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银基钎料的发展及应用

发布日期 2024-12-02
银(Ag)基钎料通常是以银或银基固溶体为主的硬钎焊材料,这类钎料具有优异的工艺性能,例如良好的润湿性、电导性和导热性、耐腐蚀性及良好的填缝能力,可用来钎焊除铝、镁及其它低熔点金属外的几乎所有黑色金属和有色金属,因而得到广泛的应用。


一、银基钎料的分类及应用

银基钎料主要根据其合金成分进行分类,最常见的类型包括纯银钎料、银铜钎料、银铜钛钎料、银铜锌钎料、银铜锌镍钎料和银铜磷钎料。每种钎料都具有独特的性能,使其适用于不同的应用,以下是一些常用的银基钎料及其特性和应用:
01

纯银钎料

纯银钎料完全由银组成,熔点为961.8℃,它具有出色的导电性和导热性,是需要最小电阻和高热传递应用的理想选择。钎料还具有出色的润湿性,可确保连接材料之间牢固的结合。

应用:在电子电器行业,因其具有高导电性,用于连接电子触点、连接器和端子;在珠宝和贵金属加工行业,用于珠宝制造、修复和银器的制造;在医疗器械行业,适用于耐腐蚀性和清洁度至关重要的制造设备;在食品加工行业,用于食品加工设备的制造与维修。

02

银铜钎料

银铜钎料是由银(Ag)和铜(Cu)组成的二元合金,通常比例为72/28或80/20,这种钎料的钎焊温度约为820℃-870℃。铜的存在提高了钎料的机械强度和韧性,同时保持了良好的润湿性和导电性。银铜28是一种共晶合金,具有极好的流动性和出色的润湿性和扩散性,是真空和受控气氛钎焊中使用最广泛且 成本效益的银钎焊合金之一,非常适合连接铜、碳钢、Kovar、镍基合金和金属化陶瓷。

应用:银铜钎料广泛用于需要高强度的应用中,材料的坚固性使其适用于受到机械应力或热循环影响的组件,如汽车零部件、制冷系统和高温金属结构等。

03

银铜钛钎料

AgCuTi是银基含有铜和钛的三元活性钎料合金,具有适宜的固/液相线温度、优良的湿润性及较高的钎焊结头强度等性能,是连接金属与众多陶瓷及碳材料的理想钎料,解决了很多传统钎焊的难题。

应用:AgCuTi活性钎料是常用的AMB活性钎料之一,能润湿氧化物、碳化物、氮化物和碳基体,在IGBT上应用广泛;AgCuTi钎料的导电及导热特性使其能够有效地承受电气设备中的高电流和高温,广泛用于暖通空调和制冷系统的焊接材料;其耐磨及抗腐蚀性能高可以用于钎焊航空航天和工业涡轮发动机的喷嘴、发动机传感器组件和新型涡轮叶片系统。
04

银铜锌钎料

AgCuZn钎料具有良好的导电性、热导率、熔点低 、强度高、耐腐蚀的特性。在银基钎料中加入Zn元素,可显著降低AgCuZn钎料的熔化温度,缩小钎料熔化温度区间,降低钎料粘度,提高钎料流动性,提高材料的钎焊性能。

应用:AgCuZn钎料无毒无害,作为一类绿色环保型硬钎料,广泛用于电子、制冷、盾构装备、眼镜等制造业,用于焊接各种钢材、高温镍基合金、铜基合金等材料。

05

银铜锌镍钎料

Ag-Cu-Zn-Ni典型的成分为40/30/28/2。镍金属元素的加入,可以提高合金钎料的熔点,并可以增强钎料的湿润性,在晶界形成合金并可提高接头的强度。同时,镍元素也可以提高钎料的耐腐蚀性、抗氧化性和机械性能,尤其是韧性。

应用:Ag-Cu-Zn-Ni钎料具有更宽的熔化范围和略高的熔化温度,它特别适用于经历高温、高压和腐蚀性条件的环境,常用于钎焊铜、黄铜、钢、镍合金、不锈钢和碳化钨与钢和工具钢。广泛用于需要高可靠性和耐用性的航空航天领域、化学加工设备和精密仪器和需要高生物相容性和强度的医疗设备。

06

银铜磷钎料

AgCuP钎料中的磷元素有助于提高钎料的自助焊剂能力,从而消除了在钎焊过程中对额外助焊剂的需求,钎料的流动性及湿润性良好,专用于钎焊铜和铜合金。

应用:AgCuP钎料是连接铜和铜合金的理想选择,其在暖通空调行业中非常受欢迎,通常用于HVAC/R(供暖、通风、空调和制冷)行业,连接制冷系统、热交换器和空调装置中的铜管和组件;在汽车领域,用于焊接燃油管路和传动部件;低熔点和自熔特性也使其适用于管道应用和其他铜基连接。


二、银基钎料的研究进展及方向


随着现代制造业对 连接材料的需求不断增长,银基钎料已成为广泛研究的主题。主要关注领域包括开发低熔点焊料、环保焊料、高强度焊料等,以提高钎料性能。

1、低熔点银基钎料

电子设备的小型化和复杂性推动了对低温焊接工艺的需求,研究人员通过在银合金中添加锡(Sn)、铟(In)和铋(Bi)等元素,开发了低熔点银基钎料。这些钎料的熔点低至450℃-500℃,同时保持理想的机械和热性能,较低的加工温度还可以 限度地降低损坏敏感元件的风险,在电子封装和微电子领域应用广泛。

2、环保型银基钎料

传统的银基焊料通常含有铅(Pb)和镉(Cd)等其他有毒元素,对环境和健康具有危害。经研究人员实验表明可使用无毒元素(如锌(Zn)、锡(Sn) 或铋(Bi))代替,例如Ag-Sn-Zn钎料熔点低、机械性能好,而且不含有害物质,应用于消费电子产品,符合RoHS(有害物质限制)标准。

3、高强度银基钎料

高强度钎料在接头受到机械应力或热循环的应用中至关重要。研究表明,添加镍(Ni)、钛(Ti)和锰(Mn)等元素可以显著提高焊点的强度和韧性。如Ag-Cu-Zn-Ni钎料其机械性能强,适用于航空航天和汽车领域的高应力环境。镍的添加不仅可以增强合金的强度,还可以提高其耐腐蚀性和抗氧化性,从而延长合金在恶劣条件下的使用寿命。


结 语
钎料的性能主要与其成分和制备工艺有关,可以通过优化调整合金成分和新的制备工艺两方面相结合的方式来提升钎料性能。虽然我国银基钎料研究的发展极为迅速,但与国际 研究水平相比还有一定差距,面对复杂的应用场景,我们仍需加大研究力度。随着科学技术的进步和材料科学的发展,希望越来越多 的技术方法被研发和更新,开发出性能更优的材料。






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