连铸法生产高性能焊料.pdf

连铸法生产高性能焊料 石瑛李德富 北京有色金属研究总院。北京1 0 0 0 8 8 摘 要利用一套具备真空／气氛保护、均质搅拌、小型精密等特点的精密连铸设备，生产适 舍于电子、机械、航空、航天等行业用的贵金属钎料、特种铝焊丝 铝锂合金焊丝 、脆性焊辩及易偏 析焊料。采用该技术制备的焊料具有超纯净 气体和杂质台量低 、高均质化、微量元素准确控制等 优点。 关键词焊接材料；连铸；真空 中科分娄号T R S O文献标识码A 文章编号1 0 1 7 7 5 , , 5 2 0 0 1 0 5 0 0 4 3 0 3 近年来，在宇航结构材料的设计中。人们 为实现飞行器的减重和提高飞行器的整体性 能，急需提高焊缝的性能【”；同时．随着I T 产业的发展，对电子器件的焊接的要求越来 越高口] 。研制高性能焊接材料对于提高焊 缝的性能乃至整体结构件的性能十分重要。 利用精密连铸技术可以生产超纯净、均质化、 低含气量的材料，提高材料的生产成品率和 质量。降低成本，满足航空、航天、兵器、核能、 舰船、电子等行业对于先进的高性能新材料 的需求 ”。 1 实验原理与方法 表1 列出了几种有特殊性能要求的、对 国防和国民经济有重要影响的银基焊料和铝 基焊料。目前，国内普遍采用大气条件下熔 铸一挤压的工艺生产这些材料，常常由于焊 料性能不稳定。导致焊接质量难于满足要求。 表1 几种银基焊料、铝基焊料的生产情况 本文采用自行研制的真空／保护气氛水 平连铸设备进行几种高质量要求焊料的生 产。该连铸设备由机械系统、液压系统、电气 控制系统组成 图1 。保温炉容量为5 0 妇， 具备加热温度范围宽、体积小、升温快的特 点。该连铸机适应性强，可铸铜基、铝基、银 作者简介石瑛 9 6 3 一 ，女，山东人，高级工程师 基 贵金属 及各种高温合金焊料，可生产丝 材 } 1 2 m m ～ t S m m ，板材 1 0 0 m m 1 5 m m 。该装置设备结构见图1 。 该设备具有以下特点①实现真空熔炼 和真空连铸，对于活泼金属、吸气性强的金 属，可以大大提高材料质量[ 3 ’；②可以实现 万方数据 可控气氛下熔炼和连铸，如含易挥发组元的 合金．含镁、含锌的铝合金，可以通入氩气。 对于镍基合金如蒙乃尔合金，可以通入煤气、 真空口 真空罐坩埚 c 0 2 等。③能够在熔炼、凝固过程中实现均 质搅拌，这对于高性能焊料细化相 含Z r 、T i 相等 元素均质分布十分重要。 结晶器 二冷系统牵引系统卷取机 2 实验结果与分析 图1 真空／保护气氛连铸装置示意图 焊丝连铸后出1 2 m m 铸坯。铸坯经过几 遭拉拔、退火工艺后得到成品细丝。表2 ～4 分别列出了焊丝的性能检测结果。 表2A g - 2 8 C u 台金焊丝性能检测结果 2 ．1 银基焊料 由表2 可见，采用“真空连铸技术”生产 的A g ．2 8 C u 焊丝铸坯和成品溅散性均为A 级，这是由于溅散性主要取决于材料中的氧 含量，而真空熔炼能有效去除熔体中的气体， 真空下的连铸使除气效果一直保持到合金凝 固；焊丝的坯料清洁度均为I 级．这是因为连 铸免去了铁模浇注和热轧开坯工序．故减少 了不洁物进入的机会，同时连铸A g - 2 8 C u 的 成品率达9 5 ％以上，降低铁模浇铸引起的头 尾、浇冒口损耗。 表31 4 2 0 铝锂合金用焊丝性能测试结果 世丛生血．z 』丛旦 吐兰墨鱼量』 E ￡￡塑壅墨墼 连铸料3 8 2 ～3 9 62 3 6 - 2 4 27 ．8 ～l O5o2 40 ．8 1 国外焊缝典型值 ’ 3 4 5 ～3 7 10 4o ．7 4 小护试验焊缝性能3 6 3 3 8 02 0 0 - 2 3 14 - 9 ．60 ．30 ．7 5 基件性能值4 7 93 2 31 26 表4 超细硅铝丝 3 0 | I m 的性能 拉断力 可焊性 单卷长度 ≥2 1 9 好 3 0 0 m 2 ．2 铝锂合金用低氢铝焊丝 真空／保护气氛连铸技术制备的焊丝各 项性能指标均满足铝锂台金焊接的要求，与 常规方法相比．采用真空熔炼可以除去铝熔 万方数据 体中的氢，氩气保护下连铸可避免因浇铸卷 入的气体和因接触铸型时吸入的气体，焊丝 含氢量控制在极低的范围 0 ．2 4 1 0 “ ，氩 气保护连铸避免镁元素的烧损；熔化过程中 的磁力搅拌和快速凝固避免了A l ，z r 沉降， 故成分均匀性得到保证，每批次所有主成分 的差别小于8 ％。试焊结果表明，焊缝的强 度系数达0 _ 8 0 以上。该连铸工艺对于可焊 铝锂合金、可焊铝镁合金的焊丝制备同样具 备优势。 2 ．3 超纯、超细硅铝丝 真空连铸一拉拔工艺实现了焊丝的超纯 净化制造，有效去除了熔体中的气体、夹杂和 有害元素，使材料的冶金质量得以提高，焊丝 的强度和延伸率提高，同时可焊性得到保证； 坯料在凝固过程中处于强烈的搅拌状态，偏 析被抑制，析出相组织状态和分布情况得到 优化，有利于强度和延伸率的提高。 4 结论 利用自制的精密连铸技术及设备，可以 生产常规大气条件下连铸生产工艺和块式铸 造工艺无法生产的高性能特种焊料，降低焊 料的气体和杂质含量，焊料的成分均匀性、准 确性得到控制．焊缝力学性能大大提高。 参考文献 [ 1 】邱惠中．国外A l 一“合金及其航天产品的制造 技术[ J ] ．宇航材料工艺，1 9 9 8 4 3 9 2 ] 黎鼎鑫，张永利．贵金属材料学【M ] ．长沙中南 工业大学出版社。1 9 9 1 [ 3 】任家烈，吴爱萍．先进材料的连接[ M ] ．北京北 京机械工业出版社，2 0 0 0 [ 4 ] 戴永年，杨斌．有色金属材料的真空冶金[ M ] ． 北京冶金工业出版杜．2 0 0 0 p 口p p q P ～≯、p 廿_ p _ p q } q p 廿p 妒p 口P p p 自≯、妒p 口P 、p 4 q ≯审p q p q p q 4 q p 、妒_ ’口’q p ～≯、一q p 一口 口p g u 口} “口。口e 一目M 口目 4 9 l 书讯l e n - t o { q ‘t ‘q ‘℃‘t q ，弛硝 有色金属工业标准汇编【共3 种 2 0 0 1 年9 月出版 为便于有色金属行业人员了解和查阅有色金属标准制定、修订的最新进展， 标准出版社出版了 有色金属工业标准汇编 系列 截至2 0 0 1 年4 月 。 1 ． ，收入国家标准1 3 7 个，行业标准1 2 个，邮购价1 5 6 元； 2 ． ，收入国家 标准7 9 个，邮购价1 5 8 元； 3 ． 有色金属工业标准汇编一金相检验方法和无损检验方法 。收入国家标准 5 1 个，行业标准2 个，邮购价9 7 元。 邮购地址北京5 5 信箱清平书店金莉收邮编1 0 0 0 5 3 开户行招商银行展览路支行帐号0 9 8 1 1 0 6 8 1 0 0 0 1 户名北京清平书店有限公司 电话8 3 1 5 4 0 8 1 万方数据