釬焊是一種借助釬焊和加熱連接金屬零件的工藝。釬焊填充金屬的熔化溫度必須低于基材的熔化溫度，但高于450°C。如果釬焊填充金屬的釬焊溫度低于450°C，則連接過程稱為焊接。用于釬焊不銹鋼最常用的釬焊填充金屬是基于銅或鎳的。在考慮成本優(yōu)勢時，銅基釬焊填充金屬是首選，而鎳基釬焊填充金屬在高腐蝕和高強(qiáng)度應(yīng)用中是必需的。例如，銅基釬焊填充金屬通常用于區(qū)域供熱和自來水裝置的熱交換器的釬焊。

具有高鉻含量的鎳基釬料金屬因其在暴露于腐蝕性環(huán)境中的高耐腐蝕性而被使用。鎳基釬焊填充金屬也可用于高工作溫度應(yīng)用和/或應(yīng)用中需要高強(qiáng)度的應(yīng)用。暴露在腐蝕性和高工作溫度下的典型應(yīng)用是汽車柴油發(fā)動機(jī)中的廢氣再循環(huán)（EGR）冷卻器。用于這些應(yīng)用的釬焊填充金屬必須具有某些性能才能適合使用，例如;耐腐蝕，耐高溫氧化，基材潤濕性好，釬焊時不引起基材脆化。

 有幾種不同類型的鎳基釬料釬料標(biāo)準(zhǔn)。許多這些鎳基釬焊填充金屬用于釬焊熱交換器。BNi-2 由 Ni-7Cr-3B-4，5Si-3Fe 組成，用于在高溫應(yīng)用中生產(chǎn)高強(qiáng)度接頭。然而，硼的存在是一個缺點，因為當(dāng)硼擴(kuò)散到基材中時，它可能會導(dǎo)致基材脆化。其它含硼的鎳基釬料金屬具有同樣的缺點。

 為克服硼的缺點，其他鎳基釬料被開發(fā)出來。BNi-5（Ni-19Cr-10Si）由于鉻含量高，具有很高的耐腐蝕性。這種合金的釬焊溫度相當(dāng)高（1150-1200°C）。其他無硼鎳基釬焊填充金屬是BNi-6（Ni-10P）和BNi7（Ni-14Cr-10P）。由于磷含量高，這些釬焊填充金屬的釬焊溫度較低;10 重量%。高磷含量（10wt%）可能形成釬焊接頭而沒有所需的強(qiáng)度，因為存在形成含磷脆性相的風(fēng)險。

 人們認(rèn)識到，釬焊填充材料的主要成分的組成可以有利于與不銹鋼基材的組成相似。不銹鋼牌號的例子是具有Fe-17 Cr-13，5 Ni-2，2 Mo的典型成分的316L和具有Fe-18，8 Cr-11，2 Ni的典型成分的304L。根據(jù)定義，所有不銹鋼都含有至少 11% 的鉻，很少有不銹鋼含有超過 30% 的鉻。鉻含量高于11%是形成保護(hù)性氧化鉻層所必需的，這使鋼具有耐腐蝕特性。鉻含量越高，耐腐蝕性越好，但含量高于35%可能會導(dǎo)致接頭強(qiáng)度下降。因此鉻含量應(yīng)在11-35重量%之間，優(yōu)選20-30重量%。

為降低合金的熔點，加入熔點抑制劑。眾所周知，硅、硼和磷都是有效的熔點抑制劑。在磷含量約為10wt%時，該系統(tǒng)的熔點最低為1100°C。Fe-Si體系的熔點為1380°C，Si含量為10wt%，Si含量約為19wt%時的最低熔點約為1210°C。 磷和硅的含量分別超過10wt%，因為脆性相形成的風(fēng)險太高。在美國專利號6，696，017和6，203，754中提到Si+P含量應(yīng)保持在9至11.5wt%之間，如果合金的Si和P總含量高于11.5wt%，則合金變脆，強(qiáng)度降低。

令人驚奇的是，發(fā)現(xiàn)銅在釬焊操作期間減少了硅和磷向基材的擴(kuò)散。還可以防止磷在基材的晶界析出，這意味著也避免了基材的脆化。此外，這意味著Si和P的總量更高，可以與Cu結(jié)合使用，以增加釬焊接頭的強(qiáng)度。因此，在需要高強(qiáng)度的情況下，最好保持高磷和硅含量。因此，含銅釬焊材料中Si和P的總量可能高達(dá)20重量%。

 因此，當(dāng)Si等于或小于6重量%時，P應(yīng)高于8重量%，如果P小于或等于8重量%，則Si應(yīng)高于6重量%。此外，Si+P必須高于10wt%，通常Si + P將高于14wt%。

 還意外地發(fā)現(xiàn)，銅的存在對釬焊接頭在10% H 2 SO 4中的耐腐蝕性有積極的影響 。據(jù)信需要2wt%銅才能獲得銅的積極作用。本發(fā)明所涵蓋的釬焊填充金屬的銅含量應(yīng)保持在20wt%以下，以免在化學(xué)上與要釬焊的基材有太大差異。因此銅含量應(yīng)在2-20重量%之間，優(yōu)選5-15重量%。

 Fe—B體系在硼含量約為4重量%時具有最小熔點為1174°C。然而，硼的缺點是會導(dǎo)致釬焊部件脆化。硼是一種間隙，由于其直徑小，它可以迅速擴(kuò)散到基材的晶格中并形成脆性的CrB相。由于硼的擴(kuò)散，合金的重熔溫度增加，這在某些情況下是理想的效果。10-30 wt %的錳與硅和碳一起將在鐵基體系中降低熔化溫度超過200°C.其次，錳在釬焊循環(huán)中幾乎完全蒸發(fā)，這將允許重新熔化溫度上升，但沒有形成任何脆性相的風(fēng)險，如CrB。

 鎳穩(wěn)定奧氏體，其增強(qiáng)合金的抗氧化性。鎳還增加了釬焊接頭的韌性。從Cr-Fe-Ni的三相圖中可以看出，鎳也具有熔點降低作用。根據(jù)ASM專業(yè)手冊《不銹鋼》，Cr-Fe-Ni系統(tǒng)在30wt %鉻和20wt %Ni的情況下，熔點約為1470°C。與本文相關(guān)的釬焊填充金屬的鎳含量應(yīng)保持在30重量%以下，以最大限度地降低釬焊填充金屬的成本。

本發(fā)明的釬料金屬釬料為粉末形式，可通過氣體或水霧化生產(chǎn)。釬焊填充金屬可以粉末形式使用，也可以通過常規(guī)方法轉(zhuǎn)化為糊狀、膠帶、箔或其他形式。根據(jù)應(yīng)用技術(shù)的不同，需要不同的粒度分布，但釬焊填充金屬粉末的平均粒度為10-100μm。

 所述釬料金屬釬焊適用于真空爐采用真空釬焊（<10 ?3托）。釬焊填充金屬的熔點低于1100°C，并在1120°C的釬焊溫度下產(chǎn)生接頭，具有高強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性，沒有任何觀察到的晶粒生長。

 將釬焊填充金屬以糊狀、膠帶、箔或其它形式放置在待連接的基材表面之間的間隙或間隙處。在加熱過程中，釬焊填充金屬熔化，在毛細(xì)管力作用下，熔化的釬焊填充金屬潤濕基材表面并流入間隙。在冷卻過程中，它形成一個堅固的釬焊接頭。由于釬焊填充金屬作用于毛細(xì)管力，因此釬焊填充金屬在要釬焊的基材上的潤濕至關(guān)重要。本發(fā)明覆蓋的釬焊填充金屬在不銹鋼基材上具有優(yōu)異的潤濕性。釬焊填充金屬還具有良好的間隙寬度公差，能夠釬焊500μm以上的間隙。

 用本文的釬焊填充金屬釬焊接頭具有由Cr—P富相和Ni—Fe—Si—Cu富相的均勻混合組成的微觀結(jié)構(gòu)。令人驚訝的是，發(fā)現(xiàn)硅和磷的擴(kuò)散受到釬焊填充金屬中銅的存在的限制。Cu的存在也阻止了磷在基材晶界處的析出。不含銅的釬焊填充金屬在基材中具有較寬的擴(kuò)散區(qū)，并且在晶界處還存在磷析出，可能導(dǎo)致基材脆化。

以兩種鐵釬焊填充金屬為參考物質(zhì);Fe24Cr20Ni10Cu7P5Si5Mn（稱為Ref 1）和Fe29Cr18Ni7Si6P（稱為Ref 2）。

 Ref 1是一種鐵基釬料，BrazeLet? F300，由H?gan?s AB生產(chǎn)。

另外，通過水霧化法制備了三種不同的釬料金屬釬料。

表1示出了所生產(chǎn)的釬焊填充金屬的實際組成。每種成分的量以重量百分比表示。“bal”（平衡）一詞表示熔體中的剩余材料由Fe組成。根據(jù)本發(fā)明，填充金屬粉末包含至少20重量%的Fe，并且其余組分在指示的限度內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以便加起來高達(dá)100重量%。微量元素是由生產(chǎn)方法引起的不可避免的雜質(zhì)的結(jié)果，微量元素的存在量很小，以至于它們不會影響釬焊填充材料的性能。微量元素的總量通常小于1 wt %。