铜磷钎料：合金填料选用及使用技巧

铜磷钎料由于工艺性能好，价格低，在钎焊铜及铜合金方面得到广泛的应用。

磷在铜中起两种作用：根据Cu-P合金相图（见图3-61）^[2]341，磷能显著降低铜的熔点。当w（P）为8.4%时，铜与磷形成熔化温度为714℃的低熔共晶，其组织由Cu+Cu₃P组成，Cu₃P为脆性相；随着铜的含磷量增加，Cu₃P相增多，超过共晶成分的铜磷合金由于太脆而无实用价值。Cu₃P相给铜磷钎料带来脆性，它的韧性比银基钎料差得多，只能在热态下挤压或轧制。磷的另一种功能是在空气中钎焊铜时起自钎剂作用。

图3-61 Cu-P合金相图 Fig.3-61 Phase diagram of Cu-P alloys

为了进一步降低铜磷合金的熔化温度和改进其韧度，可加银。Cu-P-Ag三元系合金形成一低熔共晶（见图3-62），其成分为w（Ag）=17.9%，w（Cu）=30.4%和w（Cu₃P）=51.7%，w（P）=7.2%，三元共晶点为646℃^[17]。该成分合金很脆，只能作为用铜磷钎料钎焊的工件补钎用。

Cu-P-Ag三元合金力学性能如图3-63和图3-64所示。图3-63表明，85Cu-5P-15Ag合金具有最好的抗剪强度。铜磷银合金的脆性随着Cu₃P相的增加而急剧提高（见图3-64）。根据这些数据，可以优化能兼顾熔化温度和力学性能要求的铜磷银钎料。

图3-62 Cu-Cu₃P-Ag三元系的液相线 Fig.3-62 The liquidus of Cu-Cu₃P-Ag ternary alloy system

图3-63 Cu-Cu₃P-Ag合金抗剪强度与成分的关系 Fig.3-63 Relationship of shear strength to compositions for Cu-Cu₃P-Ag alloy

为了节约银，可在铜磷钎料中加锡，以达到降低熔化温度的目的。图3-65表明^[24]，在Cu-6P合金中加入w（Sn）=1%的Sn，其液相线明显下降；含锡量继续增加，液相线基本上以直线下降。当含锡量增加到6%时，液相线降低到677℃。Cu-7P和Cu-8P合金具有相同的特性，但比Cu-6P合金的熔化温度更低一些。

图3-64 Cu-Cu₃P-Ag合金韧度与成分的关系 Fig.3-64 Relationship of ductility to compositions for Cu-Cu₃P-Ag alloy

图3-65 锡对铜磷合金液相线的影响 Fig.3-65 Effect of tin additive on liquidus of Cu-P alloys

锡对铜磷合金力学性能的影响如图3-66所示。锡可以提高Cu-6P合金的强度，但当w（Sn）超过1%后，抗拉强度的变化是很小的；锡也可改善Cu-6P合金的延性，加w（Sn）=1%的Sn时，合金伸长率最好，加锡量继续增加，伸长率又趋下降。w（Sn）=4%的Cu-6P合金的伸长率与Cu-6P合金相当，但Cu-6P-4Sn合金的液相线已比Cu-6P下降了一百多度。

图3-66 Cu-6P-Sn钎料的力学性能 a）抗拉强度 b）伸长率

Fig.3-66 The mechanical properties of Cu-6P-Sn alloy

铜磷和铜磷银钎料只能用来钎焊铜及铜合金。为避免形成含磷的脆性金属间化合物，钎料不能用于钎焊钢、镍基合金和w（Ni）超过10%的铜镍合金。铜磷接头的耐蚀性一般来讲与铜相当，但应避免暴露在含硫气体中，在这种环境下铜磷接头有腐蚀倾向。

铜磷钎料包含各种具有不同固相线和液相线范围的成分组合。组件的接头间隙宽或不均匀时，采用有宽熔点范围的铜磷钎料。另一些具有窄熔点范围和良好流动特性的铜磷钎料，对于接头间隙小的工件十分合适。具有宽熔点范围的钎料如果加热慢，可能有偏析的倾向，在选择合金和加热方法时应考虑。

铜磷钎料可以加工成线状、条状、环状和其他形状，如拉丝、颗粒和膏状。可以使用火焰钎焊、炉中钎焊、电阻钎焊和感应钎焊等加热方法。

铜磷钎料的化学成分和性能见表3-45。

表3-46列出了美国焊接学会（AWS）的铜磷钎料，以便对照。

表3-45 铜磷钎料的化学成分和性能（摘自GB/T 6418—2008）Table 3-45 Chemical compositions and properties of copper-phosphorus filler metals

（续）

注：表中钎料的最大杂质含量（质量分数）：Al为0.01%、Bi为0.030%、Cd为0.010%、Pb为0.025%、Zn为0.05%、（Zn+Cd）为0.05%；最大杂质总量为0.25%。

① 多数钎料只有在高于液相线温度时才能获得满意流动性，多数铜磷钎料在低于液相线某一温度钎焊时就能充分流动。

表3-46 美国焊接学会（AWS）的铜磷钎料的化学成分和性能Table 3-46 Copper-phosphorus filler metals at AWS(www.xing528.com)

BCu95P（BCuP-1）钎料是铜磷钎料中含磷量最低的钎料，比其他含磷量高的钎料具有较好的塑性，可以加工成片状使用（最小厚度为0.25mm）。钎料的结晶间隔大，流动性差，特别适宜于预置钎料片的接头。由于钎料结晶间隔大，要求钎料加热速度快，最好采用电阻钎焊。

BCu94P钎料的结晶间隔比BCu95P小，流动性适中，用来钎焊间隙较大（0.07～0.13mm）的接头，钎焊后形成的圆角比用BCu93P钎料钎焊的大。

BCu93P-A、BCu93P-B（BCuP-2）钎料在钎焊温度下具有很好的流动性，可填充小间隙接头，最适宜的间隙为0.03～0.07mm。该钎料在热态下可挤压成丝，钎焊不受冲击载荷的铜和黄铜零部件。钎焊后焊缝的圆角极小。

BCu92P钎料接近铜磷共晶钎料成分，钎焊温度较低，钎料的流动性极好。适用于钎焊间隙很小的接头。钎焊后形成的钎角也极小。

BCu92PAg和BCu91PAg（BCuP-6）钎料中的银改善了钎料的韧性，使钎料加工成型比较容易，钎料接头的韧性也有所提高。BCu92PAg的含磷量较低，钎料的流动性较差。BCu91PAg的含磷量有所提高，流动性也有改善。它在较低钎焊温度下可填充较宽的间隙；在较高钎焊温度下又具有很好的流动性，可填充较小的间隙，因此它适用的钎焊间隙范围大，推荐的接头间隙范围为0.03～0.13mm。此类钎料，尤其是BCu91PAg钎料以预制环的形式在热交换器的管接头钎焊中得到应用。

BCu89PAg（BCuP-3）钎料中的银添加量增加到5%（质量分数）。钎料的加工成型性和钎焊接头的韧性进一步提高。该钎料的含磷量较低，钎料的流动性较差。当不能保证钎焊间隙极小值时，可选用该钎料接头。最佳的钎焊间隙值为0.06～0.13mm。

BCu88PAg（BCuP-7）钎料中的银添加量增加到5%（质量分数），磷添加量增加到6.5%～7.0%（质量分数），钎料的结晶间隔缩小，钎料的流动性增加，优于BCuP-3钎料。用该钎料钎焊时的钎焊温度较低。推荐的钎焊间隙为0.06～0.13mm。该钎料以预制环的形式广泛用于热交换器和管接头钎焊生产中。

BCu87PAg（BCuP-4）钎料的含磷量比BCu89PAg高，因此在钎焊温度下有很好的流动性。与BCu93P-A钎料相似，可填充间隙很小的接头。最适宜的钎焊间隙为0.03～0.08mm。该钎料含6%（质量分数）左右的银，钎料的加工性能和力学性能均有所提高。

BCu80AgP（BCuP-5）钎料的含银量提高到15%（质量分数），钎料的韧性和导电性也进一步提高。它在钎焊温度下的流动性低，适宜于钎焊导电要求高和接头间隙不易控制得很小的零件。推荐的接头间隙为0.06～0.13mm。钎料也可以轧成片状使用。

BCu76AgP（BCuP-8）和BCu75AgP的钎料成分接近于铜银磷三元合金的共晶成分，是铜银磷钎料中熔点最低的材料，并且具有极好的流动性。它适用于钎焊0.025～0.075mm间隙的接头。这种钎料常用于铜磷和铜磷银钎焊接头的辅焊。

BCu80SnPAg钎料是在CuPAg含量基础上添加了10%（质量分数）的Sn，钎料的熔点进一步下降。适用于要求钎焊温度较低的零部件。

BCu87PSn（Si）（BCuP-9）钎料是在CuPSn钎料基础上添加了微量硅元素。硅可防止焊缝圆角冷却时氧化变色，形成银白色的焊缝圆角，同时焊缝圆角也比较大，外观漂亮。该钎料适用于0.05～0.12mm的接头间隙。

BCu92PSb钎料的性能和用途与BCu93P相似，但流动性稍差，电阻率稍高，用于间隙较大（0.07～0.13mm）接头的钎焊。

俄罗斯、德国、美国和我国的一些工厂也还生产一种Cu6P4Sn0.03Si钎料（熔化温度640～680°C）。这种钎料的含磷量和含锡量虽低于BCu87PSn（Si），但它们的熔化温度几乎相同。Cu6P4Sn0.03Si钎料具有BCu87PSn（Si）钎料的所有特点，即钎缝圆角不氧化，呈银白色；钎焊后可形成较大的圆角，便于观察钎缝是否完全填满。采用不同的钎焊温度可填充从小到大的间隙，即用较低的钎焊温度填充小间隙；用较高的钎焊温度填充大间隙，是铜磷和铜磷银钎料的良好替代品。同BCu86SnP钎料相比，Cu6P4Sn钎料的含磷量和含锡量低，钎料的加工成型性较好。

在Cu6P4Sn钎料中加入少量稀土元素可以消除钎料满溢的现象。图3-67a和b分别所示用Cu6P4Sn和Cu6P4SnB钎料钎焊的接头，用Cu6P4Sn钎料钎焊的铜接头发生明显的钎料外溢的现象（见图3-67a）；而用经改进的Cu6P4SnB钎料钎焊的铜接头，外观极为美观（见图3-67b），Cu6P4SnB钎料的熔点为643～685℃，熔点低，钎焊温度也低，适宜于用火焰钎焊、高频钎焊等方法钎焊纯铜、黄铜等铜合金部件。

图3-67 用BCuPSn钎料钎焊的铜零件 a）用Cu6P4Sn钎料 b）用Cu6P4SnB钎料 Fig.3-67 Copper assemble brazed with BCuPSn filler metal

为了进一步降低铜磷钎料的熔化温度，可在铜磷合金中同时加入锡和镍，此时钎料的液相线温度可降到低于660℃，同银铜锌镉钎料的熔化特性很接近。这种钎料由于组织中含有大量脆性相，无法进行挤压加工，只能用快速凝固法制成箔状钎料使用。Cu-P-Sn-Ni非晶态钎料见表3-47。

表3-47 Cu-P-Sn-Ni非晶态钎料Table 3-47 Cu-P-Sn-Ni amorphous brazing filler metals

（续）

Cu-P-Sn-Ni非晶态钎料特别适宜于铜及铜合金以及其他金属的电阻钎焊。图3-68a所示为用BCuPSnNi-C非晶态钎料钎焊的银触头产品。同用BAg40CuZnCd钎料钎焊的银触头产品相比，用BCuPSnNi-C非晶态钎料钎焊的银触头具有以下优点：

图3-68 银触头 a）用BCuPSnNi-C钎焊 b）用BAg40CuZnCd钎焊 Fig.3-68 Silver Contact

1）焊缝外观饱满美观，优于BAg40CuZnCd钎料。

2）钎焊时不用钎剂，可省去银钎料钎焊后的清洗工序。

3）BCuPSnNi-C钎料的价格明显低于BAg40CuZnCd，经济效益明显。