Y元素对铜磷钎料组织性能的影响

潘继民 张亚荣/郑州大学材料科学与工程学院

Y元素对铜磷钎料组织性能的影响

潘继民 张亚荣/郑州大学材料科学与工程学院

在铜磷钎料中添加合金元素，改善其组织和性能，从而可在生产中部分替代含银钎料。本文通过在铜磷钎料中单独添加Y元素，使得钎料的铸态组织得以细化，钎料的力学性能和润湿性都有所改善，其钎焊接头质量也得以提高。

铜磷钎料；Y；组织性能

铜磷钎料是目前应用较广泛的硬钎料[1～3]，主要用来钎焊铜及铜合金、银、钼等金属。在制冷、电机、电力、汽车等行业用量很大，年消耗量达数千吨之多[4]。通过向铜磷钎料中单独添加Sn、Si、Zr、Ni、B、Ti等元素或复合添加这些元素，来改善其组织和性能，使其能够接近或达到含银钎料的性能，从而在生产中能够部分替代含银钎料，以降低生产成本，提高经济效益。本文选择添加Y元素的方法来研究其对铜磷钎料及其钎焊接头组织和性能的影响，以达到提高钎焊接头质量的目的。

1.试验方法及内容

在铜磷基础钎料中添加不同含量的Y元素，熔炼好的钎料分别进行如下试验：

（1）组织观察和成分分析：SEM显微组织分析在日本电子株式会社产的JSM-7500F型扫描电镜上进行；EDS成分分析在牛津仪器有限公司产的INCA-PentaFET-X3型能谱仪上进行。

（2）润湿性试验：钎料的润湿性试验参照国家标准GB/T 11364—2008中规定进行[5]。如图1所示，润湿性能测定试验选用规格为40mm×40mm×2mm紫铜板做为基材。

图1 钎料与基板位置关系

（3）机械性能试验：铜磷钎料合金强度及伸长率试验参照国家标准GB/T 228.1—2010中规定进行[6]。

2.试验结果及讨论

不同Y含量铜磷钎料的铸态显微组织、线扫描、面扫描试验结果如图2所示。图中可知，Y可以细化铜磷钎料铸态显微组织中的α-Cu树枝晶，改善层片状（α-Cu+Cu3P）共晶组织中α-Cu片层形貌[7]。

图2 铜磷钎料铸态显微组织、线扫描、面扫描

由试验结果可知，当Y含量为0.2 wt%时，铜磷钎料铸态合金组织中的α-Cu树枝晶明显得到了细化，树枝晶数量增加，一次枝晶间距、二次枝晶间距显著减小。因此，添加适量的Y可以细化铜磷钎料组织中α-Cu树枝晶，轻微改善层片状共晶组织的形貌，增强合金组织的均匀性。试验还发现，随着Y含量的增加，钎料的铺展面积增大，强度及伸长率都有所提高。

3.结论

在铜磷钎料合金中单独添加Y元素，对铜磷钎料及其钎焊焊缝的组织和性能可产生较显著的影响，明显地细化α-Cu树枝晶，对层片状（α-Cu+Cu3P）共晶组织也有一定的细化作用，钎料强度和伸长率有所提高，润湿性得以改善。

[1]黄杰，薛松柏，王博．合金元素对Cu-P系钎料性能影响的研究现状[J]．焊接，2014（11）：14～19.

[2]姜锋，刘辉，文康，等．复合添加La，Ce和Si对铜磷钎料润湿性和焊缝微观组织的影响[J]．热加工工艺，2013，42（11）：202～205.

[3]张启运，庄鸿寿等．钎焊手册（第2版）[M]．北京：机械工业出版社，2008.

[4]李宏磊，娄花芬，马可定．铜加工生产技术问答[M]．冶金工业出版社，2008.

[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB/T 11364—2008钎料润湿性试验方法[S]．北京：中国标准出版社，2008.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB/T 228．1—2010 金属材料 拉伸试验 第1部分[S]．北京：中国标准出版社，2008.

[7]唐定骧．稀土金属材料[M]．冶金工业出版社，2011.