一种基于铜铁合金的放热焊剂的制作方法

1.本发明涉及焊接技术领域，特别是一种基于铜铁合金的放热焊剂。


背景技术：

2.通常金属焊接都需要外接电源或者可燃气体进行电焊或气焊，但对于高空野外等携带操作都十分很不方便。放热焊接技术因具备设备简单、投资少，焊接作业快，不需要大功率电源，操作简单而被广泛推广。
3.放热焊接的原理是放热焊剂被引燃后，利用铝与氧化铜的化学反应，在耐高温的石墨模具内利用高温使活性较强的铝将氧化铜还原，通过模具内产生超高热铜液熔融金属导体，利用一定形状、尺寸的模具型腔来完成熔接接头的现代焊接工艺，通常亦称放热熔焊、火泥熔接等。其能够完成各种导线间不同方式的连接，如直通型、丁字型、十字型等，还可以完成不同材质焊接接，如普通铁、铜、镀锌钢、镀铜钢、不锈钢等之间的连接。放热焊接的焊接质量取决于热熔焊料和相应的引燃剂的化学组成。
4.对比文件1专利号为cn101745756a的发明专利公开了一种适用于铜导体焊接的新型分子级环保放热剂，含铝粉和氧化铜，其特征在于：它是由下述原料按重量份数比制备而成：氧化率50-60％、40目-80目的氧化铜50-75份，60 目-80目的铝粉10-20份，100-200目氧化铝0.5-2份，200-400目氟化钙0.5-2 份，200-400目石墨粉2-4份。
5.对比文件2专利号为cn103170759a的发明专利公开了一种铝焊粉，其特征在于：其中的成分及质量百分比为：氧化铜17-19％，五氧化二钒12-14％，二氧化锡13-15％，硫酸锂1-2％，硼粉3-4％，氟化钙2.5-3％，其余为铝粉。
6.对比文件3公开号为cn1069215a的发明专利公开了一种以氧化铜(cuo) 粉和铝(al)粉为主，并加入纯铜(cu)粉、氟化钙(caf2)粉、硅钙 (ca28si60)粉作为添加剂组成的热熔焊料。
7.现有技术中热熔焊料得到的焊接部位含有杂质元素氢、氧、硫、磷，容易产生热裂纹和气孔，降低焊接处的稳定性和导电性，而且由于现有焊粉无法制得铜铁合金，应对铜铁焊件时，在焊接点容易发生锈蚀和开裂等问题，焊接强度相对较差。


技术实现要素：

8.本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种基于铜铁合金的放热焊剂，产生铜铁合金用于铜铁焊件的焊接，提升焊接点结构强度以及稳定性。
9.为实现上述目的，本发明提出了一种基于铜铁合金的放热焊剂：所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
[0010][0011]
作为优选，所述铝粉的纯度为≥99.5％，其颗粒度为80-120目；所述氧化铜的氧化度70％-87％；铜粉的纯度≥99.9％，颗粒度为70-100目；铁粉的的纯度≥99.9％，颗粒度为100-140目。
[0012]
作为优选，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
[0013][0014][0015]
作为优选，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
[0016][0017]
作为优选，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：
[0018][0019]
作为优选，还包括0.1～0.3份的稀土和0.1～0.3份大理石粉。
[0020]
作为优选，还包括0.2～0.5份硅铁粉。
[0021]
作为优选，还包括0.2～0.5份锡粉。
[0022]
本发明的有益效果：本发明被引燃后将产生cu-fe合金，其具有良好的力学性能、导电性能及抗腐蚀性能，而且不含磷、硫、铅、锡、镁等有害金属，同时焊接质量好，抗拉和抗压强度高，焊接点不易发生锈蚀和开裂，焊接点能经受反复多次的大浪涌电流而不退化。
[0023]
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
[0024]
图1为焊接点的显微图；
[0025]
图2为图1的a处放大图；
[0026]
图3为铜铁合金的电子扫描显微图。
具体实施方式
[0027]
本实施例1
[0028]
基于铜铁合金的放热焊粉，其按照重量组分计，包括如下组分：
[0029]
氧化铜：10份，铜粉：35份，铁粉：5份，铝粉：20份，钨粉：0.5份，硅粉：0.2份。其中铝粉的纯度为≥99.5％，其颗粒度为80目；所述氧化铜的氧化度75％；铜粉的纯度≥99.9％，颗粒度为70目；铁粉的的纯度≥99.9％，颗粒度为100目。
[0030]
由于铁粉的熔点很高，达到1538℃，远高于铜粉1083℃的熔点，在本放热焊粉与引燃剂以50比1的比例点燃后，氧化铜首先与铝粉发生铝热反应，反应化学方程式如下：
[0031]
3cu2o 2al
→
6cu al2o3[0032]
因铝热反应而产生的大量热量，使得铜焊件与铁焊件两端以及铜粉和铁粉熔化融化，从而在焊接点产生铜铁合金，由于铜铁比重大沉于底部，铝氧化成氧化铝(al2o3)熔渣较轻浮于上部。如焊接点图1和图2所示，铜铁合金不仅具有铜一样的导电性、热传导性、延展性、弹性等特性，还具有铁一样的耐磨损性、引拉强度、硬度、磁性等特性。0.2份的硅粉能够提高焊料的流动性，能够使焊料的品质更良好，高温条件下硅和氧之间的化学亲和力很大，能够有效的脱除焊渣中的氧，焊渣中出现气孔，添加硅元素有利于提高合金的硬度和致密度，主要原因在于硅的硬度高，固溶于合金中，引起晶格畸变，更重要的一点是硅和铁生
成大量的高硬度的难熔金属硅化物均匀分布在铜基体中，难熔金属硅化物性质稳定、硬度大、熔点高、原子间结合力强以及热传导系数高等特点，对cu-fe合金的抗压强度和抗拉强度强化起到决定性的作用。其中钨粉是单质为银白色有光泽的金属，硬度高，熔点高，常温下不受空气侵蚀，化学性质比较稳定，在铜铁合金中，fe核含有超饱和的cu，但钨粉在加入后几乎完全被fe核吸收，fe核的整体硬度得到加强，同时，随着钨粉含量的增加，库富地区超饱和fe含量也有所增加。钨粉的存在增强了库富和富地区的可靠解决方案。此外，钨粉的加入也增加了fe核的数量，导致扩散加强，从而提高了焊接点的耐磨性。
[0033]
本实施例2
[0034]
基于铜铁合金的放热焊粉，其按照重量组分计，包括如下组分：
[0035]
氧化铜：20份，铜粉：45份，铁粉：8份，铝粉：40份，钨粉：0.6份，硅粉： 0.3份。所述铝粉的纯度为≥99.5％，其颗粒度为100目；所述氧化铜的氧化度 85％；铜粉的纯度≥99.9％，颗粒度为800目；铁粉的纯度≥99.9％，颗粒度为 120目。
[0036]
本实施例3
[0037]
基于铜铁合金的放热焊粉，所述焊粉按照重量组分计，包括如下组分：氧化铜：25份，铜粉：50份，铁粉：12份，铝粉：50份，钨粉：1份，硅粉： 0.4份，所述铝粉的纯度为≥99.5％，其颗粒度为120目；所述氧化铜的氧化度 87％；铜粉的纯度≥99.9％，颗粒度为100目；铁粉的的纯度≥99.9％，颗粒度为 140目。
[0038]
本实施例4
[0039]
本实施例与实施例3的差别仅在于，组分重量的不同，具体如下：
[0040]
氧化铜：22份，铜粉：45份，铁粉,10份，铝粉：45份，钨粉：0.7份，硅粉： 0.4份。
[0041]
本实施例5
[0042]
本实施例与实施例1的差别仅在于，还具有0.1份的稀土和0.1份大理石粉的组分，大理石粉作为造渣剂，稀土的加入，可改善焊接点的金相组织，细化晶粒，去除铜铁合金中气体和有害杂质，减少裂纹源，从而提高连接强度，提高硬度、增加强度和韧性。
[0043]
实施例6
[0044]
本实施例是在与实施例4的基础上再加入0.5份硅铁粉。利用硅铁粉可使铝热反应缓和，利于延长反应时间。
[0045]
实施例7
[0046]
本实施例是在与实施例5的基础上再加入1份锡粉。其作用为增加熔融金属的流动性，强化金属焊缝的强度，降低反应温度。
[0047]
对本发明各实施例进行性能检测，其抗拉强度为634-688mpa，屈服强度为 454-478mpa，其中摩擦系数为0.721-0.775，硬度在229-372hb，冲击韧性在 230kj
·
m-2
以上。抗压强度在4500-4880mp，具体如下表：
[0048]
样品号直径d(mm)最大压缩载荷f(kn)抗压强度(mpa)实施例18251.214876.73实施例28251.714886.43实施例38243.524727.41实施例48234.724556.59实施例58252.934910.21
实施例68249.974852.64实施例78250.014853.41
[0049] 上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。