PL221982B1

PL221982B1 - Method for preparing layered solder materials

Info

Publication number: PL221982B1
Application number: PL404843A
Authority: PL
Inventors: Ludwik Ciura; Wiesław Kazana
Original assignee: Inst Metali Nieżelaznych
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2016-06-30
Also published as: PL404843A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania lutowniczych materiałów trójwarstwowych, zwłaszcza w postaci taśm z wewnętrzną warstwą ze stopu miedzi.The present invention relates to a method of producing three-layer soldering materials, in particular in the form of tapes with an inner layer of a copper alloy.

Materiały warstwowe wykonywane są zazwyczaj w postaci taśmy o różnej grubości i szerokości i są stosowane do wytwarzania narzędzi poddawanych silnym obciążeniom, jak przykładowo noże tokarskie, frezy do zbierania warstwy asfaltu, frezy stosowane w górnictwie i pracach geologicznych, czy też do łączenia ostrzy pił tarczowych. Taśma warstwowa musi charakteryzować się stałym, trwałym połączeniem, na zasadzie plateru, dwóch metali: zewnętrznych warstw z lutowia twardego z warstwą wewnętrzną, zwaną przekładką, wykonaną z miedzi lub jej stopów.The sandwich materials are usually made in the form of a strip of various thickness and width and are used in the manufacture of tools subjected to high stresses, such as, for example, turning knives, asphalt cutters, cutters used in mining and geological works, or for joining the blades of circular saw blades. The laminated tape must be characterized by a permanent, permanent connection, by means of a plating, of two metals: the outer braze layers with an inner layer, called a spacer, made of copper or its alloys.

Dotychczas znany jest sposób wytwarzania materiałów warstwowych metodą platerowania, na gorąco lub na zimno. Polega on na tym, że nałożone na siebie trzy warstwy płaskowników lub taśm walcuje się stosując wysoki stopień przerobu i ewentualnie obrabia cieplnie. Dla wytworzenia materiałów warstwowych stosuje się także metodę jednostronnego lub obustronnego platerowania wybuchowego. Sposoby te wymagają zastosowania specjalistycznych walcarek oraz wiążą się z koniecznością zaangażowania dużej partii materiału dla obniżenia wysokich jednostkowych kosztów wytwarzania.Hitherto, a method of producing layered materials by plating, hot or cold, is known. It consists in the overlapping of three layers of flat bars or strips, rolled with a high degree of processing and possibly heat treated. One-sided or double-sided explosive cladding is also used to produce layered materials. These methods require the use of specialized rolling mills and involve the need to involve a large batch of material in order to reduce high unit production costs.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 208805 sposób wytwarzania materiałów warstwowych metodą spłaszczania wyżarzonego drutu bimetalowego, zwanego płaszczowym, posiadającego rdzeń z miedzi, natomiast płaszcz stanowi spoiwo twarde, zawierające w swym składzie srebro lub nie zawierające srebra polegający na tym, że taśmę z lutowia twardego, korzystnie w stanie wyżarzonym, zwija się w rurkę i jednocześnie w trakcie zwijania wprowadza się do niej, w sposób ciągły, rdzeń w postaci drutu wykonanego z miedzi a krawędzie rurki łączy się w sposób ciągły ze sobą, korzystnie metodą spawania w atmosferze ochronnej. Otrzymany kompozyt po wyżarzeniu ciągnie się w kilku cyklach stosując pomiędzy cyklami ciągnienia wyżarzanie w atmosferze ochronnej. Otrzymany drut bimetalowy okrągły po dodatkowym wyżarzeniu spłaszcza się, korzystnie metodą walcowania. Uzyskana w ten sposób taśma warstwowa może być używana w stanie twardym. Otrzymana sposobem według wynalazku taśma warstwowa charakteryzuje się jednak zwiększonym udziałem lutowia na jej brzegach, co jest wynikiem operacji spłaszczania drutu. Dla uzyskania taśmy z jednorodnym układem warstw lutowia i warstwy miedzianej konieczne jest obcięcie krawędzi. Niedogodnością tego sposobu jest również możliwość uzyskiwania taśm o bardzo ograniczonej szerokości.There is known from the Polish patent description No. 208805 a method for the production of layered materials by flattening an annealed bimetallic wire, called a jacket, with a copper core, while the jacket is a hard binder, containing silver or not containing silver, consisting in the fact that the hard solder strip is preferably in the annealed condition, it is wound into a tube and at the same time, during the winding, a core in the form of a copper wire is continuously introduced into it, and the edges of the tube are continuously connected to each other, preferably by welding in a protective atmosphere. After annealing, the obtained composite is pulled in several cycles, with annealing in a protective atmosphere between the drawing cycles. The obtained bimetallic round wire is flattened after additional annealing, preferably by rolling. The laminated tape obtained in this way can be used in a hard condition. The laminar tape obtained by the method according to the invention, however, is characterized by an increased proportion of solder at its edges, which is the result of the wire flattening operation. To obtain a tape with a homogeneous arrangement of the solder and copper layers, it is necessary to trim the edges. A disadvantage of this method is also that it is possible to obtain strips of very limited width.

Niedogodności znanych rozwiązań rozwiązuje sposób według wynalazku, którego istota polega na połączeniu procesu prasowania z procesem walcowania na gorąco i walcowania na zimno. Oczyszczony odcinek taśmy ze stopu Cu oraz dwie taśmy spoiwa twardego z udziałem Ag prasuje się na prasie o sile nacisku do 1000 Mg pomiędzy podgrzewanymi kowadłami, następnie podgrzany wsad walcowany jest kolejno na gorąco i na zimno do końcowego wymiaru z zastosowaniem międzyoperacyjnych dyfuzyjnych obróbek cieplnych. Otrzymana sposobem według wynalazku taśma warstwowa wykazuje bardzo dobrą spójność materiału wszystkich trzech warstw, bez występowania rozwarstwień i pęknięć. Jednocześnie materiał ten charakteryzuje się jednorodnym układem warstw lutowia i warstwy miedzianej na szerokości taśmy. Zaletą tego sposobu jest również możliwość otrzymywania stosunkowo niewielkich partii materiału o stosunkowo dużej szerokości taśmy. Poniższy przykład bliżej objaśnia sposób otrzymywania taśmy warstwowej o proporcjach grubości poszczególnych warstw wynoszących 1:2:1 według wynalazku.The disadvantages of known solutions are solved by the method according to the invention, the essence of which consists in combining the pressing process with the hot rolling and cold rolling process. The cleaned section of the Cu alloy strip and two hard binder strips with Ag are pressed on a press with a pressure force of up to 1000 Mg between the heated anvils, then the heated charge is hot and cold rolled successively to the final dimension using inter-operative diffusion heat treatments. The laminated tape obtained by the method according to the invention shows a very good material coherence of all three layers, without delamination and cracks. At the same time, this material is characterized by a homogeneous arrangement of solder and copper layers across the width of the strip. An advantage of this method is also the possibility of obtaining relatively small batches of material with a relatively large belt width. The following example illustrates the preparation of a laminated tape with a thickness ratio of the individual plies of 1: 2: 1 according to the invention.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania lutowniczych taśm trójwarstwowych z udziałem stopów srebra jako okładzin zewnętrznych i środkowej warstwy stopu miedzi z niklem charakteryzujący się tym, że materiał warstwowy otrzymuje się w procesie prasowania na prasie z podgrzewanymi do temperatury 400-460°C kowadłami z naciskiem jednostkowym w zakresie 250-350 MPa w czasie 200 do 600 s odcinków płaskownika spoiwa twardego na bazie srebra i wewnętrznego płaskownika ze stopu miedzi z niklem o zawartości niklu od 0,05 do 25% o ściśle określonych wymiarach z względną redukcją wysokości w zakresie 25-50%, który następnie po operacji wygrzania w temperaturze 600-650°C przez 2-4 h poddaje się walcowaniu na gorąco w dwóch cyklach ze względną redukcją wysokości pakietu w 1-szym cyklu wynoszącą 40-50%, a następnie po wygrzaniu w temperaturze 600-650°C przez 0,5-2 h materiał poddaje się walcowaniu na gorąco w 2-gim cyklu ze względną redukcją wysokości pakietu wynoszącą 40-50%, następnie po wyżarzaniu materiału w temperaturze 560-600°C przez 1 h kolejno walcuje się na zimno do grubości końcowej stosując w pojedynczych przepustach gniot jednostkowy wynoszący 10-25% osiągając w każdym cyklu gniot sumaryczny 20-45%, przy czym dla taśmy o grubości poniżej 2 mm wyżarzanie międzyoperacyjne korzystnie proPL 221 982 B1 wadzi się w temperaturze 550-590°C przez 2-4 h, w atmosferze ochronnej, i tak otrzymaną taśmę poddaje się czyszczeniu powierzchni i cięciu na wymaganą szerokość. Korzystnie w sposobie środkowa warstwa materiału warstwowego wykonana jest ze stopu CuNi o zawartości Ni wynoszącej korzystnie 5-10%.The essence of the invention is a method of producing three-layer soldering tapes with silver alloys as outer claddings and the middle layer of a copper-nickel alloy, characterized by the fact that the layered material is obtained in the process of pressing on a press with anvils heated to 400-460 ° C with a unit pressure in in the range of 250-350 MPa during 200 to 600 s of sections of a flat bar of a hard bond based on silver and an internal flat bar made of a copper-nickel alloy with nickel content from 0.05 to 25% with strictly defined dimensions with a relative height reduction in the range of 25-50% which then, after an annealing operation at a temperature of 600-650 ° C for 2-4 hours, is subjected to hot rolling in two cycles with a relative reduction of the package height in the 1st cycle by 40-50%, and then after heating at a temperature of 600- 650 ° C for 0.5-2 h, the material is hot rolled in the 2nd cycle with a relative reduction of the package height of 40-50%, then after annealing material at a temperature of 560-600 ° C for 1 h is successively cold rolled to the final thickness, using a unit crush of 10-25% in single passes, achieving a total crush of 20-45% in each cycle, while for a strip with a thickness of less than 2 mm Interoperative annealing is preferably performed at a temperature of 550-590 ° C for 2-4 hours in a protective atmosphere, and the strip obtained in this way is subjected to surface cleaning and cutting to the required width. Preferably, in the process, the middle layer of the layered material is made of a CuNi alloy with a Ni content preferably of 5-10%.

P r z y k ł a d I. Przygotowano 2 odcinki taśmy ze spoiwa w gatunku BAg22 o następującym nominalnym składzie chemicznym; Ag-49%, Cu-16%, Zn-23%, Ni-4,5%, Mn-7,5% o grubości 6 mm, szerokości 72 mm i długości 310 mm w stanie wyżarzonym oraz taśmę ze stopu CuNi5 o grubościExample I. Two sections of a tape of BAg22 grade binder with the following nominal chemical composition were prepared; Ag-49%, Cu-16%, Zn-23%, Ni-4.5%, Mn-7.5% with a thickness of 6 mm, a width of 72 mm and a length of 310 mm in the annealed condition, and a strip of CuNi5 alloy with a thickness of

19.5 mm, szerokości 75 mm i długości 315 mm w stanie miękkim. Przygotowane taśmy spoiwa BAg22 oraz stopu CuNi5 poddano procesowi szlifowania powierzchniowego dla usunięcia zanieczyszczeń i warstwy tlenkowej. Po nagrzaniu kowadeł prasy do 460°C wprowadzano pomiędzy nie przygotowany pakiet i przeprowadzano prasowanie zestawu taśm w dwóch cyklach. W 1-szym cyklu nacisk prasy wynosił 700 Mg w czasie 200 s. W 2-gim cyklu nacisk prasy wynosił 750 Mg w czasie 200 s. Grubość połączonego pakietu po procesie prasowania wynosiła 20 mm, przy względnej redukcji wysokości wynoszącej 37%. Otrzymany w procesie prasowania materiał warstwowy poddano bezpośrednio po operacji prasowania walcowaniu na gorąco po uprzednim wygrzaniu go w temperaturze 650°C przez19.5 mm, width 75 mm and length 315 mm when soft. The prepared tapes of BAg22 binder and CuNi5 alloy were subjected to surface grinding to remove impurities and oxide layer. After heating the press anvils to 460 ° C, the unprepared bundle was inserted between the unprepared bundles and the bundle of tapes were pressed in two cycles. In the 1st cycle, the pressure of the press was 700 Mg during 200 seconds. In the 2nd cycle, the pressure of the press was 750 Mg during 200 seconds. The thickness of the combined bundle after the pressing process was 20 mm, with a relative height reduction of 37%. The laminar material obtained in the pressing process was subjected to hot rolling immediately after pressing, after heating it at a temperature of 650 ° C for

2.5 h w piecu elektrycznym. Walcowanie na gorąco prowadzono w 2 cyklach, stosując w 1-szym cyklu przepusty 20 >17 >11,5 mm i po wygrzaniu w temperaturze 650°C przez 1 h wykonując 2-gi cykl walcowania stosując przepusty 11,5 >8 >5,7 mm a następnie materiał poddano wyżarzeniu w piecu przelotowym w temperaturze 600°C, przy prędkości przesuwu 30 mm/min i długości strefy grzewczej pieca wynoszącej 2 m. Dalszy przerób materiału prowadzono na drodze walcowania na zimno z zastosowaniem międzyoperacyjnych obróbek cieplnych. Schemat ten przedstawiał się następująco: walcowanie 5,7>4,5>3,9 mm>wyżarzanie (piec przelotowy, 600°C, 30 mm/min); walcowanie>3,5>2.5 hours in an electric furnace. Hot rolling was carried out in 2 cycles, with the passes 20> 17> 11.5 mm in the 1st cycle and after heating at 650 ° C for 1 h, performing the 2nd rolling cycle using the passes 11.5> 8> 5, 7 mm, and then the material was annealed in a continuous furnace at a temperature of 600 ° C, with a speed of 30 mm / min and a length of the heating zone of the furnace of 2 m. Further processing of the material was carried out by cold rolling with the use of intermediate heat treatments. The pattern was as follows: rolling 5.7> 4.5> 3.9 mm> annealing (continuous furnace, 600 ° C, 30 mm / min); rolling> 3.5>

3,1 mm>wyżarzanie (piec przelotowy, 600°C, 30 mm/min) walcowanie>2,7>2,35 mm>wyżarzanie (piec przelotowy, 600°C, 30 mm/min) walcowanie>2,1>1,85 mm>wyżarzanie (piec przelotowy, 600°C, 30 mm/min) walcowanie>1,4>1,1 mm>wyżarzanie (piec kołpakowy, 580°C/4h, w atmosferze ochronnej zawierającej 5% H2+95% N2) walcowanie>0,9>0,8 mm>wyżarzanie (piec kołpakowy, 580°C/4h, w atmosferze ochronnej zawierającej 5% H2+95% N2), walcowanie >0,6>0,5 mm. Po cięciu wzdłużnym taśma warstwowa BAg22/Cu/BAg22 była oczyszczana i zwijana w kręgi.3.1 mm> annealing (continuous furnace, 600 ° C, 30 mm / min) rolling> 2.7> 2.35 mm> annealing (continuous furnace, 600 ° C, 30 mm / min) rolling> 2.1> 1.85 mm> annealing (continuous furnace, 600 ° C, 30 mm / min) rolling> 1.4> 1.1 mm> annealing (hood furnace, 580 ° C / 4h, in a protective atmosphere containing 5% H2 + 95 % N2) rolling> 0.9> 0.8 mm> annealing (hood furnace, 580 ° C / 4h, in a protective atmosphere containing 5% H2 + 95% N2), rolling> 0.6> 0.5 mm. After slitting, the BAg22 / Cu / BAg22 ply tape was cleaned and coiled.

Claims

Patent claims

1. Method for the production of three-layer soldering tapes with silver alloys as outer claddings and the middle layer of a copper-nickel alloy, characterized in that the layered material is obtained in the process of pressing on a press with anvils heated to 400-460 ° C with a specific pressure in the range of 250-350 MPa during 200 to 600 s of a silver-based hard bond and an internal flat bar made of a copper-nickel alloy with nickel content from 0.05 to 25% with strictly defined dimensions with a relative height reduction in the range of 25-50%, which then, after an annealing operation at a temperature of 600-650 ° C for 2-4 hours, is subjected to hot rolling in two cycles with a relative reduction of the package height in the 1st cycle by 40-50%, and then after heating at a temperature of 600-650 ° C for 0.5-2 hours, the material is hot rolled in the 2nd cycle with a relative reduction of the package height of 40-50%, then after the material is annealed at a temperature of 560- 600 ° C, for 1 h, successively cold rolled to the final thickness, using a unit crush of 10-25% in single passes, achieving a total reduction of 20-45% in each cycle, while for a strip with a thickness of less than 2 mm, intermediate annealing is preferably carried out at the temperature of 550-590 ° C for 2-4 h, in a protective atmosphere, the tape obtained in this way is subjected to surface cleaning and cutting to the required width.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the middle layer of the layered material is made of a CuNi alloy with a Ni content preferably of 5-10%.