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

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.

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.