一種Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料及其制備方法
【專利摘要】一種Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料及其制備方法，該釬料主要用于純鋁及鋁合金的低溫釬焊，由以下含量的成分組成：Zn8.0~10.0wt%、Ag0.5~1.5wt%、Ni0.5~1.2wt%，Sn余量。該釬料熔化溫度低，釬焊工藝性好，具有良好的潤濕性，焊著率高于75%，焊縫抗拉強度σb≥50MPa，適用于純鋁和3A21、6063、6061等多種鋁合金的低溫釬焊。
【專利說明】—種Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁及鋁合金的低溫釬料，具體涉及Sn-Zn-Ag-Ni合金釬料。
【背景技術】
[0002]純鋁及鋁合金在航天、航空、建筑、電器、汽車和船舶等領域有著廣泛的應用，純鋁及鋁合金的連接及其制備工藝在產品制造中起著非常重要的作用。鋁合金的連接方式多種多樣，低溫釬焊是十分重要的一種，特別是針對部分電子元件或器件，實施低溫釬焊既可以滿足連接要求，亦可充分保證器件性能。
[0003]低溫釬料是低溫釬焊時使用的一種金屬連接材料。為了獲得優(yōu)質的釬焊接頭，通常低溫釬料應滿足如下要求:(I)能潤濕母材，并與其形成牢固的連接；(2)良好的流動性能，釬料借助毛細作用在接頭中鋪展，形成致密的釬縫；(3)成分均勻，熔化間隔??；(4)釬焊接頭強度性能好，耐腐蝕，并能滿足其他特殊性能的要求。
[0004]招-招低溫釬焊可選無鉛焊料有Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn_Zn等,其中Sn-Zn共晶釬料，熔化溫度198°C，具有釬焊工藝性好、色澤與母材一致、接頭牢固等優(yōu)點，應用最為廣泛。但其缺點是接頭耐腐蝕性差，有資料顯示，Sn-Zn釬焊鋁的接頭在自來水中浸泡，室溫下3?4個星期即腐蝕斷開。在5% NaCl水浸泡，不到48小時即斷開。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現有技術的上述問題，本發(fā)明提供一種具有較強的耐腐蝕性和抗拉強度的Sn-Zn-Ag-Ni合金釬料。
[0006]為實現上述目的，本發(fā)明包括如下技術方案:
[0007]—種Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料，該釬料由以下含量的成分組成:Zn8.0?10.0wt % > Ag0.5 ?1.5wt% > Ni0.5 ?1.2wt%, Sn 余量。
[0008]如上所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料，優(yōu)選地，所述釬料由以下含量的成分組成:Zn8.0wt% > Ag0.7wt% > Nil.2wt%, Sn 余量。
[0009]如上所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料，優(yōu)選地，所述釬料由以下含量的成分組成:Zn8.5wt% > Ag0.8wt% > Nil.1wt%, Sn 余量。
[0010]如上所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料，優(yōu)選地，所述釬料由以下含量的成分組成:Zn9.0wt% > Agl.0wt% > Nil.0wt%, Sn 余量。
[0011]如上所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料，優(yōu)選地，所述釬料由以下含量的成分組成:Zn9.5wt %、Agl.1wt %、Ni0.8wt %，Sn 余量
[0012]如上所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料，優(yōu)選地，所述釬料由以下含量的成分組成:Znl0.0wt % > Agl.2wt% > Ni0.7wt%, Sn 余量。
[0013]如上所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料，優(yōu)選地，所述釬料的形態(tài)為絲、箔或粉。
[0014]如上所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料在低溫釬焊純鋁、3A21鋁合金、6063鋁合金或6061鋁合金中的應用。[0015]如上所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料的制備方法,該方法包括如下步驟:
[0016]A.按照所述釬料的成分配比稱取Zn、Ag、Ni和Sn金屬原料；
[0017]B.將Sn和Ni金屬原料擱置在石墨坩堝內，利用中頻感應爐，加熱至600°C熔煉，澆鑄制成SnNi中間合金；
[0018]C.利用中頻感應爐，將剩余的Sn、Zn、Ag金屬原料與SnNi中間合金在250°C至300°C進行熔鑄，制成棒狀或板狀的Sn-Zn-Ag-Ni合金鑄錠；
[0019]D.將熔鑄制得的合金棒狀鑄錠，經過擠壓機擠壓、軋機軋制或氣霧化制粉法制成焊絲、焊猜或焊粉。
[0020]如上所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料的制備方法,優(yōu)選地,所述步驟D是將熔鑄制得的合金棒狀鑄錠，經過擠壓機擠壓，制成直徑0.5~1.5mm焊絲；或將熔鑄制得的合金板狀鑄錠，經過軋機軋制，制成厚度0.05~0.15_焊箔；或采用氣霧化制粉法，以氮氣作為霧化氣體，將制得的棒狀鑄錠置于壓力為0.5MPa~1.0MPa，溫度為250°C~280°C的條件下，氣霧化制成合金粉末，將該合金粉末，通過篩分，獲得粒度在25um~45um的合金焊粉。
[0021]—種Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料,其是采用如上所述的方法制備的。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于以下幾個方面:
[0023]1、本發(fā)明的Sn-Zn-Ag-Ni合金釬料適用于純鋁和3A21、2A50、6063及6061等多種鋁合金的低溫釬焊。
[0024]2、本發(fā)明的Sn-Zn-Ag-Ni合金釬料的熔化溫度適宜，為195°C~210°C，對純鋁及鋁合金釬焊溫度不高于250°C。
[0025]3、本發(fā)明的Sn-Zn-Ag-Ni合金釬料對純鋁及鋁合金具有良好的潤濕性，釬焊工藝性好。
[0026]4、釬焊接頭焊著率高于75%，焊縫抗拉強度σ b≥50MPa，在5% NaCl水中浸泡，198小時不開裂。
[0027]5、本發(fā)明制備Sn-Zn-Ag-Ni合金釬料形態(tài)包括絲、箔、粉，制備方法簡單，利于批
量生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明制備Sn-Zn-Ag-Ni合金釬料的工藝流程圖。
[0029]圖2為本發(fā)明實施例2得到的Sn-Zn-Ag-Ni合金釬料的差熱分析圖譜。
[0030]圖3為本發(fā)明實施例2得到的Sn-Zn-Ag-Ni合金釬料用于純鋁釬焊試驗，制得的T型接頭照片。
【具體實施方式】
[0031]以下實施例中各組分的組成，分別為:
[0032]實施例1:Sn-Zn-Ag-Ni 合金釬料(Zn8.0wt%、Ag0.7wt%、Nil.2wt%, Sn 余量)
[0033]制備步驟如圖1所示。
[0034]步驟1:金屬原料稱重
[0035]按重量百分比，分別稱取80克Zn、7克Ag、12克Ni和901克Sn ；
[0036]步驟2:中間合金熔鑄[0037]再稱取120克Sn，與12克Ni金屬原料擱置在石墨坩堝內，利用中頻感應爐，加熱至600°C熔煉，澆鑄制成SnNi中間合金；
[0038]步驟3:合金熔鑄
[0039]利用中頻感應爐，將剩余的Sn、Zn、Ag金屬原料與SnNi中間合金在250°C至300°C進行熔鑄，制成直徑30mm棒狀的Sn-Zn-Ag-Ni合金鑄錠；
[0040]步驟4:焊絲制備
[0041]將熔鑄后的合金棒狀鑄錠，經過擠壓機擠壓，制成直徑1_焊絲。
[0042]實施例2:Sn-Zn-Ag-Ni 合金釬料(Zn8.5wt% > Ag0.8wt% > Nil.1wt%, Sn 余量)
[0043]步驟1:金屬原料稱重
[0044]按重量百分比，分別稱取85克Zn、8克Ag、11克Ni和896克Sn ；
[0045]步驟2:中間合金熔鑄
[0046]再稱取110克Sn，與11克Ni金屬原料擱置在石墨坩堝內，利用中頻感應爐，加熱至600°C熔煉，澆鑄制成SnNi中間合金；
[0047]步驟3:合金熔鑄
[0048]利用中頻感應爐，將剩余的Sn、Zn、Ag金屬原料與SnNi中間合金在250°C至300°C進行熔鑄，制成厚度5mm板狀的Sn-Zn-Ag-Ni合金鑄錠；
[0049]步驟4:焊箔制備
[0050]將熔鑄后的合金板狀鑄錠，經過軋機軋制，制成厚度0.1mm焊箔。
[0051]實施例3:Sn-Zn-Ag-Ni 合金釬料(Zn9.0wt% > Agl.0wt% > Nil.0wt%, Sn 余量)
[0052]步驟1:金屬原料稱重
[0053]按重量百分比，分別稱取90克Zn、10克Ag、10克Ni和890克Sn ；
[0054]步驟2:中間合金熔鑄
[0055]再稱取100克Sn，與10克Ni金屬原料擱置在石墨坩堝內，利用中頻感應爐，加熱至600°C熔煉，澆鑄制成SnNi中間合金；
[0056]步驟3:合金熔鑄
[0057]利用中頻感應爐，將剩余的Sn、Zn、Ag金屬原料與SnNi中間合金在250°C至300°C進行熔鑄，制成直徑30mm棒狀的Sn-Zn-Ag-Ni合金鑄錠；
[0058]步驟4:焊粉制備
[0059]采用氣霧化制粉法，以氮氣作為霧化氣體，將步驟3制得的棒狀合金鑄錠置于壓力為0.5MPa?1.0MPa，溫度為260°C的條件下，氣霧化制成合金粉末，將該合金粉末，通過篩分，獲得粒度在25um?45um的合金焊粉。
[0060]實施例4:Sn-Zn-Ag-Ni 合金釬料(Zn9.5wt%、Agl.1wt % > Ni0.8wt%, Sn 余量)
[0061]步驟1:金屬原料稱重
[0062]按重量百分比，分別稱取95克Zn、11克Ag、8克Ni和886克Sn ；
[0063]步驟2:中間合金熔鑄
[0064]再稱取80克Sn，與8克Ni金屬原料擱置在石墨坩堝內，利用中頻感應爐，加熱至600°C熔煉，澆鑄制成SnNi中間合金；
[0065]步驟3:合金熔鑄
[0066]利用中頻感應爐，將剩余的Sn、Zn、Ag金屬原料與SnNi中間合金在250°C至300°C進行熔鑄，制成直徑30mm棒狀的Sn-Zn-Ag-Ni合金鑄錠；
[0067]步驟4:焊絲制備
[0068]將熔鑄后的合金棒狀鑄錠，經過擠壓機擠壓，制成直徑Imm焊絲。
[0069]實施例5:Sn-Zn-Ag-Ni 合金釬料(Znl0.0wt%、Agl.2wt%、Ni0.7wt%, Sn 余量)
[0070]步驟1:金屬原料稱重
[0071]按重量百分比，分別稱取100克Zn、12克Ag、7克Ni和881克Sn ；
[0072]步驟2:中間合金熔鑄
[0073]再稱取70克Sn，與7克Ni金屬原料擱置在石墨坩堝內，利用中頻感應爐，加熱至600°C熔煉，澆鑄制成SnNi中間合金；
[0074]步驟3:合金熔鑄
[0075]利用中頻感應爐，將剩余的Sn、Zn、Ag金屬原料與SnNi中間合金在250°C至300°C進行熔鑄，制成厚度5mm板狀的Sn-Zn-Ag-Ni合金鑄錠；
[0076]步驟4:焊箔制備
[0077]將熔鑄后的合金板狀鑄錠，經過軋機軋制，制成厚度0.1mm焊箔。
[0078]實施例6
[0079]分別對實施例1-5制備的釬料進行物理測試和純鋁低溫釬焊試驗，取得試驗數據見表1。實施例2制得的釬料差熱分析曲線見說明書附圖2，其中Te指釬料固相溫度，Tf指釬料液相溫度。圖3為實施例2得到的Sn-Zn-Ag-Ni合金釬料用于純鋁釬焊試驗，制得的T型接頭照片。
[0080]表1
[0081]
【權利要求】
1.一種Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料,其特征在于，該釬料由以下含量的成分組成:Zn8.0 ?10.0wt % > Ag0.5 ?1.5wt% > Ni0.5 ?1.2wt%, Sn 余量。
2.如權利要求1所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料，其特征在于，所述釬料的形態(tài)為絲、箔或粉。
3.如權利要求1所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料在低溫釬焊純鋁、3A21鋁合金、6063鋁合金或6061鋁合金中的應用。
4.如權利要求1-3中任一項所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料的制備方法,其特征在于，該方法包括如下步驟: A.按照所述釬料的成分配比稱取Zn、Ag、Ni和Sn金屬原料； B.將7?20重量％的Sn原料和全部Ni原料擱置在石墨坩堝內，利用中頻感應爐，力口熱至590?610°C熔煉，澆鑄制成SnNi中間合金； C.利用中頻感應爐，將Zn、Ag、剩余的Sn原料與SnNi中間合金在250°C至300°C進行熔鑄，制成棒狀或板狀的Sn-Zn-Ag-Ni合金鑄錠； D.將熔鑄制得的合金棒狀鑄錠，經過擠壓機擠壓、軋機軋制或氣霧化制粉法制成焊絲、焊箔或焊粉。
5.如權利要求4所述的Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料的制備方法,其特征在于,所述步驟D是將熔鑄制得的合金棒狀鑄錠，經過擠壓機擠壓，制成直徑0.5?1.5mm焊絲；或將熔鑄制得的合金板狀鑄錠，經過軋機軋制，制成厚度0.05?0.15_焊箔；或采用氣霧化制粉法，以氮氣作為霧化氣體，將制得的棒狀鑄錠置于壓力為0.5MPa?1.0MPa，溫度為250°C?280°C的條件下，氣霧化制成合金粉末，將該合金粉末，通過篩分，獲得粒度在25um?45um的合金焊粉。
6.一種Sn-Zn-Ag-Ni合金無鉛釬料，其特征在于，其是采用如權利要求4所述的方法制備的。
【文檔編號】B23K35/40GK104002058SQ201310058881
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月25日 優(yōu)先權日:2013年2月25日
【發(fā)明者】張國清, 李剛, 杜旭明, 趙偉 申請人:北京有色金屬與稀土應用研究所