銅基八元合金粉末釬料的研制

銅基八元合金粉末釬料的研制

0不銹鋼焊接帶材的制備大多數(shù)不銹鋼氧化材料包括低溫硫基軟氧化材料和中高溫硬氧化材料，后者在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛使用。不銹鋼中高溫釬料包括銀基、金基、鎳基、錳基和銅基釬料等。我國銅基釬料國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T6418-93)中包含有Cu、CuZn、CuP系合金釬料。為了進(jìn)一步提高不銹鋼釬焊的耐熱性,先后發(fā)展了CuNiSiB,CuNiMnCoSiB,CuMnCo和CuMnNi等釬料。貴研鉑業(yè)股份有限公司經(jīng)過對國外銅基不銹鋼釬料[BCu35NiMnCoFeSi(B、P)]的分析研究,成功實(shí)現(xiàn)了該合金箔帶材和粉末釬料批量生產(chǎn),解決了釬料加工困難的技術(shù)問題。該釬料具有較高的高溫強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度,高溫耐蝕性好,釬焊性能優(yōu)良。用該釬料釬焊的不銹鋼接頭能滿足400～600℃的使用要求。該釬料含有Mn、B、P易氧化元素,在釬料制備中容易氧化。本文對比研究了惰性氣體保護(hù)氣霧化法和真空機(jī)械破碎法制備粉末釬料技術(shù)工藝。制備出低氧含量的(氧含量<0.1wt%)的粉末釬料。同時(shí)研究了不銹鋼釬焊接頭的力學(xué)性能和釬料填隙性。1實(shí)驗(yàn)部分1.1硼鐵、磷鐵的加入釬料合金按表1的設(shè)計(jì)要求配制,原料分別有:電解銅、電解鎳、電解錳、電解鈷、高純鐵、高純硅,硼和磷分別以硼鐵、磷銅中間合金加入。分別采用二種制粉方法:(1)真空熔煉,自制惰性氣體保護(hù)熔體氣霧化設(shè)備制粉;(2)真空熔煉成錠,自制真空機(jī)械破碎粉末設(shè)備制粉。粉末過-100目篩。1.2焊接接頭強(qiáng)度試驗(yàn)采用化學(xué)分析方法分析BCu35NiMnCoFeSi(B、P)銅基八元合金粉末釬料的化學(xué)成分和雜質(zhì);ELTRAON900氧氮分析儀分析粉末的氧含量;FM250拉力試驗(yàn)機(jī)測試釬焊接頭剪切強(qiáng)度;按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB11364-89《釬料鋪展性及填隙性試驗(yàn)方法》試驗(yàn)了釬料對T形接頭的填隙性,填隙性試驗(yàn)如圖1所示;金相法分析T型釬焊接頭金相組織。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1粉末焊接的制備分別采用惰性氣體保護(hù)熔體氣霧化法和真空機(jī)械破碎法制備的銅基八元合金粉末釬料的主成分和雜質(zhì)分析結(jié)果如表2和表3所示。根據(jù)表2分析結(jié)果,惰性氣體熔體氣霧化法制備的銅基八元合金粉末的主成分和雜質(zhì)元素中C、S含量達(dá)到了BCu35NiMnCoFeSi(B、P)釬料設(shè)計(jì)要求,但氧含量>0.1wt%,超過了指標(biāo)要求。表3中編號(hào)1是采用真空熔煉法制備的合金鑄錠的取樣分析結(jié)果,編號(hào)2和3是在真空熔煉成錠后再用真空機(jī)械破碎法將其制備成粉末釬料取樣成分分析的結(jié)果。結(jié)果表明:真空熔煉鑄錠合金的成分和真空機(jī)械破碎粉末的主成分和雜質(zhì)成分都在允許范圍內(nèi)。表3還表明,經(jīng)過粉末制備后材料的雜質(zhì)元素C、S成分基本沒發(fā)生變化,而氧含量則由原來的0.006wt%提高到0.056wt%,但仍<0.1wt%?？梢?采用真空機(jī)械破碎法制備的銅基八元合金粉末釬料的主成分、氧含量和雜質(zhì)含量均全部達(dá)到BCu35NiMnCoFeSi(B、P)釬料成分要求,該方法制備的銅基粉末釬料的氧含量較熔體氣霧化法低。2.2制粉時(shí)間對粉末焊接特性的影響雖然采用真空機(jī)械破碎法制備銅基八元合金粉末釬料的成分和雜質(zhì)含量合格,但研究發(fā)現(xiàn)在添加一定重量原料條件下,制粉時(shí)間對粉末釬料出粉率、含氧量以及Fe含量有較大影響(圖2、3,表4)。圖2表明,在0～5min范圍內(nèi)粉末釬料出粉率逐漸增大,制粉時(shí)間為5min時(shí)出粉率達(dá)到最大(83%);制粉時(shí)間>5min后出粉率隨制粉時(shí)間的增加逐漸降低。其主要原因是,制粉時(shí)間過長后成形的粉末釬料在高速破碎過程中發(fā)生粘結(jié),形成新的較大顆粒,導(dǎo)致出粉率降低。銅基粉末釬料鐵含量要求范圍為0.8wt%～1.6wt%。從圖3可以看出,粉末釬料中Fe含量隨制粉時(shí)間的增加明顯升高,制粉時(shí)間在5min內(nèi)變化不是很明顯,但在5～10min范圍內(nèi)鐵含量增加明顯,鐵的來源主要為制粉容器磨損而致。從表4可見,采用真空機(jī)械破碎法制備的粉末釬料的氧含量在制粉時(shí)間0～10min范圍內(nèi)均達(dá)到使用要求,與熔體氣霧化法相比其氧含量有了明顯降低。制粉時(shí)間為10min時(shí)粉末釬料的氧含量低于更短制粉時(shí)間的氧含量,這與原始鑄錠氧含量較低有關(guān)。2.3粉末形狀和粒度的影響熔體氣霧化法制備的粉末形態(tài)基本為球形(圖4),球形粉末有優(yōu)良的涂敷性和均勻性,具有較好的工藝使用性能。2.4銅基地層焊接接頭金相分析將1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Si4AlTi、1Cr11Ni2-W2MoV、0Cr15Ni5Cu2Ti四種不銹鋼母材制成70mm長的“T”型接頭試樣,試樣一端間隙為零,另一端間隙為0.5mm,在零間隙端放置成分和雜質(zhì)均合格的21g的BCu35NiMnCoFeSi(B、P)銅基八元合金粉末釬料,釬焊試驗(yàn)條件為:1050℃/10min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,釬焊后釬料均填滿四種不銹鋼母材接頭間隙,焊縫飽滿填隙性優(yōu)異。為了進(jìn)一步證實(shí)銅基粉末釬料對不銹鋼母材的潤濕、填充情況,從釬焊后“T”型接頭的間隙端每隔15mm取樣進(jìn)行金相分析(圖7)。依次從圖7A、B、C、D觀察,“T”型接頭間隙逐漸增大,粉末釬料對不銹鋼母材潤濕優(yōu)良,4個(gè)不等間隙部位均填充飽滿、致密,并形成較好的焊角,說明釬料對不銹鋼具有很好的潤濕性和填隙性。2.5氧含量對焊接接頭力學(xué)性能的影響研究了不同氧含量銅基粉末釬料釬焊3種不銹鋼母材的力學(xué)性能。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。從表5結(jié)果可見,粉末釬料的氧含量對3種母材釬焊接頭的力學(xué)性能均有一定程度影響,氧含量達(dá)標(biāo)的粉末釬料釬焊的接頭剪切強(qiáng)度明顯高于氧含量超標(biāo)的粉末釬料;由于釬焊的母材不同,BCu35NiMnCoFeSi(B、P)粉末釬料釬焊接頭的剪切強(qiáng)度差異也較大。3銅基八元合金粉末焊接效果(1)采用惰性氣體熔體氣霧化法制備的BCu35NiMnCoFeSi(B、P)銅基八元合金粉末釬料的成分、雜質(zhì)均達(dá)到了銅基八元合金粉末釬料設(shè)計(jì)規(guī)范要求,但氧含量超標(biāo)。(2)采用真空機(jī)械破碎法研制的BCu35-NiMnCoFeSi(B、P)銅基八元合金粉末釬料的成分、氧含量及雜質(zhì)均達(dá)到了銅基八元合金粉末釬料指標(biāo)要求,粉末形狀呈準(zhǔn)球形,具有較好的使用工藝性能。(3)真空機(jī)械破碎法制備的BCu35NiMnCo-FeSi(B、P)銅基八元合金粉末釬料潤濕性、填隙性能優(yōu)異,釬焊接頭填充飽滿、組織致密、力學(xué)性能優(yōu)良?？蓪?shí)用于釬焊多種不銹鋼母材。圖5、6所示真空機(jī)械破碎法制備的粉