Studies into new, environmentally friendly Ag-Cu-Zn-Sn brazing alloys of low silver content

• Autorzy: Wierzbicki L. J. , Malec W. , Stobrawa J. , Cwolek B. , Juszczyk B.

Warianty tytułu

PL

Badania nowych, ekologicznych spoiw twardych Ag-Cu-Zn-Sn o niskiej zawartości srebra

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper present selected results of the research conducted for elimination of toxic cadmium from silver based brazing alloys of Ag-Cu-Zn-Cd type. The investigations were conducted with nine new alloys of constant, low silver content (25%) and diversified copper (38.8-46%), zinc (19-32%) and tin (3-10%) contents. Tin was selected as potentially the best cadmium substitute basing on literature review and analysis of equilibrium systems. For examinations and tests a series of ingots in laboratory scale was manufactured, as well as some ingots in pilot scale for the selected, most promising alloys. Complex metallographic examinations of the brazing alloys samples produced in various conditions were made as well as analyses of their phase composition. Also mechanical properties of the samples both in ambient and in elevated temperatures were examined, and physical and technological properties and usability of the alloys were determined. The last stage of the study covered laboratory trials of brazing using the selected alloys. Basing on the results it can be said that there is a possibility to substitute selected cadmium containing silver-based alloys with environmentally friendly alloys of Ag-Cu-Zn-Sn type of relatively low silver content. Low range of melting point was reached, as preliminary assumed. Mechanical properties of the studied alloys strongly depend on temperature, and present limited plasticity in room temperature, while at high temperature (over 500°C) present superplasticity. The examined alloys show good spreadability and the brazing tests confirmed their good reactions both with copper and brass base in a wide temperature range.

PL

W niniejszym artykule przedstawiono wybrane wyniki prac, których celem jest wyeliminowanie toksycznego kadmu ze srebrowych spoiw twardych typu Ag-Cu-Zn-Cd. Badaniami objęto 9 nowych gatunków stopów o stałej, niskiej zawartości srebra (25%) oraz zróżnicowanej zawartości miedzi (38,8-46%), cynku (19-32%) oraz cyny (3-10%). Cyna została wytypowana, na podstawie analizy literaturowej oraz układów równowagowych, jako potencjalnie najlepszy zamiennik kadmu. Wytworzono szereg wlewków w skali laboratoryjnej oraz dla wybranych, najbardziej obiecujących gatunków spoiw, wlewki w skali półtechnicznej przeznaczone do badań i prób. Przeprowadzono kompleksowe badania metalograficzne próbek spoiw wytworzonych w róznych warunkach oraz dokonano analizy skżadu fazowego. Wykonano także badania wżaściwości mechanicznych próbek zarówno w temperaturze otoczenia jak i podwyższonej oraz badania właściwości fizycznych, technologicznych i użytkowych. W ostatnim etapie pracy przeprowadzono laboratoryjne próby lutowanie przy zastosowaniu wybranych spoiw. Uzyskane wyniki badań pozwalają stwierdzić, że możliwe jest zastąpienie wybranych gatunków spoiw srebrowych kadmowych stopami ekologicznymi z grupy Ag-Cu-Zn-Sn o stosunkowo niskiej zawartości srebra. Uzyskano, zakładany we wstępnym etapie prac, niski zakres temperatury topnienia. Właściwości mechaniczne badanych stopów silnie zależą od temperatury, charakteryzują się one ograniczoną plastycznościa w temperaturze pokojowej, by w wysokiej temperaturze (ponad 500°C) wykazywać cechy nadplastyczne. Badane spoiwa charakteryzują się dobrą rozpływnością, a próby lutowania wykazały, że dobrze reagują zarówno z podłożem miedzianym jak i mosiężnych w szerokim zakresie temperatury.

Słowa kluczowe

EN

cadmium; silver; environmentally friendly alloys; brazing alloys; mechanical properties; microstructure; phase composition

PL

kadm; srebro; spoiwa ekologiczne; stopy lutownicze; właściwości mechaniczne; mikrostruktura; skład fazowy

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, iss. 1
• Strony: 147--158
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wierzbicki L. J.

autor

Malec W.

autor

Stobrawa J.

autor

Cwolek B.

autor

Juszczyk B.

• Institute of Non-Ferrous Metals, 44-100 Gliwice, 5 Sowińskiego Str., Poland

Bibliografia

• [1] M. M. Schwarz, Brazing, ASM International, Metals Park, (2003).
• [2] T. Radomski, A. Ciszewski, Lutowanie, WNT, Warszawa, (1985).
• [3] D. Brandon, W. D. Kaplan, Joining processes. An introduction, John Wiley and Sons, Chichester, (1997).
• [4] J. Nowacki, M. Chudzinski, P. Zmitrowicz, Lutowanie w budowie maszyn, WNT,Warszawa, (2007).
• [5] J. Pilarczyk, Poradnik inżyniera. Spawalnictwo, tom 2, WNT, Warszawa, 565-646, (2005).
• [6] E. Gawęda, Kadm i jego związki w środowisku pracy - zagrożenia, ocena ryzyka zawodowego, Bezpieczeństwo pracy 10 (387), 17-19 (2003).
• [7] S. Kumorkiewicz, J. Prus, I. Surma, Kadm (Cd), Wydział Farmaceutyczny Collegium Medicum, http://farmacja.cm-uj.krakow.pl/.
• [8] Dyrektywa Rady WE 76/769/EWG z dnia 27 lipca 1976 r. w sprawie zbliżenia przepisów ustawowych, wykonawczych i administracyjnych Państw Członkowskich odnoszących się do ograniczeń we wprowadzaniu do obrotu i stosowaniu niektórych substancji i preparatów niebezpiecznych (Dz.U. W.E. L262/201 z 27.09.1976, s. 317).
• [9] Dyrektywa Rady UE nr 96/61/WE z dnia 24 września 1996 r. dotycząca zintegrowanego zapobiegania zanieczyszczeniom i ich kontroli (Dz.U. L 257 z 10.10.1996, str. 26).
• [10] Dyrektywa 2002/95/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z 27.01.2003 w sprawie ograniczenia stosowania niektórych niebezpiecznych substancji w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym (Dz.U. L 37 z 13.2.2003, s. 19).
• [11] PN-EN 1044, Lutowanie twarde. Spoiwa, (2002).
• [12] ANSI/AWS A5.8/A5.8M:2004, Specification for filler metals for brazing and braze welding, (2004).
• [13] Lucas Milhaupt, Inc. - WHX Corporation, materiały informacyjne.
• [14] BrazeTec - Umicore AG & Co. KG, materiały informacyjne.
• [15] B. Cwolek, R. Zycinski i inni, Opracowanie bezkadmowego stopu o niskiej zawartości srebra (do 40% Ag) i obnizonej temperaturze likwidusu (ponizej 650 C), spr. IMN nr 5856/I-II/2001-2002, niepublikowane.
• [16] J. Stobrawa, Ł. Wierzbicki, L. Ciura, W. Malec, B. Cwolek, B. Juszczyk, Podatność do przeróbki plastycznej stopów Ag-Cu-Zn-Sn, Hutnik 76 (8), 442-445 (2008).
• [17] J. Stobrawa, Ł. Wierzbicki, L. Ciura, W. Malec, B. Cwolek, Microstructure and properties examination of cast Cu-Zn-Ag-Sn brazing alloys, Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes MSE, Nurnberg (2008).
• [18] M. F. Arenas, V. L. Acoff, R. G. Reddy, Physical properties of selected brazing filler metals, Science and Technology of Welding and Joining 9, 5, 423 (2004).
• [19] S. C. Dev, C. S. Sivaramakrishnan, An indigenous technology for a silver brazing alloy, Materials and design 17, 2, 75-78 (1996).