Ag的连接强度和端部的散热能力，极大的限制了电热元件的应用领域，不能广泛满足工业的需求。
[0004]常规钎料采用Ag、Cu、Sn等金属元素组成，由于Ni-Cr合金具有较高的化学稳定性，不易与钎料发生反应，这种化学稳定性导致钎料在Ni-Cr合金表面的润湿性较差。另外，Ni-Cr合金的表面能较低，使得钎料难以在其表面铺展。
发明内容
[0005]有鉴于此，本发明提供一种复合钎料及钎焊连接Ag与Ni-Cr合金的方法，采用Ag-Cu-Zn-Sn+Ti复合钎料实现Ni-Cr合金片和Ag片的钎焊连接，该复合钎料对Ni-Cr合金和Ag片具有良好的润湿性和填缝能力。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]第一方面，本发明公开了一种复合钎料，由银40-45%、铜25-30%、锌20-25%、锡2-3%、钛1-5%按照质量百分比组成。1%-5%的Ti含量是经过实验和理论分析得出的最佳范围，旨在平衡抗氧化性、结合强度和组织特性，提升焊接接头的性能，过高或过低的Ti含量都会对焊接接头的质量产生负面影响。具体来说，Ti含量过高会提高钎料的熔点，增加焊接难度，过低含量的影响抗氧化性不足。Ti含量过低无法形成有效的TiO2保护层，导致在高温焊接过程中氧化现象加剧。不足的Ti含量会导致金属间化合物的形成不足，从而降低接头的结合力。组织不均匀：Ti含量过低可能导致接头组织不均匀，影响整体性能。
[0008]第二方面，本发明公开了上述的复合钎料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)按照质量百分比称取各组分，将银、铜、锌、锡混合球磨，球磨时间为2-2.5h，得到预混料;
[0010](2)将钛和有机溶剂加入所述的预混料中，继续球磨2-2.5h，得到粘稠状物料;
[0011](3)将所述粘稠状物料烘干，即得复合钎料。
[0012]作为本发明进一步的方案：步骤(1)和(2)中的球磨料球比均为5：1。
[0013]第三方面，本发明公开了一种采用上述复合钎料钎焊连接Ag与Ni-Cr合金的方法，包括以下步骤：
[0014]S1、将Ag片与Ni-Cr合金片表面充分打磨并清洗干净，备用;
[0015]S2、将复合钎料均匀地铺设在Ni-Cr合金片表面，然后将Ag片铺到复合钎料上，得到钎焊结构件;
[0016]S3、将所述的钎焊结构件放入真空钎焊炉中加热，经过升温-保温-降温之后取出，冷却至室温。
[0017]作为本发明进一步的方案：步骤S3中，升温具体为：以5-10℃/mi的速率升温至820℃-900℃;保温时间为2-5min;降温具体为10-20℃/min的速率冷却至400-450℃。
[0018]钎料在升温过程中，首先经历了固态相到液态相的转变。Ag-Cu-Zn-Sn钎料的熔点低于900℃，因此在温度达到820℃-900℃时，钎料开始熔化并形成液态金属。随着温度的逐渐升高，钎料中各元素的扩散速度增加，有助于形成均匀的液相。控制升温速率可以避免温度过快引起的热应力和相变应力，减少材料的变形和裂纹风险。同时，适当的升温速率有助于确保钎料充分熔化并促进元素的均匀分布。
[0019]在保温阶段，钎料与基材(如Ni-Cr合金片和Ag片)之间的界面反应开始进行，形成合金化层或反应产物。这一过程对于提高接头的结合强度至关重要。将温度保持在适当水平时，钎料中Ti的加入可以促进Ti与基材的相互扩散，形成Ti基的反应层，进一步增强接头强度。将温度保持在820℃-900℃、2-5分钟可以确保有足够的反应时间，以实现理想的界面反应和合金化，提高连接的机械性能。过长的保温时间会导致材料的过热和损坏，而温度过低则会导致反应不充分。
[0020]在降温过程中，钎料的液相会逐渐固化，发生析出相的形成，影响最终的材料性能。若降温速率过快，会在材料中产生残余应力，导致微观结构的变化，如裂纹的产生。因此，控制冷却速率可以降低材料内部的温度梯度，从而减少热应力的产生，防止裂纹的形成。缓慢冷却有助于促进晶体的均匀化和析出相的均匀分布，提高材料的强度和韧性。但是，过慢的降温速率会形成较粗大的晶粒，因此需要控制降温速率在特定的范围内。
[0021]通过合理的温度控制，能够优化钎焊接头的微观结构，提高接头的结合强度和可靠性。这包括在升温阶段促进均匀熔化和扩散，在保温阶段促进有效的界面反应，以及在冷却阶段降低残余应力，从而确保最终焊接质量的提高。
[0022]作为本发明进一步的方案：步骤S1中，复合钎料铺设厚度为60-150μm。
[0023]作为本发明进一步的方案：所述Ni-Cr合金片由70-80%镍、15-25%铬和2-5%铁按照质量百分数组成。
[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0025]本发明采用Ag-Cu-Zn-Sn+Ti复合钎料连接Ag片与Ni-Cr合金片的方法，采用的含有活性元素Ti的Ag-Cu-Zn-Sn低温钎料，钎焊温度为820℃左右，低于Ag片母材熔点，Ti元素是活性元素，能够与大多数金属发生反应，对Ni-Cr合金和Ag片具有良好的润湿性和填缝能力，同时针对复合钎料的配比，控制钎焊时升温速率和降温速率，使得获得的焊接头平整致密，无裂纹和裂缝等缺陷，经测试，接头的室温剪切强度可达到315MPa，并且具有很好的耐蚀性，所以Ag-Cu-Zn-Sn+Ti复合低温钎料可以有效连接Ni-Cr合金片与Ag片，本发明主要应用于小尺寸的结构零部件领域，将Ag片与Ni-Cr合金片连接起来从而获得较大尺寸的高强度结构零部件，有着较好的应用前景。
附图说明
[0026]图1是本发明实施例2的Ni-Cr合金与金属Ag的连接界面的SEM图;
[0027]图2为Ag片与Ni-Cr合金片钎焊连接示意图。
具体实施方式
[0028]为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
[0029]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
[0030]以下实施例和对比例中的所有材料均为市售常规常用产品。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
[0031]本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
[0032]制备例1
[0033](1)将47份银、27份铜、22份锌、2.5份锡粉末混合，放入球磨机中，设置球料比为5:1，球磨时间为2h，得到预混料;
[0034](2)将1.5份钛和30份无水乙醇加入步骤(1)的预混料中，继续球磨2h，球料比为5:1，得到粘稠状物料;
[0035](3)将步骤(2)的粘稠状物料放入烘箱，40℃条件下烘干，即得复合钎料1。
[0036]实施例1
[0037]步骤一、采用800#的砂纸对Ni-Cr合金片与Ag片表面进行打磨，然后放入丙酮溶液中超声清洗10min，去除表面油污和杂质，干燥备用;
[0038]步骤二、将1均匀平铺在Ni-Cr合金片表面，厚度为60μm，采用不锈钢夹具将Ag片放置在铺有复合钎料1的Ni-Cr合金片上，装备成钎焊结构的装备件;
[0039]步骤三、将步骤(二)中的装备件放置在真空钎焊炉中加热，当真空度达到5×10-3Pa时，开启加热程序，控制升温速率为5℃/min,升温至820℃，保温2min，再控制降温速率为15℃/min，冷却至400℃，随炉冷却至室温，即得钎焊试样。
[0040]制备例2
[0041](1)将46.5份银、27份铜、22份锌、2.5份锡粉末混合，放入球磨机中，设置球料比为5:1，球磨时间为2h，得到预混料;
[0042](2)将2份钛和30份无水乙醇加入步骤(1)的预混料中，继续球磨2h，球料比为5:1，得到粘稠状物料;
[0043](3)将步骤(2)的粘稠状物料放入烘箱，40℃条件下烘干，即得复合钎料2。
[0044]实施例2
[0045]步骤一、采用800#的砂纸对Ni-Cr合金片与Ag片表面进行打磨，然后放入丙酮溶液中超声清洗15min，去除表面油污和杂质;
[0046]步骤二、将复合钎料2均匀平铺在Ni-Cr合金片表面，厚度为100μm，采用不锈钢夹具将Ag片放置在铺有复合钎料2的Ni-Cr合金片上，装备成钎焊结构的装备件;
[0047]步骤三、将步骤(二)中的装备件放置在真空钎焊炉中加热，当真空度达到5×10-3Pa时，开启加热程序，控制升温速率为5℃/min,升温至840℃，保温5min，再控制降温速率为15℃/min,冷却至400℃后，随炉冷却至室温，即得钎焊试样。
[0048]制备例3
[0049](1)将45.5份银、27份铜、22份锌、2.5份锡粉末混合，放入球磨机中，设置球料比为5:1，球磨时间为2h，得到预混料;
[0050](2)将3份钛和30份无水乙醇加入步骤(1)的预混料中，继续球磨2h，球料比为5:1，得到粘稠状物料;
[0051](3)将步骤(2)的粘稠状物料放入烘箱，40℃条件下烘干，即得复合钎料3。
[0052]实施例3
[0053]步骤一、采用800#的砂纸对Ni-Cr合金片与Ag片表面进行打磨，然后放入丙酮溶液中超声清洗25min，去除表面油污和杂质;
[0054]步骤二、将复合钎料3均匀平铺在Ni-Cr合金片表面，厚度为120μm，采用设计的不锈钢夹具将Ag片放置在铺有复合钎料3的Ni-Cr合金片，装备成钎焊结构的装备件;
[0055]步骤三、将步骤(二)中的装备件放置在真空钎焊炉中加热，当真空度达到5×10-3Pa时，开启加热程序，控制升温速率为5℃/min,升温至850℃，保温6min，再冷却，冷却速率为15℃/min,冷却至400℃后，随炉冷却至室温，即得钎焊试样。
[0056]制备例4
[0057](1)将44.5份银、27份铜、22份锌、2.5份锡粉末混合，放入球磨机中，设置球料比为5:1，球磨时间为2h，得到预混料;
[0058](2)将4份钛和30份无水乙醇加入步骤(1)的预混料中，继续球磨2h，球料比为5:1，得到粘稠状物料;
[0059](3)将步骤(2)的粘稠状物料放入烘箱，40℃条件下烘干，即得复合钎料4。
[0060]实施例4
[0061]步骤一、采用800#的砂纸对Ni-Cr合金片与Ag片表面进行打磨，然后放入丙酮溶液中超声清洗30min，去除表面油污和杂质;
[0062]步骤二、将复合钎料4均匀平铺在Ni-Cr合金片表面，厚度为130μm，采用不锈钢夹具将Ag片放置在铺有复合钎料4的Ni-Cr合金片上，装备成钎焊结构的装备件;
[0063]步骤三、将步骤(二)中的装备件放置在真空钎焊炉中加热，当真空度达到5×10-3Pa时，开启加热程序，控制升温速率为5℃/min,升温至870℃，保温3min，再控制降温速率为15℃/min,冷却至400℃后，随炉冷却至室温，即得钎焊试样。
[0064]制备例5
[0065](1)将43.5份银、27份铜、22份锌、2.5份锡粉末混合，放入球磨机中，设置球料比为5:1，球磨时间为2h，得到预混料;
[0066](2)将2.5份钛和30份无水乙醇加入步骤(1)的预混料中，继续球磨2h，球料比为5:1，得到粘稠状物料;
[0067](3)将步骤(2)的粘稠状物料放入烘箱，40℃条件下烘干，即得复合钎料5。
[0068]实施例5
[0069]步骤一、采用800#的砂纸对Ni-Cr合金片与Ag片表面进行打磨，然后放入丙酮溶液中超声清洗40min，去除表面油污和杂质;
[0070]步骤二、将复合钎料5均匀平铺在Ni-Cr合金片表面，厚度为150μm，采用不锈钢夹具将Ag片放置在铺有复合钎料5的Ni-Cr合金片，装备成钎焊结构的装备件;
[0071]步骤三、将步骤(二)中的装备件放置在真空钎焊炉中加热，当真空度达到5×10-3Pa时，开启加热程序，控制升温速率为5℃/min,升温至900℃，保温3min，再控制降温速率为15℃/min,冷却至400℃后，随炉冷却至室温，即得钎焊试样。
[0072]对比例1
[0073](1)将46.5份银、27份铜、22份锌、2.5份锡粉末混合，放入球磨机中，设置球料比为5:1，球磨时间为2h，得到预混料;
[0074](2)将0.5份钛和30份无水乙醇加入步骤(1)的预混料中，继续球磨2h，球料比为5:1，得到粘稠状物料;
[0075](3)将步骤(2)的粘稠状物料放入烘箱，40℃条件下烘干，即得复合钎料6。
[0076](4)采用800#的砂纸对Ni-Cr合金片与Ag片表面进行打磨，然后放入丙酮溶液中超声清洗15min，去除表面油污和杂质;
[0077](5)将复合钎料6均匀平铺在Ni-Cr合金片表面，厚度为100μm，采用不锈钢夹具将Ag片放置在铺有复合钎料2的Ni-Cr合金片上，装备成钎焊结构的装备件;
[0078](6)将步骤(5)中的装备件放置在真空钎焊炉中加热，当真空度达到5×10-3Pa时，开启加热程序，控制升温速率为5℃/min,升温至840℃，保温5min，再控制降温速率为15℃/min,冷却至400℃后，随炉冷却至室温，即得钎焊试样。
[0079]对比例2
[0080](1)将46.5份银、27份铜、22份锌、2.5份锡粉末混合，放入球磨机中，设置球料比为5:1，球磨时间为2h，得到预混料;
[0081](2)将7份钛和30份无水乙醇加入步骤(1)的预混料中，继续球磨2h，球料比为5:1，得到粘稠状物料;
[0082](3)将步骤(2)的粘稠状物料放入烘箱，40℃条件下烘干，即得复合钎料7。
[0083](4)采用800#的砂纸对Ni-Cr合金片与Ag片表面进行打磨，然后放入丙酮溶液中超声清洗15min，去除表面油污和杂质;
[0084](5)将复合钎料7均匀平铺在Ni-Cr合金片表面，厚度为100μm，采用不锈钢夹具将Ag片放置在铺有复合钎料2的Ni-Cr合金片上，装备成钎焊结构的装备件;
[0085](6)将步骤(5)中的装备件放置在真空钎焊炉中加热，当真空度达到5×10-3Pa时，开启加热程序，控制升温速率为5℃/min,升温至840℃，保温5min，再控制降温速率为15℃/min,冷却至400℃后，随炉冷却至室温，即得钎焊试样。
[0086]对比例3
[0087](1)将46.5份银、27份铜、22份锌、2.5份锡粉末混合，放入球磨机中，设置球料比为5:1，球磨时间为2h，得到预混料;
[0088](2)将3份钛和30份无水乙醇加入步骤(1)的预混料中，继续球磨2h，球料比为5:1，得到粘稠状物料;
[0089](3)将步骤(2)的粘稠状物料放入烘箱，40℃条件下烘干，即得复合钎料6。
[0090](4)采用800#的砂纸对Ni-Cr合金片与Ag片表面进行打磨，然后放入丙酮溶液中超声清洗15min，去除表面油污和杂质;
[0091](5)将复合钎料6均匀平铺在Ni-Cr合金片表面，厚度为100μm，采用不锈钢夹具将Ag片放置在铺有复合钎料2的Ni-Cr合金片上，装备成钎焊结构的装备件;
[0092](6)将步骤(5)中的装备件放置在真空钎焊炉中加热，当真空度达到5×10-3Pa时，开启加热程序，控制升温速率为15℃/min,升温至840℃，保温5min，再控制降温速率为10℃/min,冷却至400℃后，随炉冷却至室温，即得钎焊试样。
[0093]对比例4
[0094](1)将46.5份银、27份铜、22份锌、2.5份锡粉末混合，放入球磨机中，设置球料比为5:1，球磨时间为2h，得到预混料;
[0095](2)将3份钛和30份无水乙醇加入步骤(1)的预混料中，继续球磨2h，球料比为5:1，得到粘稠状物料;
[0096](3)将步骤(2)的粘稠状物料放入烘箱，40℃条件下烘干，即得复合钎料6。
[0097](4)采用800#的砂纸对Ni-Cr合金片与Ag片表面进行打磨，然后放入丙酮溶液中超声清洗15min，去除表面油污和杂质;
[0098](5)将复合钎料6均匀平铺在Ni-Cr合金片表面，厚度为100μm，采用不锈钢夹具将Ag片放置在铺有复合钎料2的Ni-Cr合金片上，装备成钎焊结构的装备件;
[0099](6)将步骤(5)中的装备件放置在真空钎焊炉中加热，当真空度达到5×10-3Pa时，开启加热程序，控制升温速率为5℃/min,升温至840℃，保温5min，再控制降温速率为10℃/min,冷却至400℃后，随炉冷却至室温，即得钎焊试样。
[0100]采用万能试验机测试实施例1-3以及对比例1-2所得到钎焊试样的抗剪强度，检测标准参照GB/T 11363-2008《钎焊接头强度试验方法》。
[0101]测试结果见表1。
[0102]表1
[0103]
[0104]由实施例2、对比例1和2的试样剪切强度可知，钛含量过高或过低都会对钎焊抗剪强度造成负面影响。由实施例2和对比例3和4可知，升温速度通常控制在一定范围内，以减少热应力和防止变形，降温速度同样需要控制在一定范围内，以免影响金相组织结构，产生过大的热应力和裂纹。
[0105]虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0106]故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围;即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。
说明书附图(2)
声明：
“复合钎料及钎焊连接Ag与Ni-Cr合金的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：合肥波林新材料股份有限公司
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2025年03月28日 ~ 30日 
