本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域,尤其是合金材料領(lǐng)域,具體為一種AgCuTi合金的制備方法、其箔帶釬料的制備方法及其產(chǎn)品。
背景技術(shù):
銀銅系釬料具有焊接接頭強(qiáng)度高,優(yōu)良的導(dǎo)電性和耐蝕性、中溫熔點(diǎn)及良好的潤(rùn)濕性,使其能釬焊除鋁、鎂及其他低熔點(diǎn)金屬以外的所有黑色和有色金屬,具有較為廣泛的應(yīng)用。其中,AgCuTi合金釬料具有較小的潤(rùn)濕角,對(duì)陶瓷的浸潤(rùn)性最好,無需在陶瓷表面進(jìn)行較為復(fù)雜的金屬化預(yù)處理,能實(shí)現(xiàn)陶瓷與陶瓷、陶瓷與金屬組件一次性釬焊成功。因而,AgCuTi合金釬料獲得了大量實(shí)驗(yàn)性研究,在電子工業(yè)等領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
目前,AgCuTi合金箔帶釬料制備工藝主要包括:真空熔煉、粉末軋制成形和粉末冶金等方法。由于AgCuTi合金組元物性差異,在合金制備及箔帶釬料成形過程中,存在如下難點(diǎn):1)三組元密度差異較大,且組元Ag的飽和蒸汽壓較高(685℃~752℃時(shí),對(duì)應(yīng)飽和蒸汽壓為10-4 Pa~ 10-3Pa),合金釬料易偏析;2)元素Ti活性較大,在一定溫度及氧分壓下,易與氧結(jié)合,可能導(dǎo)致釬料在封接時(shí)活性降低;3)在充分合金化過程中,晶粒尺寸易長(zhǎng)大,孔洞等微觀缺陷較難消除,且Ti元素與Ag、Cu可形成Ag-Ti、Cu-Ti脆性相,較難軋制成形高質(zhì)量箔帶。這都在一定程度上,限制了高品質(zhì)AgCuTi箔帶釬料在某些特殊應(yīng)用背景下的使用。
為此,迫切需要一種新的方法,以解決上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)現(xiàn)有的AgCuTi合金釬料易偏析,其中的元素Ti易與氧結(jié)合,可能導(dǎo)致釬料在封接時(shí)活性降低,且在充分合金化過程中,晶粒尺寸易長(zhǎng)大,孔洞等微觀缺陷較難消除,且Ti元素與Ag、Cu可形成Ag-Ti、Cu-Ti脆性相,較難軋制成形高質(zhì)量箔帶的問題,提供一種AgCuTi合金的制備方法、其箔帶釬料的制備方法及其產(chǎn)品。本發(fā)明通過對(duì)粉坯在低溫下真空預(yù)燒結(jié),抑制偏析,結(jié)合熱等靜壓中溫?zé)Y(jié),能有效控制晶粒尺寸和氧含量,獲得力學(xué)性能優(yōu)異的高致密合金,最終可通過多道次冷軋直接成形箔帶釬料。本發(fā)明能滿足微波裝備系統(tǒng)中異種材料組件封接用高性能銀銅鈦箔帶釬料的需求,具有較好的應(yīng)用前景,值得大規(guī)模推廣和應(yīng)用。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種AgCuTi合金的制備方法,包括如下步驟:
(1)制備AgCuTi合金混合粉末
按AgCuTi合金設(shè)計(jì)要求分別稱取銀粉、銅粉、鈦粉,所述銀粉、銅粉、鈦粉的質(zhì)量比為25-75:25-75:1-6,得到第一混合物,將第一混合物與鈦磨球、研磨介質(zhì)混合后裝入球磨罐中,進(jìn)行濕法球磨,濕法球磨后的漿料依次經(jīng)沉淀、干燥后,得到AgCuTi混合粉末;
(2)混粉成形
將步驟(1)制備的AgCuTi混合粉末裝入軟膜后,進(jìn)行冷等靜壓成型,制得冷壓坯;
(3)預(yù)燒結(jié)
將步驟(2)制備的冷壓坯進(jìn)行真空預(yù)燒結(jié),得到AgCuTi燒結(jié)體;
(4)熱等靜壓致密化
將步驟(3)制備的AgCuTi燒結(jié)體裝入包套,經(jīng)加熱除氣后,進(jìn)行熱等靜壓成型;
(5)后處理
將步驟(4)熱等靜壓成型的材料,進(jìn)行脫模,即得AgCuTi合金。
將步驟(5)脫模后的材料切割成塊材,酸洗去除塊材表面的氧化膜,實(shí)現(xiàn)對(duì)AgCuTi合金的處理。
將步驟(5)脫模后的材料線切割成厚度為1~5mm的塊材。
所述步驟1中,鈦磨球的粒徑為3~8mm,研磨介質(zhì)為無水乙醇。
所述第一混合物、鈦磨球、研磨介質(zhì)的質(zhì)量比為(1~2)∶(4~12)∶(1~4)。
所述步驟1中,球磨轉(zhuǎn)速為120~300r/min,球磨時(shí)間為2~20h。
所述步驟2中,冷等靜壓成型的靜壓壓力為120MPa~270MPa,時(shí)間5min~60min。
所述步驟3中,將步驟(2)制備的冷壓坯在真空度小于5×10-3Pa,600℃~680℃下真空預(yù)燒結(jié)30min~180min,使得到的AgCuTi燒結(jié)體的致密度為75%~85%。
所述步驟4中,熱等靜壓成型的溫度為700℃~800℃,壓力為80MPa~140MPa,時(shí)間為5min~90min。
前述AgCuTi合金箔帶釬料的制備方法,包括如下步驟:將得到的AgCuTi合金在軋機(jī)上進(jìn)行多道次冷軋,直到獲得0.08mm~0.12mm的AgCuTi箔帶釬料。
道次壓下量5%~20%。
前述AgCuTi合金制備方法所制備的產(chǎn)品,該產(chǎn)品的致密度為99.00%~99.99%。
針對(duì)前述問題,本發(fā)明提供一種AgCuTi合金的制備方法、其箔帶釬料的制備方法及其產(chǎn)品。其中,涉及Ag、Cu、Ti混合粉末制備、成形、低溫預(yù)燒結(jié)、熱等靜壓中溫?zé)Y(jié)及冷軋等步驟。其中,AgCuTi合金的制備方法包括如下步驟。
本發(fā)明中,首先將銀粉、銅粉和鈦粉按照設(shè)計(jì)要求,進(jìn)行配比配料,銀粉、銅粉、鈦粉的質(zhì)量比為25-75:25-75:1-6,得到第一混合物,將第一混合物與鈦磨球、研磨介質(zhì)混合后裝入球磨罐中,進(jìn)行濕法球磨,濕法球磨后的漿料依次經(jīng)沉淀、干燥后,得到AgCuTi混合粉末。然后,將配比后的AgCuTi混合粉末與鈦磨球以及研磨介質(zhì)混合后,裝入不銹鋼球磨罐中;將球磨罐密封后,置于行星式球磨機(jī)上進(jìn)行濕法研磨,研磨后先用200目金屬網(wǎng)篩將鈦磨球和料漿分離,隨后料漿經(jīng)沉淀、干燥后,獲得AgCuTi混合粉末。
進(jìn)一步,磨球粒徑為3~8mm的鈦球,研磨介質(zhì)為無水乙醇。作為優(yōu)選,AgCuTi合金粉末、磨球及無水乙醇的按照質(zhì)量比為(1~2)∶(4~12)∶(1~4)的比例混合。球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為120~300r/min,研磨時(shí)間為2~20h。
然后,再將研磨后得到的AgCuTi混合粉末裝入軟模中,進(jìn)行冷等靜壓成型,制得冷壓坯。再將冷壓坯進(jìn)行真空預(yù)燒結(jié),得到AgCuTi燒結(jié)體。在將AgCuTi燒結(jié)體試樣裝入不銹鋼包套加熱除氣后,進(jìn)行熱等靜壓中溫?zé)Y(jié)。將熱等靜壓成型的材料進(jìn)行脫模后,即得AgCuTi合金。
進(jìn)一步,冷等靜壓成型壓力為120~270MPa,時(shí)間5~60min;將冷等靜壓后的坯料進(jìn)行真空燒結(jié),燒結(jié)溫度:600℃~680℃,真空度小于5×10-3Pa,保溫時(shí)間:30min~180min,燒結(jié)后樣品的致密度為75%~85%;熱等靜壓溫度為700℃~800℃,壓力為80MPa~140MPa,保壓時(shí)間為5~90min。
熱等靜壓中溫?zé)Y(jié)后的材料經(jīng)脫模后得到的AgCuTi合金,再經(jīng)線切割成厚度為1~5mm的塊材,用酸洗去表面氧化膜。最后,將得到的AgCuTi合金在冷軋機(jī)上進(jìn)行多道次軋制,直到獲得0.08mm~0.12mm的AgCuTi箔帶釬料。
圖1、2分別給出了本發(fā)明制備的AgCuTi箔帶釬料圖、AgCuTi合金微觀組織圖。經(jīng)測(cè)定,采用本發(fā)明所制備的AgCuTi合金的致密度可達(dá)99%~99.99%,且成分均勻、晶粒尺寸細(xì)小,氧含量小于800ppm,對(duì)陶瓷/金屬,金屬/金屬材料有良好的封接性能。
本發(fā)明能有效控制AgCuTi合金脆性相種類和數(shù)量,制備的合金具有良好的力學(xué)性能,致密度為99%~99.99%。同時(shí),本發(fā)明中,合金通過多道次冷軋即可直接成形箔帶釬料,工藝簡(jiǎn)單。本發(fā)明所制備的AgCuTi箔帶釬料成分均勻,晶粒細(xì)小,氧含量低,且尺寸可控,可滿足微波裝備系統(tǒng)中關(guān)鍵組件的封接需求。經(jīng)實(shí)際測(cè)試,本發(fā)明能滿足微波裝備系統(tǒng)中關(guān)鍵組件封接的需求,已成功應(yīng)用于Al2O3陶瓷/4J33合金,鎢/鋼,石墨/Cu的封接。
附圖說明
本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明,其中:
圖1為本發(fā)明所制備的AgCuTi箔帶釬料圖。
圖2為本發(fā)明所制備的AgCuTi合金微觀組織圖。
圖3為實(shí)施例1中,4J33合金與Al2O3陶瓷連接界面微觀組織圖。
圖4為實(shí)施例2中,銅合金與石墨連接圖。
圖5為實(shí)施例3中,鎢合金與G50鋼連接界面微觀組織圖。
具體實(shí)施方式
本說明書中公開的所有特征,或公開的所有方法或過程中的步驟,除了互相排斥的特征和/或步驟以外,均可以以任何方式組合。
本說明書中公開的任一特征,除非特別敘述,均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即,除非特別敘述,每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
實(shí)施例1
1)將銀、銅、鈦單質(zhì)粉按照重量百分比69.5:27.5:3進(jìn)行配料,得到第一混合物。將第一混合物與鈦磨球、無水乙醇按1∶6∶1質(zhì)量比混合后放入不銹鋼球磨罐中進(jìn)行球磨;其中,磨球粒徑為3mm。將球磨罐密封好后,置入行星式球磨機(jī)上進(jìn)行濕法混料,料罐轉(zhuǎn)速為100r/min,時(shí)間為2h;研磨后,先用200目金屬網(wǎng)篩將鈦磨球和料漿分離,料漿經(jīng)沉淀、干燥后,得到銀銅鈦混合粉末。
2)將研磨后得到的銀銅鈦混合粉末裝入軟模后,采用冷等靜壓成型,壓力為120MPa,時(shí)間5min,制得冷壓坯。
3)將冷等靜壓后的冷壓坯進(jìn)行真空燒結(jié),燒結(jié)溫度:600℃,保溫時(shí)間:30min,燒結(jié)后樣品的致密度為75%,即得AgCuTi燒結(jié)體。
4)將預(yù)燒結(jié)后的AgCuTi燒結(jié)體樣品進(jìn)行熱等靜壓中溫?zé)Y(jié),熱等靜壓溫度為700℃,保壓時(shí)間為30min,壓力80MPa。
5)經(jīng)熱等靜壓后的材料經(jīng)脫模后,得到的銀銅鈦合金。將得到的銀銅鈦合金線切割成厚度為1~5mm的塊材,再用酸洗去表面氧化膜。該合金的致密度為99.9%,抗拉強(qiáng)度270MPa,延伸率22%。
6)對(duì)制備的銀銅鈦塊材合金進(jìn)行多道次冷軋,道次壓下量10%,直接成形厚度為0.12mm的箔帶。
7)對(duì)所制備銀銅鈦箔帶釬料加壓真空釬焊4J33合金與Al2O3陶瓷,接頭剪切強(qiáng)度98MPa。
圖3給出了本實(shí)施例中,4J33合金與Al2O3陶瓷連接界面微觀組織圖。
實(shí)施例2
1)將銀、銅、鈦單質(zhì)粉按照重量百分比30.5:65.5:4進(jìn)行配料配料,得到第一混合物。將第一混合物與鈦磨球、無水乙醇按2∶8∶2質(zhì)量比混合后放入不銹鋼球磨罐中進(jìn)行球磨;其中,磨球粒徑為5mm。將球磨罐密封好后,置入行星式球磨機(jī)上進(jìn)行濕法混料,料罐轉(zhuǎn)速為200r/min,時(shí)間為8h;研磨后,先用200目金屬網(wǎng)篩將鈦磨球和料漿分離,料漿經(jīng)沉淀、干燥后,得到銀銅鈦混合粉末。
2)將研磨后得到的銀銅鈦合金混合粉末裝入軟模后,采用冷等靜壓成型,壓力為180MPa,時(shí)間10min,制得冷壓坯。
3)將冷等靜壓后的冷壓坯進(jìn)行真空燒結(jié),燒結(jié)溫度:650℃,保溫時(shí)間:120min,燒結(jié)后樣品的致密度為78%,即得AgCuTi燒結(jié)體。
4)將真空燒結(jié)后的AgCuTi燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓中溫?zé)Y(jié),熱等靜壓溫度為750℃,保壓時(shí)間為60min,壓力120MPa。
5)經(jīng)熱等靜壓后的材料經(jīng)脫模后得到的銀銅鈦合金。將得到的銀銅鈦合金線切割成厚度為1~5mm的塊材,再用酸洗去表面氧化膜。該合金的致密度為99.9%,抗拉強(qiáng)度350MPa,延伸率20%。
6)對(duì)制備的銀銅鈦塊材合金進(jìn)行多道次冷軋,道次壓下量5%,直接成形厚度為0.1mm的箔帶。
7)對(duì)所制備銀銅鈦箔帶釬料加壓真空釬焊銅合金與石墨,接頭剪切強(qiáng)度16.5MPa。
圖4為實(shí)施例2中,銅合金與石墨連接圖。
實(shí)施例3
1)將銀、銅、鈦單質(zhì)粉按照重量百分比70.5:26:3.5進(jìn)行配料,得到第一混合物。將第一混合物與鈦磨球、無水乙醇按2∶10∶4質(zhì)量比混合后放入不銹鋼球磨罐中進(jìn)行球磨;其中,磨球粒徑為8mm。將球磨罐密封好后,置入行星式球磨機(jī)上進(jìn)行濕法混料,料罐轉(zhuǎn)速為300r/min,時(shí)間為10h;研磨后,先用200目金屬網(wǎng)篩將鈦磨球和料漿分離,料漿經(jīng)沉淀、干燥后,得到銀銅鈦混合粉末。
2)將步驟一研磨后得到的鈦合金混合粉末裝入軟模后,采用冷等靜壓成型,壓力為270MPa,時(shí)間60min,制得冷壓坯。
3)將冷等靜壓后的冷壓坯進(jìn)行真空預(yù)燒結(jié),燒結(jié)溫度:680℃,保溫時(shí)間:180min,燒結(jié)后樣品的致密度為85%,即得AgCuTi燒結(jié)體。
4)將真空燒結(jié)后的AgCuTi燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓中溫?zé)Y(jié),熱等靜壓溫度為800℃,保壓時(shí)間為60min,壓力140MPa
5)經(jīng)熱等靜壓后的材料經(jīng)脫模后,得到的銀銅鈦合金。將得到的銀銅鈦合金線切割成厚度為1~5mm的塊材,再用酸洗去表面氧化膜。該合金的致密度為99.99%,強(qiáng)度285MPa,延伸率21.5%。
6)對(duì)制備的銀銅鈦塊材合金進(jìn)行多道次冷軋,道次壓下量20%,直接成形厚度為0.08mm的箔帶。
7)對(duì)所制備銀銅鈦箔帶釬料加壓真空釬焊鎢合金與G50鋼,接頭抗拉強(qiáng)度430MPa。
圖5給出了本實(shí)施例中,鎢合金與G50鋼連接界面微觀組織圖。
本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合,以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。