CN115570296A - 一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接材料制备技术领域，具体涉及一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料，中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:5％～14％、Sb：6％～15％，熔化范围为：450℃～618.4℃，该材料在Ag‑Cu共晶焊料合金基础上，加入合金化元素Sn和Sb，制备了新型的Ag‑Cu‑Sn‑Sb中温无镉焊料合金，Sn元素可以降低焊料的固、液相线温度，改善焊料流动性；提高了焊料润湿性能和焊接接头的力学性能，Sb元素提高焊料的润湿性，细化焊料组织，提高焊料导电率和塑性力学性能，该材料中有质量分数为20％的Sn和Sb，大大降低了焊料的生产成本，解决现有中温焊料制造成本高，不符合企业生产效益的问题。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料制备技术领域，尤其涉及一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料。
背景技术
近年来，随着电子信息产业、家电、汽车、军工等行业的迅速发展，对焊料的需求量越来越大。由于电子器件的精密化，对于尺寸小、结构复杂的部件进行焊接时，需要使用熔化温度为450℃～600℃中温焊料。
Ag-Cu基焊料能用来焊接几乎所有黑色金属和大多数有色金属，是生产应用最为广泛的焊料。传统的Ag-Cu基中温无镉焊料合金普及难度大，因为Ag和Cu的购买成本太高，不符合企业的生产效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料，旨在解决现有中温焊料制造成本高，不符合企业生产效益的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料，所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:5％～14％、Sb：6％～15％，熔化范围为：450℃～618.4℃。
其中，所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:14％、Sb:6％，熔化范围为：490.1℃～618.4℃。
其中，所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:12％、Sb:8％，熔化范围为：485.3℃～534.2℃。
其中，所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:10％、Sb:10％，熔化范围为：486.3℃～529.8℃。
第二方面，本发明还提供了一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料制备方法，包括以下步骤：
S1将秤重好的Ag、Cu、Sn和Sb原料混合均匀后放入真空熔炉中；
S2利用氩气冲洗所述真空熔炉炉腔，对所述真空熔炉抽真空后，向所述真空熔炉填充氩气；
S3通过所述真空熔炉运作熔炼混合均匀后的原料，得到熔炼物；
S4翻样所述熔炼物再次进行熔炼，完成所述原料的第一轮熔炼；
S5重复四次步骤S4，待所述真空熔炉冷却，得到合金铸锭。
本发明的一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料，所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:5％～14％、Sb：6％～15％，熔化范围为：450℃～618.4℃，该材料在Ag-Cu共晶焊料合金基础上，加入了合金化元素Sn和Sb，从而制备了新型的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料合金，Sn元素可以降低焊料的固、液相线温度，改善焊料流动性；提高了焊料润湿性能和焊接接头的力学性能，Sb元素提高焊料的润湿性，细化焊料组织，提高焊料导电率和塑性力学性能，该材料中有质量分数为20％的Sn和Sb，大大降低了焊料的生产成本，解决现有中温焊料制造成本高，不符合企业生产效益的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1，扫描电子显微镜(SEM)图片和差示扫描量热曲线(DSC)。
图2是本发明实施例4，扫描电子显微镜(SEM)图片和差示扫描量热曲线(DSC)。
图3是本发明实施例6，扫描电子显微镜(SEM)图片和差示扫描量热曲线(DSC)。
图4是本发明提供的一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料制备方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
第一方面，本发明提供一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料，所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:5％～14％、Sb：6％～15％，熔化范围为：450℃～618.4℃。
在本实施方式中，所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:5％～14％、Sb：6％～15％，熔化范围为：450℃～618.4℃，该材料在Ag-Cu共晶焊料合金基础上，加入了合金化元素Sn和Sb，从而制备了新型的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料合金，Sn元素可以降低焊料的固、液相线温度，改善焊料流动性；提高了焊料润湿性能和焊接接头的力学性能，Sb元素提高焊料的润湿性，细化焊料组织，提高焊料导电率和塑性力学性能，该材料中有质量分数为20％的Sn和Sb，大大降低了焊料的生产成本，解决现有中温焊料制造成本高，不符合企业生产效益的问题。
请参阅图4，第二方面，本发明还提供一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料制备方法，包括以下步骤：
S1将秤重好的Ag、Cu、Sn和Sb原料混合均匀后放入真空熔炉中；
具体的，选取纯度99.99％的Ag,Cu,Sn,Sb作为所述原料，以质量百分比称量出各组Ag-Cu-Sn-Sb合金焊料的各种原料重量，将称量好的各组所述原料混合均匀，放入非自耗式所述真空电弧熔炼炉中。
S2利用氩气冲洗所述真空熔炉炉腔，对所述真空熔炉抽真空后，向所述真空熔炉填充氩气；
具体的，用氩气冲洗炉腔，随后抽真空至真空度小于或等于4×10-3Pa，最后充入氩气作为保护气至炉腔内压强略低于外界大气压。
S3通过所述真空熔炉运作熔炼混合均匀后的原料，得到熔炼物；
具体的，起弧，开始熔炼，整个熔炼过程大约30min：将电弧喷枪的温度缓慢升高至800℃～1000℃，熔炼过程需要不断转动喷枪让各组样品充分熔化，混合均匀。
S4翻样所述熔炼物再次进行熔炼，完成所述原料的第一轮熔炼；
具体的，第一次熔炼后，翻样，再次起弧熔炼，确保样品两面成分均匀，此时第一轮熔炼完成。
S5重复四次步骤S4，待所述真空熔炉冷却，得到合金铸锭。
具体的，如此反复进行四轮熔炼，确保焊料合金成分均匀，随炉冷却后得到球状的合金铸锭，即所述中温无镉焊料，且保证合金铸锭的烧损率小于1wt.％。
本发明中低成本熔化范围窄的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料，不同实施例及每一个实施例中的成分及质量百分比如表1所示。
表1低成本熔化范围窄的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料实施例质量百分比组成表
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将结合实验结果，进一步说明各组焊料之间的性能差异。
实施例1
本实施例所述低成本熔化范围窄的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料，化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:14％、Sb:6％，熔化范围为：490.1℃～618.4℃。
本实施例所述中温无镉焊料合金扫描电子显微镜(SEM)图片见图1(a)，如图所示存在两种不同衬度的相，其中浅灰色为α-Ag相，黑色为富Cu,Sb相。
本实施例所述中温无镉焊料合金差示扫描量热曲线(DSC)见图1(b)，如图所示存在四个相变点，其中处于高温部分为初生相α-Ag以及高熔点金属间化合物的相变点，低温部分为共晶组织相变点。
实施例2
本实施例所述低成本熔化范围窄的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料，化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:12％、Sb:8％，熔化范围为：485.3℃～534.2℃。
实施例3
本实施例所述低成本熔化范围窄的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料，化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:10％、Sb:10％，熔化范围为：486.3℃～529.8℃。
实施例4
本实施例所述低成本熔化范围窄的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料，化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:9％、Sb:11％，熔化范围为：489.3℃～503.5℃。
本实施例所述中温无镉焊料合金扫描电子显微镜(SEM)图片见图2(a)，如图所示存在两种不同衬度的相，其中浅灰色为α-Ag相，黑色为富Cu,Sb相。
本实施例所述中温无镉焊料合金差示扫描量热曲线(DSC)见图2(b)，如图所示存在两个相变点，其中处于高温部分存在一个伴随峰为初生相α-Ag和伴随高熔点金属间化合物分解的相变点，低温部分为共晶组织相变点。
实施例5
本实施例所述低成本熔化范围窄的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料，化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:8％、Sb:12％，熔化范围为：484.8℃～526.8℃。
实施例6
本实施例所述低成本熔化范围窄的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料，化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:7％、Sb:13％，熔化范围为：490.5℃～507.4℃。
本实施例所述中温无镉焊料合金扫描电子显微镜(SEM)图片见图3(a)，如图所示存在两种不同衬度的相，其中浅灰色为α-Ag相，黑色为富Cu,Sb相。
本实施例所述中温无镉焊料合金差示扫描量热曲线(DSC)见图3(b)，如图所示存在两个相变点，其中处于高温部分为初生相α-Ag的相变点，低温部分为共晶组织相变点。
实施例7
本实施例所述低成本熔化范围窄的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料，化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:6％、Sb:14％，熔化范围为：448.4℃～499.7℃。
实施例8
本实施例所述低成本熔化范围窄的Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料，化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:5％、Sb:15％，熔化范围为：450.5℃～497.8℃。
通过比较实施例1，实施例4，实施例6的扫描电子显微镜(SEM)图片，随着实施例中Sb元素含量的增加和Sn元素含量的减少，共晶的α-Ag组织得到显著细化，且分布更加均匀，但是当Sb元素含量超过11wt.％时如图3(a)所示，共晶的α-Ag组织反而变得粗大。
通过比较实施例1，实施例4，实施例6的差示扫描量热曲线(DSC)，随着实施例中Sb元素含量的增加和Sn元素含量的减少，液相线温度和固相线温度先降低后增加，其中实施例4的液相线温度和固相线温度分别为489.3℃，503.5℃，熔程为14.2℃，熔化范围小。
综上所述，采用实施例4组分质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:9％、Sb:11％时，Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料的相成分相对简单，不仅具有细小均匀的晶粒，而且熔化范围小、熔化温度较低，润湿性好、机械强度高、塑性好、不含镉等有害元素，是本发明Ag-Cu-Sn-Sb中温无镉焊料的最佳成分选择。
以上所揭露的仅为本发明一种专利名称较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料，其特征在于，
所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:5％～14％、Sb：6％～15％，熔化范围为：450℃～618.4℃。
2.如权利要求1所述的一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料，其特征在于，
所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:14％、Sb:6％，熔化范围为：490.1℃～618.4℃。
3.如权利要求1所述的一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料，其特征在于，
所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:12％、Sb:8％，熔化范围为：485.3℃～534.2℃。
4.如权利要求1所述的一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料，其特征在于，
所述中温无镉焊料的化学成分按照质量百分比为：Ag:57.6％、Cu:22.4％、Sn:10％、Sb:10％，熔化范围为：486.3℃～529.8℃。
5.一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料制备方法，用于制备如权利要求1所述的一种低成本熔化范围窄的中温无镉焊料，其特征在于，包括以下步骤：
S1将秤重好的Ag、Cu、Sn和Sb原料混合均匀后放入真空熔炉中；
S2利用氩气冲洗所述真空熔炉炉腔，对所述真空熔炉抽真空后，向所述真空熔炉填充氩气；
S3通过所述真空熔炉运作熔炼混合均匀后的原料，得到熔炼物；
S4翻样所述熔炼物再次进行熔炼，完成所述原料的第一轮熔炼；
S5重复四次步骤S4，待所述真空熔炉冷却，得到合金铸锭。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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