镍和钇对铜磷钎料组织及性能的影响

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铜磷钎料被认为是在500℃~800℃区间最有希望取代银钎料的合金,是当前应用最广泛的硬钎料之一,但是目前铜磷钎料具有难加工(塑性差),成本较高(综合性能好的一般含有银,加工成本高),抗氧化性差和基础资料较少等特点,因此研发新型铜磷钎料一直是钎焊领域关注的热点。  本文采用差热分析法、X射线衍射、光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、润湿性试验、布氏硬度试验、显微硬度试验、拉伸试验和断口形貌分析等分析检测手段,研究了镍、钇的质量分数对铜磷钎料合金及其钎焊接头组织和性能的影响,并分析其变化规律和影响机理,最终优化得到一种新型综合性能优异的铜磷钎料。  结果表明,当在铜磷钎料合金中单独添加镍元素时,对铜磷钎料及焊接接头焊缝的组织及性能有显著影响:镍元素主要改变的是层片状(α-Cu+Cu3P)共晶组织的形貌和尺度,并细化α-Cu树枝晶;含量过多时,将生成脆性相Ni3P、Ni5P2,且共晶组织粗化;当镍元素含量在0.5wt.%~2.0wt.%时,铜磷钎料铸态合金具有均匀的微观组织、熔化特性和润湿性达到最优;当镍含量为2.0wt.%时,伸长率最大;当镍含量为0.5wt.%时,铸态合金以及焊接接头的综合性能最佳。  在铜磷钎料合金中单独添加钇元素,对铜磷钎料及焊接接头焊缝的组织及性能产生显著的影响:明显的细化α-Cu树枝晶,对层片状(α-Cu+Cu3P)共晶组织有一定的细化作用,当钇含量为0.2wt.%时,共晶组织细小,α-Cu片层边缘圆润,钇含量过多时,残留在金属液中渣相也增多,合金的综合性能下降;当钇元素含量在0.2wt.%~0.8wt.%时,铜磷钎料铸态合金具有均匀细小的微观组织,润湿性最优;当钇含量为0.2wt.%时,伸长率最大;当钇含量为0.2wt.%时,铸态合金以及焊接接头的综合性能最佳。  向铜磷钎料合金中复合添加钇和镍时,铜磷钎料及焊接接头焊缝的组织中的α-Cu树枝晶和(α-Cu+Cu3P)共晶组织均产生显著的影响,但是含量过多时,镍和钇会生成高温脆性相,且晶粒粗大,使合金的综合性能下降;当 Ni含量为0.5wt.%、Y含量为0.2wt.%时,铸态合金以及焊接接头的综合性能优于两种元素单独添加,达到最佳。  综上所述,铜磷钎料的焊接接头性能优劣内因主要有:(α-Cu+Cu3P)共晶组织形貌及尺度、钎料熔化特性、一些金属间化合物及合金相的种类及分布状况等。在铜磷钎料中单独添加镍元素,最适范围为0.5wt.%~2.0wt.%;在铜磷钎料中单独添加钇元素,钇含量不宜高于0.2wt.%;优化后得到的铜磷钎料合金成分(wt.%)分别为:Ni0.5、Y0.2、P6.5、Cu92.8。
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