【摘 要】
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铜磷钎料具有优异的焊接性能,在航空、航天、汽车、化工、机械、电子和家电等军用、民用工业中得到广泛应用。铜磷钎料的制造过程均为热加工过程,在热挤压酸洗后,铜磷丝材表面易出现色差现象。针对该现象,本文以BCu93P铜磷丝材为对象展开研究。首先对钎料挤压成丝前熔铸、挤压的关键工艺参数进行统计分析,并对原始铸锭和挤压态丝材内部微观组织进行SEM和EDS分析。设计温度梯度为50℃(400℃、450℃、500
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铜磷钎料具有优异的焊接性能,在航空、航天、汽车、化工、机械、电子和家电等军用、民用工业中得到广泛应用。铜磷钎料的制造过程均为热加工过程,在热挤压酸洗后,铜磷丝材表面易出现色差现象。针对该现象,本文以BCu93P铜磷丝材为对象展开研究。首先对钎料挤压成丝前熔铸、挤压的关键工艺参数进行统计分析,并对原始铸锭和挤压态丝材内部微观组织进行SEM和EDS分析。设计温度梯度为50℃(400℃、450℃、500℃、550℃、600℃)、时间为20s的高温氧化实验,将氧化后的钎料进行酸洗和钝化。对高温氧化后和酸洗后丝材表面的成分和组织进行SEM、EDS、XPS分析。设计温度梯度为50℃、湿度梯度为20%(0、20%、40%、60%、80%)的湿热氧化实验,通过钎料热重增重曲线,分析不同温度、湿度下,钎料表面的氧化行为。并根据实验结果,对现有工艺提出改进方案,效果良好。研究结果如下:(1)铸锭和丝材内部组织成分对钎料表面色差现象无影响。BCu93P钎料的原始铸锭微观组织沿中心至边缘,逐渐细化,且存在枝晶偏析现象。铸锭内部主要由枝晶Cu相和共晶(Cu+Cu3P)相组成。铸锭在模具中的水冷时间对铸锭成分和微观组织形态无明显影响。此外,挤压态丝材内部物相与原始铸锭的内部物相相同,且挤压态丝材边缘区域的组织较中心更加均匀细小,其原因包括:一是热挤压前料锭预热,钎料内部组织再结晶形成等轴晶;二是热挤压过程中,丝材边缘区域受外界压力而导致Cu3P相破碎,从而与Cu相重组使得钎料组织相对细小。(2)温度是影响钎料表面出现色差的关键工艺参数。温度高于600℃时,酸洗后丝材表面呈现红色;温度低于600℃时,酸洗后丝材表面呈现钢灰色。Cu元素的价态及其含量是导致丝材表面出现色差的直接原因。红色丝材表面Cu含量为68%,Cu2+含量为11%,钢灰色丝材表面Cu含量为37%,Cu2+含量为33%。这是因为温度高于600℃时,钎料表面主要生成Cu2O,酸洗后表面有Cu附着于钎料基体,呈红色;温度低于600℃时,钎料表面主要生成CuO,酸洗后表面附着Cu较少,且由于Cu的氧化消耗,P的相对含量升高,形成新相CuP2,呈钢灰色。(3)湿度使钎料表面开始发生氧化的温度降低。湿度为0时,钎料在约420℃开始发生氧化增重;湿度大于20%时,该温度降低至300℃左右;湿度从20%增加至80%,钎料发生氧化增重的温度不再明显降低。这是因为环境中的水分会在钎料表面吸附,空气中的酸性气体溶解在水中形成电解液,钎料表面各点因成分不均产生电位差,就形成微型电池,为钎料表面化学反应提供驱动力,进而降低了钎料表面氧化温度。(4)通过上述实验分析,提出了工艺改进方案并验证。通过提升挤压压力、增大模座通风量,钎料表面变色现象明显改善。挤压压力增大,能保证丝材挤出温度超过600℃;增大模座通风量,能保证钎料表面生成更多Cu2O。工艺改进后,丝材变色频率从42%降低至8%。
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