本发明涉及放热焊接技术领域，尤其是一种铜覆钢放热焊剂及其制备方法和应用。
背景技术：
随着电网建设的快速发展，电力工程对电力设备的安全可靠性要求越来越高。其中，接地工程是保障电气设备安全稳定运行以及人员安全的重要设施。我国接地工程多采用铜和铜覆钢接地材料，其中，铜覆钢是为了缓解铜资源短缺研发和使用的一种新型复合材料，综合了钢材强度高、成本低和铜导电性、耐腐蚀性的优点，近十年已得到广泛应用。但是，由于市场上多为0.25mm铜层厚度铜覆钢，在重腐蚀地区仍不能满足设计寿命要求，0.5-1.0mm厚铜层铜覆钢由于优异的耐腐蚀性，逐步得到市场的应用和广泛的认可，获得了大量应用。
现有的放热焊剂配方，多是针对0.25mm薄铜层铜覆盖材料设计，应用于0.5mm以上厚铜层铜覆钢材料的焊接，会造成放热焊接头铜含量低、纯净度低和缺陷高等缺点，严重影响厚铜层铜覆钢接地网的整体工程质量和安全性。而针对0.5mm以上厚铜层铜覆钢材料的焊接，现阶段采用的焊剂多为氧化铜和铝粉，并增加少量元素改善接头性能，这种常规的方式获得的接头，其耐腐蚀性和热稳定性与接地本体材料铜覆钢有一定的差距，成为接地工程的薄弱环节。为了提高放热焊接头的热稳定性，通常采用的技术手段是提高放热焊接头的电阻率和熔点，同时接头的纯度越高、致密性越好，接头的耐腐蚀性越好。一些专利为了提高接头熔点采用加入氧化铁的方式，但在一定程度提高熔点的同时，接头导电率大幅降低，另外铁的加入会造成接头耐腐性大幅降低，不是提高接头整体质量的合理方法；一些专利采用镧铈稀土合金，镧铈稀土和可以改善接头组织致密性，但对导电性有不利影响，降低了接头的热稳定性。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种放热焊剂及其制备方法和应用，将本发明的放热焊剂用于0.5mm以上厚铜层铜覆钢的焊接，以提高放热焊接头质量、热稳定性和耐腐蚀性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种铜覆钢放热焊剂，以质量百分含量计，包括铜粉25-35％、氧化铜粉25-35％、铝粉20-30％、锡粉1-3％、铁粉1-3％、钼粉5-10％、钇粉0.5-1.5％、萤石粉2-3％和大理石粉1-2％。
优选的，所述铜粉、铝粉和铁粉的纯度独立为99-99.5％，所述铜粉、铝粉和铁粉的粒度独立为80-120目。
优选的，所述氧化铜粉的氧化度为80-85％，所述氧化铜粉的粒度为80-120目。
优选的，所述锡粉的纯度为99.9％，所述锡粉的粒度为100-200目。
优选的，所述钼粉的纯度为99.9％，粒度为100-200目。
优选的，所述钇粉的纯度为99.9％，粒度为200-300目。
优选的，所述萤石粉和大理石粉的粒度独立为100-200目。
本发明还提供上述方案所述铜覆钢放热焊剂的制备方法，包括以下步骤：将对应所述铜覆钢放热焊接组成的原料进行混合，得到铜覆钢放热焊剂。
本发明还提供上述方案所述铜覆钢放热焊剂或上述方案所述制备方法制备得到的铜覆钢放热焊剂在电力接地工程用铜覆钢焊接中的应用。
优选的，所述铜覆钢的铜层厚度在0.5mm以上。
本发明加入钼粉，代替现有焊剂采用氧化铁改善接头熔点的方法，钼具备比铁更高的熔点，高达2610℃，远高于铁的熔点1535℃，同时钼具备较高的导电率，是铁的导电率的2倍，因此加入钼元素，在大幅提升接头熔点的同时，可以改善接头导电性，使接头具备更高的热稳定系数。本发明加入适量的稀土钇粉，一方面可以起到净化杂质元素、改善组织致密性的作用，提高材料的耐腐蚀性；另一方面，适量的稀土元素钇会改善接头的导电性，进一步提升接头的热稳定性；采用稀土钇粉较镧铈稀土合金获得的接头，具备更优异的性能。
具体实施方式
本发明提供了一种铜覆钢放热焊剂，以质量百分含量计，包括铜粉25-35％、氧化铜粉25-35％、铝粉20-30％、锡粉1-3％、铁粉1-3％、钼粉5-10％、钇粉0.5-1.5％、萤石粉2-3％和大理石粉1-2％。
以质量百分含量计，本发明提供的铜覆钢放热焊剂包括铜粉25-35％，优选为28-32％，更优选为29-31％。在本发明中，所述铜粉的纯度优选为99-99.5％，所述铜粉的粒度优选为80-120目，更优选为90-110目，最优选为100目。本发明相较于现有的放热焊剂，提高了铜粉的含量，有利于提高焊接接头纯铜的纯度，进而提高接头的耐腐蚀性。
本发明提供的铜覆钢放热焊剂包括氧化铜粉25-35％，优选为28-32％，更优选为29-31％。在本发明中，所述氧化铜粉的氧化度优选为80-85％，更优选为81-84％，进一步优选为82-83％；所述氧化铜粉的粒度优选为80-120目，更优选为90-110目，最优选为100目。
本发明提供的铜覆钢放热焊剂包括铝粉20-30％，优选为22-28％，更优选为24-26％。在本发明中，所述铝粉的纯度优选为99-99.5％，所述铝粉的粒度优选为80-120目，更优选为90-110目，最优选为100目。
本发明提供的铜覆钢放热焊剂包括锡粉1-3％，优选为1.5-2.5％，更优选为2.0％。在本发明中，所述锡粉的纯度优选为99.9％，所述锡粉的粒度优选为100-200目，更优选为120-160目。
本发明提供的铜覆钢放热焊剂包括铁粉1-3％，优选为1.5-2.5％，更优选为2.0％。在本发明中，所述铁粉的纯度优选为99-99.5％；所述铁粉的粒度优选为80-120目，更优选为90-110目，最优选为100目。
本发明提供的铜覆钢放热焊剂包括钼粉5-10％，优选为6-9％，更优选为7-8％。在本发明中，所述钼粉的纯度优选为99.9％，粒度优选为100-200目，更优选为120-180目。本发明加入钼粉，代替现有焊剂采用氧化铁改善接头熔点的方法，钼具备比铁更高的熔点，高达2610℃，远高于铁的熔点1535℃，同时钼具备较高的导电率是铁的导电率的2倍，因此加入钼元素，在大幅提升接头的熔点的同时，可以改善接头导电性，使接头具备更高的热稳定系数。
本发明提供的铜覆钢放热焊剂包括钇粉0.5-1.5％，优选为0.7-1.3％，更优选为0.9-1.1％。在本发明中，所述钇粉的纯度优选为99.9％，粒度优选为200-300目，更优选为300目。本发明加入适量的稀土钇粉，一方面可以起到净化杂质元素、改善组织致密性的作用，提高材料的耐腐蚀性；另一方面，适量的稀土元素钇会改善接头的导电性，进一步提升接头的热稳定性；采用稀土钇粉较镧铈稀土合金获得的接头，具备更优异的性能。
本发明提供的铜覆钢放热焊剂包括萤石粉2-3％，优选为2.2-2.8％，更优选为2.4-2.6％。在本发明中，所述萤石粉的粒度优选为100-200目，更优选为200目。
本发明提供的铜覆钢放热焊剂包括大理石粉1-2％，优选为1.2-1.8％，更优选为1.4-1.6％。在本发明中，所述大理石粉的粒度优选为100-200目，更优选为200目。在本发明中，所述萤石粉和大理石粉是作为造渣剂。
本发明提供了上述方案所述铜覆钢放热焊剂的制备方法，包括以下步骤：将对应所述铜覆钢放热焊接组成的原料进行混合，得到铜覆钢放热焊剂。本发明对所述混合的过程没有特殊要求，能够保证各原料混合均匀即可。
本发明提供了上述方案所述铜覆钢放热焊剂或上述方案所述制备方法制备得到的铜覆钢放热焊剂在电力接地工程用铜覆钢焊接中的应用。在本发明中，所述铜覆钢的铜层厚度优选在0.5mm以上，更优选为0.5-1.0mm。本发明对所述应用的方法没有特殊要求，采用本领域熟知的应用方法即可。
下面结合实施例对本发明提供的铜覆钢放热焊剂及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以质量百分含量计，铜覆钢放热焊剂的组成为：铜粉35％、氧化铜粉25％，铝粉20％、锡粉2.5％、铁粉1.5％、mo粉10％、钇粉1％，同时加入萤石粉3％、大理石粉2％作为造渣剂。
其中，氧化铜的氧化率为85％，铜粉的纯度为99.5％，铝粉的纯度99.5％，铁粉的纯度99.5％，铜粉、氧化铜粉、铝粉、铁粉的粒度为100目；钼粉纯度99.9％，粉末粒度为200目；锡粉的纯度为99.9％，粉末粒度为200目；钇粉纯度99.9％，粉末粒度为300目；萤石和大理石的粒度为200目。
采用本焊剂对0.8mm厚度的铜覆钢进行放热焊接，所得的放热焊接接头性能测试方法如下：
1、熔点
采用差热分析法(dta)测试接头熔点，以开始熔融的温度为熔点；
2、孔隙率
利用扫描电镜分析接头微观组织，统计孔隙率所占比例；
3、电阻值
依据dl/t1342-2014电气接地工程用材料及连接件标准，测试所得的放热焊接头电阻；
4、耐腐蚀性能
利用电化学工作站，对所得的放热焊接头，在北京土壤环境进行电化学腐蚀试验，分析极化曲线获得腐蚀电流，依据腐蚀电流计算获得平均土壤腐蚀速率。
具体的测试结果见表1。
实施例2
以质量百分含量计，铜覆钢放热焊剂的组成为：铜粉25％、氧化铜粉30％，铝粉25％、锡粉2％、铁粉2.5％、mo粉10％、钇粉1.5％，同时加入萤石粉3％、大理石粉1％作为造渣剂。
其中，氧化铜的氧化率为85％，铜粉的纯度为99.5％，铝粉的纯度99.5％，铁粉的纯度99.5％，铜粉、氧化铜粉、铝粉、铁粉的粒度为100目；钼粉纯度99.9％，粉末粒度为200目；锡粉的纯度为99.9％，粉末粒度为200目；钇粉纯度99.9％，粉末粒度为300目；萤石和大理石的粒度为200目。
采用本实施例制备的焊剂对1.0mm厚度的铜覆钢进行放热焊接，对所得放热焊接接头的性能进行测试，测试方法参照实施例1，测试结果如表1所示。
实施例3
以质量百分含量计，铜覆钢放热焊剂的组成为：铜粉35％、氧化铜粉35％，铝粉20％、锡粉1％、铁粉1.5％、mo粉5％、钇粉0.5％，同时加入萤石粉2％、大理石粉1％作为造渣剂。
其中，氧化铜的氧化率为85％，铜粉的纯度为99.5％，铝粉的纯度99.5％，铁粉的纯度99.5％，铜粉、氧化铜粉、铝粉、铁粉的粒度为100目；钼粉纯度99.9％，粉末粒度为200目；锡粉的纯度为99.9％，粉末粒度为200目；钇粉纯度99.9％，粉末粒度为300目；萤石和大理石的粒度为200目。
采用本实施例制备的焊剂对0.5mm厚度的铜覆钢进行放热焊接，对所得放热焊接接头的性能进行测试，测试方法参照实施例1，测试结果如表1所示。
对比例1
与实施例3的不同之处在于，以质量百分含量计，铜覆钢放热焊剂的组成为：铜粉35％、氧化铜粉35％，铝粉25％、锡粉1％、铁粉1.5％，同时加入萤石粉2％、大理石粉1％作为造渣剂。
采用本对比例的焊剂对0.5mm厚度的铜覆钢进行放热焊接，对所得放热焊接接头的性能进行测试，测试方法参照实施例1，测试结果如表1所示。
对比例2
与实施例3的不同之处在于，以质量百分含量计，铜覆钢放热焊剂的组成为：铜粉35％、氧化铜粉35％，铝粉20％、锡粉2％、铁粉3％、钇粉1％，同时加入萤石粉2％、大理石粉1％作为造渣剂。
采用本对比例的焊剂对0.5mm厚度的铜覆钢进行放热焊接，对所得放热焊接接头的性能进行测试，测试方法参照实施例1，测试结果如表1所示。
表1对比例和实施例性能对比
由表1的结果可知，实施例1-3所得的放热焊接头熔点为1220-1280℃，远高于铜覆钢铜层熔点1083℃，高熔点可保障放热焊接头的高的热稳定性；所得的放热焊接头无裂纹，孔隙率为3-5％，远低于市场放热焊接头10-15％的孔隙率，高组织致密性有助于提升接头的耐腐蚀性和电气性能；同长度带接头铜覆钢与不带接头铜覆钢电阻值比为1.01-1.04，小于1.05，属于优质放热焊接头，高导电率有助于保障接头的电气性能；平均土壤腐蚀速率为0.002-0.003mm/a，远低于市场焊接接头0.008mm/a的平均腐蚀速率，高耐蚀性有助于延长接头使用寿命。
此外，从表1还可以看出，添加钼粉有助于提高焊接接头熔点，添加钇可以提升组织致密性进而增加耐腐蚀性，综合添加钼和钇，可大幅提升焊接接头综合性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种铜覆钢放热焊剂，其特征在于，以质量百分含量计，包括铜粉25-35％、氧化铜粉25-35％、铝粉20-30％、锡粉1-3％、铁粉1-3％、钼粉5-10％、钇粉0.5-1.5％、萤石粉2-3％和大理石粉1-2％。
2.根据权利要求1所述的铜覆钢放热焊剂，其特征在于，所述铜粉、铝粉和铁粉的纯度为99-99.5％，所述铜粉、铝粉和铁粉的粒度为80-120目。
3.根据权利要求1所述的铜覆钢放热焊剂，其特征在于，所述氧化铜粉的氧化度为80-85％，所述氧化铜粉的粒度为80-120目。
4.根据权利要求1所述的铜覆钢放热焊剂，其特征在于，所述锡粉的纯度为99.9％，所述锡粉的粒度为100-200目。
5.根据权利要求1所述的铜覆钢放热焊剂，其特征在于，所述钼粉的纯度为99.9％，粒度为100-200目。
6.根据权利要求1所述的铜覆钢放热焊剂，其特征在于，所述钇粉的纯度为99.9％，粒度为200-300目。
7.根据权利要求1所述的铜覆钢放热焊剂，其特征在于，所述萤石粉和大理石粉的粒度为100-200目。
8.权利要求1-7任一项所述铜覆钢放热焊剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将对应所述铜覆钢放热焊接组成的各种原料进行混合，得到铜覆钢放热焊剂。
9.权利要求1-7任一项所述铜覆钢放热焊剂或权利要求8所述制备方法制备得到的铜覆钢放热焊剂在电力接地工程用铜覆钢焊接中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述铜覆钢的铜层厚度在0.5mm以上。
技术总结