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CN114807677B - 一种锡合金及其制备方法 - Google Patents

一种锡合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于合金材料技术领域，更具体的涉及一种锡合金及其制备方法。一种锡合金，制备原料包括：铜、锡、锗、镍、钴、钇中的至少三种。经本发明制备的锡合金可以在380～430℃温度下工作，实现了良好的引脚镀锡和漆包线焊接；经本发明制备的锡合金在漆包线焊接过程中漆包线皮膜残留干净，不会附着于焊点；经本发明制备的锡合金具有较好的耐高温和抗氧化效果，在使用过程中避免了锡表面可能出现的氧化现象。

Description

一种锡合金及其制备方法
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，更具体的涉及一种锡合金及其制备方法。
背景技术
现阶段在变压器漆包线的接头焊接工作中，为了去除漆包线皮膜，需要较高的焊接温度，但是在高温下容易对漆包线铜材严重溶蚀，导致失效，并且，漆包线皮膜容易包覆在焊点表面造成污染。
同时，在浸锡中，变压器引脚拉离熔锡液面时，容易有拉尖，破坏引脚的外观一致性，对变压器漆包线的接头焊接工作造成不良影响。
为了避免浸锡焊接过程中漆包线皮膜覆盖在焊点表面造成污染，以及焊点容易形成尖状锡尖的缺陷，仍是研究者们面临的一项重要考验和挑战。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种锡合金，制备原料包括：铜、锡、锗、镍、钴、钇中的至少三种。
作为一种优选的技术方案，制备原料包括铜、锡、锗、钴、钇。
作为一种优选的技术方案，制备原料按重量百分比计，包括：铜3-6％、镍0.15-0.3％、锗0.001-0.075％、钴0.001-0.01％、钇0.0005-0.005％、余量为锡。作为一种优选的技术方案，制备原料按重量百分比计，包括：铜3-5％、镍0.18-0.25％、锗0.005-0.05％、钴0.005-0.008％、钇0.0005-0.001％、余量为锡。
作为一种优选的技术方案，所述的钴和钇的重量百分比之和＜0.06％。
作为一种优选的技术方案，所述的锗和钴的重量百分比之和＜0.06％。
作为一种优选的技术方案，所述的锗和钇的重量百分比之和＜0.06％。
作为一种优选的技术方案，所述的锗、钴、钇重量百分比之和≤0.06％。
本发明的第二方面提供了一种锡合金的制备方法，包括以下步骤：
1)按照原料组成的质量百分比备料；
2)将步骤1准备原料混合得到金属混合物，然后再熔解炉中熔解并均匀化，即得。
本发明的第三方面提供了一种漆包线，由锡合金制备得到。
有益效果：经本发明制备的锡合金具有以下优点：
1.经本发明制备的锡合金可以在380～430℃温度下工作，实现了良好的引脚镀锡和漆包线焊接；
2.经本发明制备的锡合金在漆包线焊接过程中漆包线皮膜残留干净，不会附着于焊点；
3.经本发明制备的锡合金在使用过程中引脚镀层光滑平整，不会出现拉尖缺陷；
4.经本发明制备的锡合金具有较好的耐高温和抗氧化效果，在使用过程中避免了锡表面可能出现的氧化现象。
具体实施方式
结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。
在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种锡合金，制备原料包括：铜、锡、锗、镍、钴、钇中的至少三种。
在一些优选的实施方式中，制备原料包括铜、锡、锗、钴、钇。
在一些优选的实施方式中，制备原料按重量百分比计，包括：铜3-6％、镍0.15-0.3％、锗0.001-0.075％、钴0.001-0.01％、钇0.0005-0.005％、余量为锡。
在一些优选的实施方式中，制备原料按重量百分比计，包括：铜3-6％、镍0.15-0.25％、锗0.001-0.06％、钴0.005-0.008％、钇0.005-0.001％、余量为锡。
在一些优选的实施方式中，制备原料按重量百分比计，包括：铜3-5％、镍0.18-0.25％、锗0.005-0.05％、钴0.005-0.008％、钇0.0005-0.001％、余量为锡。
在实验过程中发明人发现，锗的加入对制备得到的锡合金在使用过程中的效果具有重要影响。在锗重量百分比为0.005-0.05％时，可以避免焊接过程中出现的引脚拉尖现象，发明人推测随着一定含量的锗的加入，可以改变锡合金的使用温度，保证了其在使用过程中保证了锡的流动性，避免爬锡时可能出现的温度过低现象，避免了引脚拉尖现象的出现。
发明人在实验过程中发现，在锡合金制备过程中不加入锗，不仅出现严重的引脚拉尖现象，影响其在漆包线的使用，而且还会造成锡合金的使用温度大大降低，降低了其应用价值。
在一些优选的实施方式中，制备原料按重量百分比计，包括：铜4.5％、镍0.2％、锗0.04％、钴0.006％、钇0.008％、余量为锡。
在一些优选的实施方式中，制备原料按重量百分比计，包括：铜5％、镍0.2％、锗0.04％、钴0.006％、钇0.008％、余量为锡。
发明人经过大量创造性实验探究发现，铜含量对制备得到的锡合金在漆包线焊接过程中具有重要影响。在本体系中，通过铜与镍、锡、锗、钴、钇金属之间的协同作用，可以形成致密、无内部缺陷的整体结构，在此条件下，减缓了铜元素向基体中扩散，提高了锡合金的耐高温性能和机械冲击性能，保证了其在380～430℃条件下使用的可能，实现了良好的引脚镀锡和漆包线焊接，漆包线皮膜不会附着于焊点，漆包线无变细、拉尖现象出现。
同时，发明人发现，铜重量的降低，会造成锡合金的耐高温性能大大下降，当铜含量为2％时，在380℃温度下焊接变压器漆包线接头时，出现严重的溶蚀现象。
在一些优选的实施方式中，所述的钴和钇的重量百分比之和＜0.06％。
在一些优选的实施方式中，所述的锗和钴的重量百分比之和＜0.06％。
在一些优选的实施方式中，所述的锗和钇的重量百分比之和＜0.06％。
在一些优选的实施方式中，所述的锗、钴、钇重量百分比之和≤0.06％。
在一些优选的实施方式中，所述的锗、钴、钇的重量百分比为10～30：3：4。
在一些优选的实施方式中，所述的锗、钴、钇的重量百分比为20：3：4。
发明人在实验过程中发现，常温下锡的性质稳定，但是在高温条件下使用时，常常会出现锡被氧化的现象，导致锡的形态等发生变化，主要原因在于锡在常温下为正方晶系的晶体结构，随着温度升高和降低均会使锡的晶格发生变化，为了保证锡合金在变压器漆包线接头焊接过程中的应用，发明人经过大量创造性实验探究发现，在本体系中加入锗、钴、钇，并且保证其重量比为20：3：4，锗、钴、钇重量百分比之和≤0.06％时，可以保证变压器漆包线的接头焊接可以在380～430℃高温条件下进行，发明人推测出现这种现象的原因是：钴本身具有极高的耐高温效果，在与锗和钇复配使用的时候，可以进一步增强与氧之间的亲和力，形成较稳定的钇氧化物或者钴氧化物保护膜，阻碍氧向合金内部扩散浸入，减缓了合金内部锡被氧化的程度，提升了锡合金的应用价值。
在一些优选的实施方式中，所述的锗的重量为铜重量的0.8～1wt％。
在实验过程中发明人发现，加入的锗和铜的含量要严格控制，在锗的重量为铜重量的0.8～1wt％时，可以保证在浸锡过程中变压器引脚拉离熔锡液面时，不会出现拉尖现象，保证引脚镀层光滑平整，保证引脚外观的一致性，避免了焊接过程中不良现象的出现和焊点表面的污染。
本发明的第二方面提供了一种锡合金的制备方法，包括以下步骤：
1)按照原料组成的质量百分比备料；
2)将步骤1准备原料混合得到金属混合物，然后再熔解炉中熔解并均匀化，即得。
本发明的第三方面提供了一种漆包线，由锡合金制备得到。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明的作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例
实施例1
一种锡合金，制备原料按重量百分比计，包括：铜4％、镍0.2％、锗0.04％、钴0.006％、钇0.008％、余量为锡。
一种锡合金的制备方法，包括以下步骤：
1)按照原料组成的质量百分比备料；
2)将步骤1准备原料混合得到金属混合物，然后再熔解炉中熔解并均匀化，即得。
实施例2
一种锡合金，制备原料按重量百分比计，包括：铜4.5％、镍0.2％、锗0.04％、钴0.006％、钇0.008％、余量为锡。
锡合金的制备方法参照实施例1。
实施例3
一种锡合金，制备原料按重量百分比计，包括：铜5％、镍0.2％、锗0.04％、钴0.006％、钇0.008％、余量为锡。
锡合金的制备方法参照实施例1。
实施例4
一种锡合金，制备原料按重量百分比计，包括：铜4.5％、镍0.2％、锗0.02％、钴0.006％、钇0.008％、余量为锡。
锡合金的制备方法参照实施例1。
实施例5
一种锡合金，制备原料按重量百分比计，包括：铜4.5％、镍0.2％、锗0.006％、钴0.006％、钇0.008％、余量为锡。
锡合金的制备方法参照实施例1。
实施例6
一种锡合金，制备原料按重量百分比计，包括：铜2％、镍0.2％、锗0.04％、钴0.006％、钇0.008％、余量为锡。
锡合金的制备方法参照实施例1。
实施例7
一种锡合金，制备原料按重量百分比计，包括：铜6％、镍0.2％、锗0.04％、钴0.006％、钇0.008％、余量为锡。
锡合金的制备方法参照实施例1。
实施例8
一种锡合金，制备原料按重量百分比计，包括：铜8％、镍0.2％、锗0.04％、钴0.006％、钇0.008％、余量为锡。
锡合金的制备方法参照实施例1。
实施例9
一种锡合金，制备原料按重量百分比计，包括：铜4.5％、镍0.2％、锗0.04％、钴0.04％、钇0.04％、余量为锡。
实施例10
一种锡合金，制备原料按重量百分比计，包括：铜4.5％、镍0.2％、钴0.006％、钇0.0008％、余量为锡。
性能测试：
1.流动性测试：将本申请实施例制备得到的锡合金用于流动性测试，测试方式采用金属流动性螺旋模具，依据模具尾端刻度进行长度记录，规定长度大于500mm，流动性记为优；长度在100-500mm之间，流动性记为良；长度小于100mm，流动性记为差；并将测试结果记录于下表。
2.抗铜蚀测试：将本申请实施例制备得到的锡合金用于抗铜蚀测试，取线径为0.1mm的铜线，加入实施例制备得到的锡合金在400℃条件下形成的锡合金液中，记录铜线被完全熔化断开的时间，并将测试结果记录于下表。
3.外观变化：将实施例制备得到的锡合金放置在根据GB/T10125-2012人造气氛环境中，放置1个月，观察外观变化，并将结果记录于下表。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种锡合金，其特征在于，制备原料按重量百分比计，包括：铜4%、镍0.2%、锗0.04%、钴0.006%、钇0.008%、余量为锡；或铜4.5%、镍0.2%、锗0.04%、钴0.006%、钇0.008%、余量为锡；或铜5%、镍0.2%、锗0.04%、钴0.006%、钇0.008%、余量为锡。
2.一种根据权利要求1所述的锡合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照原料组成的质量百分比备料；
2）将步骤1准备原料混合得到金属混合物，然后在熔解炉中熔解并均匀化，即得。
3.一种漆包线，其特征在于，由权利要求1所述的锡合金制备得到。
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