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銀(Ag)基釬料通常是以銀或銀基固溶體為主的硬釬焊材料,這類釬料具有優異的工藝性能,例如良好的潤濕性、電導性和導熱性、耐腐蝕性及良好的填縫能力,可用來釬焊除鋁、鎂及其它低熔點金屬外的幾乎所有黑色金屬和有色金屬,因而得到廣氾的應用。
一、銀基釬料的分類及應用
銀基釬料主要根據其合金成分進行分類,最常見的類型包括純銀釬料、銀銅釬料、銀銅鈦釬料、銀銅鋅釬料、銀銅鋅鎳釬料和銀銅磷釬料。每種釬料都具有獨特的性能,使其適用於不同的應用,以下是一些常用的銀基釬料及其特性和應用: 01
純銀釬料
純銀釬料完全由銀組成,熔點為961.8℃,它具有出色的導電性和導熱性,是需要最小電阻和高熱傳遞應用的理想選擇。釬料還具有出色的潤濕性,可確保連接材料之間牢固的結合。
應用:在電子電器行業,因其具有高導電性,用於連接電子觸點、連接器和端子;在珠寶和貴金屬加工行業,用於珠寶製造、修復和銀器的製造;在醫療器械行業,適用於耐腐蝕性和清潔度至關重要的製造設備;在食品加工行業,用於食品加工設備的製造與維修。
02
銀銅釬料
銀銅釬料是由銀(Ag)和銅(Cu)組成的二元合金,通常比例為72/28或80/20,這種釬料的釬焊溫度約為820℃-870℃。銅的存在提高了釬料的機械強度和韌性,同時保持了良好的潤濕性和導電性。銀銅28是一種共晶合金,具有極好的流動性和出色的潤濕性和擴散性,是真空和受控氣氛釬焊中使用最廣氾且 成本效益的銀釬焊合金之一,非常適合連接銅、碳鋼、Kovar、鎳基合金和金屬化陶瓷。
應用:銀銅釬料廣氾用於需要高強度的應用中,材料的堅固性使其適用於受到機械應力或熱循環影響的組件,如汽車零部件、制冷系統和高溫金屬結構等。
03
銀銅鈦釬料
AgCuTi是銀基含有銅和鈦的三元活性釬料合金,具有適宜的固/液相線溫度、優良的濕潤性及較高的釬焊結頭強度等性能,是連接金屬與眾多陶瓷及碳材料的理想釬料,解決了很多傳統釬焊的難題。
應用:AgCuTi活性釬料是常用的AMB活性釬料之一,能潤濕氧化物、碳化物、氮化物和碳基體,在IGBT上應用廣氾;AgCuTi釬料的導電及導熱特性使其能夠有效地承受電氣設備中的高電流和高溫,廣氾用於暖通空調和制冷系統的焊接材料;其耐磨及抗腐蝕性能高可以用於釬焊航空航天和工業渦輪發動機的噴嘴、發動機傳感器組件和新型渦輪葉片系統。 04
銀銅鋅釬料
AgCuZn釬料具有良好的導電性、熱導率、熔點低 、強度高、耐腐蝕的特性。在銀基釬料中加入Zn元素,可顯著降低AgCuZn釬料的熔化溫度,縮小釬料熔化溫度區間,降低釬料粘度,提高釬料流動性,提高材料的釬焊性能。
應用:AgCuZn釬料無毒無害,作為一類綠色環保型硬釬料,廣氾用於電子、制冷、盾構裝備、眼鏡等製造業,用於焊接各種鋼材、高溫鎳基合金、銅基合金等材料。
05
銀銅鋅鎳釬料
Ag-Cu-Zn-Ni典型的成分為40/30/28/2。鎳金屬元素的加入,可以提高合金釬料的熔點,並可以增強釬料的濕潤性,在晶界形成合金並可提高接頭的強度。同時,鎳元素也可以提高釬料的耐腐蝕性、抗氧化性和機械性能,尤其是韌性。
應用:Ag-Cu-Zn-Ni釬料具有更寬的熔化範圍和略高的熔化溫度,它特別適用於經歷高溫、高壓和腐蝕性條件的環境,常用於釬焊銅、黃銅、鋼、鎳合金、不鏽鋼和碳化鎢與鋼和工具鋼。廣氾用於需要高可靠性和耐用性的航空航天領域、化學加工設備和精密儀器和需要高生物相容性和強度的醫療設備。
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銀銅磷釬料
AgCuP釬料中的磷元素有助于提高釬料的自助焊劑能力,從而消除了在釬焊過程中對額外助焊劑的需求,釬料的流動性及濕潤性良好,專用於釬焊銅和銅合金。
應用:AgCuP釬料是連接銅和銅合金的理想選擇,其在暖通空調行業中非常受歡迎,通常用於HVAC/R(供暖、通風、空調和制冷)行業,連接制冷系統、熱交換器和空調裝置中的銅管和組件;在汽車領域,用於焊接燃油管路和傳動部件;低熔點和自熔特性也使其適用於管道應用和其他銅基連接。
二、銀基釬料的研究進展及方向
隨着現代製造業對 連接材料的需求不斷增長,銀基釬料已成為廣氾研究的主題。主要關注領域包括開發低熔點焊料、環保焊料、高強度焊料等,以提高釬料性能。
1、低熔點銀基釬料
電子設備的小型化和複雜性推動了對低溫焊接工藝的需求,研究人員通過在銀合金中添加錫(Sn)、銦(In)和鉍(Bi)等元素,開發了低熔點銀基釬料。這些釬料的熔點低至450℃-500℃,同時保持理想的機械和熱性能,較低的加工溫度還可以 限度地降低損坏敏感元件的風險,在電子封裝和微電子領域應用廣氾。
2、環保型銀基釬料
傳統的銀基焊料通常含有鉛(Pb)和鎘(Cd)等其他有毒元素,對環境和健康具有危害。經研究人員實驗表明可使用無毒元素(如鋅(Zn)、錫(Sn) 或鉍(Bi))代替,例如Ag-Sn-Zn釬料熔點低、機械性能好,而且不含有害物質,應用於消費電子產品,符合RoHS(有害物質限制)標準。
3、高強度銀基釬料
高強度釬料在接頭受到機械應力或熱循環的應用中至關重要。研究表明,添加鎳(Ni)、鈦(Ti)和錳(Mn)等元素可以顯著提高焊點的強度和韌性。如Ag-Cu-Zn-Ni釬料其機械性能強,適用於航空航天和汽車領域的高應力環境。鎳的添加不僅可以增強合金的強度,還可以提高其耐腐蝕性和抗氧化性,從而延長合金在惡劣條件下的使用壽命。
結 語 釬料的性能主要與其成分和制備工藝有關,可以通過優化調整合金成分和新的制備工藝兩方面相結合的方式來提升釬料性能。雖然我國銀基釬料研究的發展極為迅速,但與國際 研究水平相比還有一定差距,面對複雜的應用場景,我們仍需加大研究力度。隨着科學技術的進步和材料科學的發展,希望越來越多 的技術方法被研發和更新,開發出性能更優的材料。
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