钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料专利检索-·钎焊或焊接用焊丝或焊条的制造专利检索查询-专利查询网

钻削PCB用硬质 合金 钻头与不锈 钢钻柄连接用药芯钎料

专利类型	发明公开	法律事件	公开; 实质审查; 授权; 未缴年费;
专利有效性	失效专利	当前状态	权利终止
申请号	CN202210226237.6	申请日	2022-03-09
公开(公告)号	CN114505618A	公开(公告)日	2022-05-17
申请人	郑州大学;	申请人类型	学校
发明人	刘胜新; 陈永; 周虎健; 李永刚; 陈志民; 潘继民;	第一发明人	刘胜新
权利人	郑州大学	权利人类型	学校
当前权利人	郑州大学	当前权利人类型	学校
省份	当前专利权人所在省份：河南省	城市	当前专利权人所在城市：河南省郑州市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：河南省郑州市高新技术开发区科学大道100号	邮编	当前专利权人邮编：450000
主IPC国际分类	B23K35/30	所有IPC国际分类	B23K35/30 ; B23K35/36 ; B23K35/40 ; B23K101/20 ; B23K103/04 ; B23K103/08
专利引用数量	4	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	10	专利文献类型	A
专利代理机构	郑州芝麻知识产权代理事务所	专利代理人	乔俊霞;
摘要	本发明属于钎料技术领域，提供钻削PCB(印制电路板)用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，包括由铁基非晶带材旋转两圈一体成形组成的圆筒状外皮和筒内的药芯粉，药芯粉的含量为：FNiTS‑5超细羰基镍粉20.0％‑28.0％，纳米铬粉18.0％‑24.0％，表面镀钛的碳酸镍5.0％‑9.0％，钎剂10％‑16％，余量为还原铁粉，药芯粉占药芯钎料的质量百分比为60％‑70％，药芯钎料的直径为1.0mm‑2.2mm。利用本发明生产出的钎料钎焊硬质合金钻头与不锈钢钻杆，得到的接头剪切强度大，完全满足钻削PCB使用。本发明是硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料方面的创新。
权利要求	1.钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，包括外皮和药芯粉，其特征在于：所述药芯钎料的外皮(1)是由铁基非晶带材旋转两圈一体成形组成的圆筒，所述两层铁基非晶带材的厚度和化学成分相同，所述药芯粉(2)填装在圆筒内部；所述药芯粉(2)的化学成分及质量百分比为：FNiTS‑5超细羰基镍粉20.0％‑28.0％，纳米铬粉18.0％‑24.0％，表面镀钛的碳酸镍5.0％‑9.0％，钎剂10％‑16％，余量为还原铁粉。 2.根据权利要求1所述的钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其特征在于，所述药芯粉(2)的化学成分及质量百分比为：FNiTS‑5超细羰基镍粉23.0％‑ 25.0％，纳米铬粉20.0％‑22.0％，表面镀钛的碳酸镍6.5％‑7.5％，钎剂12％‑14％，余量为还原铁粉。 3.根据权利要求1或2所述的钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其特征在于，所述药芯粉(2)的化学成分及质量百分比为：FNiTS‑5超细羰基镍粉24.0％，纳米铬粉21.0％，表面镀钛的碳酸镍7.0％，钎剂13％，余量为铁粉。 4.根据权利要求1所述的钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其特征在于，所述药芯粉(2)占药芯钎料的质量百分比为60％‑70％。 5.根据权利要求1所述的钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其特征在于，所述铁基非晶带材的化学成分及质量百分比为：硅13.0％‑15.0％，铌3.0％‑ 3.5％，镍3.0％‑4.0％，钇1.2％‑1.8％，余量为铁。 6.根据权利要求1所述的钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其特征在于，所述铁基非晶带材的厚度为70μm‑100μm。 7.根据权利要求1所述的钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其特征在于，所述表面镀钛的碳酸镍未镀钛时粒径为5μm‑10μm，镀钛层的厚度为50nm‑100nm。 8.根据权利要求1所述的钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其特征在于，所述纳米铬粉的粒径为30nm‑50nm，所述FNiTS‑5超细羰基镍粉的粒径为20nm‑ 80nm。 9.根据权利要求1所述的钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其特征在于，所述钎剂的化学成分及质量百分比为：硼砂粉25％‑30％，硼酸粉30％‑40％，四硼酸钾粉12％‑16％，余量为氟硼酸钾粉。 10.根据权利要求1所述的钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其特征在于，所述药芯钎料的直径为1.0mm‑2.2mm。
说明书全文	钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料技术领域 [0001] 本发明属于钎料技术领域，具体是钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料。背景技术 [0002] 印制电路板(简称PCB)上的定位孔和元器件安装孔一般采用专用PCB板专用钻头加工而成。该PCB板专用钻头包括钻头和钻柄。PCB板专用钻头的传统加工方法是采用一体加工而成的，即钻头和钻柄是由同一硬质合金棒料加工而成的，由于钻柄的外径小于钻头的外径，每次加工时在钻柄外径加工步骤中磨削掉的硬质合金料末较多，一方面造成了能源的浪费，另一方面由于硬质合金的材料成本较高，故使得PCB专用钻头的制造材料成本很高。 [0003] 为了解决上述问题，现有技术提出了一种PCB板专用钻头的焊接式加工方法，采用硬质合金棒料作为钻头毛坯，采用不锈钢棒料作为钻柄毛坯，并将钻头毛坯和钻柄毛坯通过钎焊方式固定连接，然后再将钻头毛坯和钻柄毛坯分别加工形成钻头和钻柄。这种加工方法虽然在一定程度上节省了能源和成本，但存在不足之处是硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接强度较低，容易从钎焊接头处断裂。 [0004] 中国专利CN 101450428 B提供了一种不锈钢真空钎焊用钎料及其制备方法(申请日期2008年12月8日)，钎料的润湿性和填缝性能良好，钎焊接头强度高。存在的问题是虽然非晶钎料的润湿性和填缝性有所提高，但钎料熔化后向不锈钢扩散速度和扩散总量有限，不能有效提高不锈钢构件连接处的剪切强度。 [0005] 如何解决上述问题，是本领域技术工作人员的当务之急。发明内容 [0006] 本发明提供一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，解决如下技术问题：如何提高钎料熔体向硬质合金、不锈钢的扩散效果，进而提高硬质合金钻头与不锈钢钻柄的连接强度。 [0007] 本发明采用如下技术方案： [0008] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，包括外皮和药芯粉，所述药芯钎料的外皮是由铁基非晶带材旋转两圈一体成形组成的圆筒，所述药芯粉填装在圆筒内部。 [0009] 所述药芯粉的化学成分及质量百分比为：FNiTS‑5超细羰基镍粉20.0％‑28.0％，纳米铬粉18.0％‑24.0％，表面镀钛的碳酸镍5.0％‑9.0％，钎剂10％‑16％，余量为还原铁粉。 [0010] 进一步的，所述药芯粉的化学成分及质量百分比为：FNiTS‑5超细羰基镍粉23.0％‑25.0％，纳米铬粉20.0％‑22.0％，表面镀钛的碳酸镍6.5％‑7.5％，钎剂12％‑ 14％，余量为还原铁粉。 [0011] 更进一步的，所述药芯粉的化学成分及质量百分比为：FNiTS‑5超细羰基镍粉24.0％，纳米铬粉21.0％，表面镀钛的碳酸镍7.0％，钎剂13％，余量为还原铁粉。 [0012] 所述药芯粉占药芯钎料的质量百分比为60％‑70％。 [0013] 所述铁基非晶带材的厚度为70μm‑100μm，其化学成分及质量百分比为：硅13.0％‑15.0％，铌3.0％‑3.5％，镍3.0％‑4.0％，钇1.2％‑1.8％，余量为铁；为了保证外皮的强度，本发明采用一条带材旋转两圈一体成形的方式。 [0014] 本发明采用如下方式制备铁基非晶带材：按配比将钎料的原材料放置在真空电弧炉中，用氩气在一个大气压保护条件下进行电弧熔炼，熔炼温度1150℃‑1300℃，使合金充分熔化混合，并搅拌均匀，得到球形钎料合金锭。将熔炼好的球形钎料锭在高真空甩带机中处理后获得非晶态带状钎料，非晶态带状钎料合金带的平均厚度为70μm‑100μm。 [0015] 所述表面镀钛的碳酸镍未镀钛时粒径为5μm‑10μm，镀钛层的厚度为50nm‑100nm，本发明采用离子磁控溅射的技术对碳酸镍表面进行镀镍。表面镀钛的碳酸镍在药芯钎料里可以安全保存，钎焊时在钎焊温度时才能熔化分解。 [0016] 所述FNiTS‑5超细羰基镍粉符合标准YS/T 218‑2011《超细羰基镍粉》中的规定，平均粒径范围20nm‑80nm。 [0017] 所述纳米铬粉的粒径为30nm‑50nm。 [0018] 所述钎剂的化学成分及质量百分比为：硼砂粉25％‑30％，硼酸粉30％‑40％，四硼酸钾粉12％‑16％，余量为氟硼酸钾粉。使用硼砂和硼酸作为钎剂的基体，具有优良的去膜能力，硼酸加热后发生分解形成硼酐，硼酐可与铁的氧化物形成易溶的硼酸盐，硼砂加热后分解成硼酐和偏硼酸钠，偏硼酸钠可与硼酸盐形成熔点更低的复合化合物，凝固后以渣的形式浮于钎缝表面，既达到去除氧化膜的目的，又能起到隔离空气持续保护高温下硬质合金和不锈钢免于被氧化的作用。 [0019] 所述药芯钎料的直径为1.0mm‑2.2mm。 [0020] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果： [0021] 1、钎焊时，由于纳米镍和纳米铬表面原子数目增多，比表面积大，比表面能高，大量的界面为原子扩散提供了高密度的短程快扩散路径，同时纳米镍和纳米铬表面原子具有高的化学活性，很容易与其他原子结合使其扩散系数远大于常规材料，扩散的速度快、距离远、扩散量大，使镍和铬原子可以大量地与不锈钢或硬质合金中的铁、镍、铬产生的相互冶金作用大大增强，有效提高了钎焊接头的强度。而且，非晶带材熔化后再凝固时，成分均匀，部分未熔化的纳米镍和纳米铬可作为二次形核质点，细化钎焊接头合金晶粒，增大其强度和韧性。 [0022] 2、钎焊时，由于非晶带材的纯净度高，没有晶界和位错等，熔化后润湿性和流动性非常好，带动纳米镍(FNiTS‑5超细羰基镍粉的粒径为20nm‑80nm)和纳米铬向硬质合金和不锈钢扩散，扩散的速度快、距离远、扩散量大，有利于增大钎料与硬质合金、不锈钢的冶金结合。 [0023] 3、钎焊时，表面镀钛的碳酸镍在药芯钎料里可以安全保存，钎焊时在钎焊温度时才能熔化分解，而且放出二氧化碳气体，对钎料熔体起到搅拌作用，增大了钎料的流动及扩散速度及行程，有效促进了钎料与硬质合金、钎料与不锈钢的相互冶金结合，提高了钎焊接头的强度。 [0024] 4、实验表明：利用本发明的药芯钎料钎焊YG8硬质合金钻头与06Cr19Ni10奥氏体不锈钢钻杆，得到的接头强度最小值为310MPa，完全满足使用要求。 [0025] 附图及标记说明 [0026] 图1是本发明药芯钎料垂直长度方向的截面图。 [0027] 图中标记说明：1、外皮；2、药芯粉。具体实施方式 [0028] 实施例1： [0029] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，包括外皮1和药芯粉2，药芯钎料的外皮1是由铁基非晶带材旋转两圈一体成形组成的圆筒，药芯粉2填装在圆筒内部。 [0030] 药芯粉2的化学成分及质量百分比为：FNiTS‑5超细羰基镍粉20.0％，纳米铬粉18.0％，表面镀钛的碳酸镍5.0％，钎剂10％，余量为还原铁粉。 [0031] 药芯粉2占药芯钎料的质量百分比为70％。 [0032] 铁基非晶带材的厚度为70μm，其化学成分及质量百分比为：硅13.0％，铌3.0％，镍3.0％，钇1.2％，余量为铁。 [0033] 非晶态带状钎料合金带的厚度为70μm。 [0034] 表面镀钛的碳酸镍未镀钛时粒径为5μm‑10μm，镀钛层的厚度为50nm‑100nm。 [0035] FNiTS‑5超细羰基镍粉符合标准YS/T 218‑2011《超细羰基镍粉》中的规定，平均粒径范围20nm‑80nm。 [0036] 纳米铬粉的粒径为30nm‑50nm。 [0037] 钎剂的化学成分及质量百分比为：硼砂粉25％，硼酸粉30％，四硼酸钾粉12％，余量为氟硼酸钾粉。 [0038] 药芯钎料的直径为1.0mm。 [0039] 实施例2： [0040] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，包括外皮和药芯粉，药芯钎料的外皮1是由铁基非晶带材旋转两圈一体成形组成的圆筒，药芯粉2填装在圆筒内部。 [0041] 药芯粉2的化学成分及质量百分比为：FNiTS‑5超细羰基镍粉28.0％，纳米铬粉24.0％，表面镀钛的碳酸镍9.0％，钎剂16％，余量为还原铁粉。 [0042] 药芯粉2占药芯钎料的质量百分比为60％。 [0043] 铁基非晶带材的厚度为70μm‑100μm，其化学成分及质量百分比为：硅15.0％，铌3.5％，镍4.0％，钇1.8％，余量为铁。 [0044] 非晶态带状钎料合金带的厚度为100μm。 [0045] 表面镀钛的碳酸镍未镀钛时粒径为5μm‑10μm，镀钛层的厚度为50nm‑100nm。 [0046] FNiTS‑5超细羰基镍粉符合标准YS/T 218‑2011《超细羰基镍粉》中的规定，平均粒径范围20nm‑80nm。 [0047] 纳米铬粉的粒径为30nm‑50nm。 [0048] 钎剂的化学成分及质量百分比为：硼砂粉30％，硼酸粉40％，四硼酸钾粉16％，余量为氟硼酸钾粉。 [0049] 药芯钎料的直径为2.2mm。 [0050] 实施例3： [0051] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，包括外皮1和药芯粉2，药芯钎料的外皮1是由铁基非晶带材旋转两圈一体成形组成的圆筒，药芯粉2填装在圆筒内部。 [0052] 药芯粉2的化学成分及质量百分比为：FNiTS‑5超细羰基镍粉24.0％，纳米铬粉21.0％，表面镀钛的碳酸镍7.0％，钎剂13％，余量为还原铁粉。 [0053] 药芯粉2占药芯钎料的质量百分比为65％。 [0054] 铁基非晶带材的厚度为85μm，其化学成分及质量百分比为：硅14.0％，铌3.25％，镍3.5％，钇1.5％，余量为铁。 [0055] 非晶态带状钎料合金带的厚度为85μm。 [0056] 表面镀钛的碳酸镍未镀钛时粒径为5μm‑10μm，镀钛层的厚度为50nm‑100nm。 [0057] FNiTS‑5超细羰基镍粉符合标准YS/T 218‑2011《超细羰基镍粉》中的规定，平均粒径范围20nm‑80nm。 [0058] 纳米铬粉的粒径为30nm‑50nm。 [0059] 钎剂的化学成分及质量百分比为：硼砂粉27.5％，硼酸粉35％，四硼酸钾粉14％，余量为氟硼酸钾粉。 [0060] 药芯钎料的直径为1.6mm。 [0061] 对比例1： [0062] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其结构及原料与实施例3基本相同，区别是：将纳米铬粉换成微米级铬粉。 [0063] 对比例2： [0064] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其结构及原料与实施例3基本相同，区别是：药芯粉中没有纳米铬粉。 [0065] 对比例3： [0066] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其结构及原料与实施例3基本相同，区别是：将纳米超细羰基镍粉换成微米级羰基镍粉。 [0067] 对比例4： [0068] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其结构及原料与实施例3基本相同，区别是：药芯粉中没有纳米超细羰基镍粉。 [0069] 对比例5： [0070] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其结构及原料与实施例3基本相同，区别是：碳酸镍表面不镀钛。 [0071] 对比例6： [0072] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其结构及原料与实施例3基本相同，区别是：药芯粉中没有表面镀钛的碳酸镍。 [0073] 对比例7： [0074] 一种钻削PCB用硬质合金钻头与不锈钢钻柄连接用药芯钎料，其结构及原料与实施例3基本相同，区别是：外皮采用铁基晶体合金制备。 [0075] 将实施例1‑3和对比例1‑7得到的药芯钎料试焊YG8硬质合金钻头与06Cr19Ni10奥氏体不锈钢钻杆，测量接头的剪切强度。 [0076] 实施例和对比例每例进行10次实验后取10个结果的平均值，结果见表1。 [0077] 表1 [0078] 项目实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2剪切强度/MPa 310 332 325 266 238 项目对比例3 对比例4 对比例5 对比例6 对比例7 剪切强度/MPa 269 241 298 292 215 [0079] 从表1可以看出： [0080] 1、实施例1‑3利用本发明药芯钎料钎焊得到的硬质合金钻头与不锈钢钻杆接头，得到的接头抗拉强度最小值为340MPa，完全满足使用要求； [0081] 2、对比例1‑7均是改变了本发明中某些技术征，造成的结果是：接头剪切强度减小，不能满足使用要求。 [0082] 本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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