本發(fā)明屬于金屬材料類(lèi)的釬焊材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料。
背景技術(shù)：
已有技術(shù)(GB/T 10046-2008《銀釬料》)中推薦的BAg25CuZnCd釬料，其熔化溫度范圍為固相線607℃，液相線682℃，其較低的熔化溫度范圍使得釬焊生產(chǎn)時(shí)操作方便、工藝簡(jiǎn)便，曾經(jīng)是非常受釬料用戶鐘愛(ài)的釬料之一。但是，由于RoHS指令以及中國(guó)“39號(hào)部令”對(duì)Cd元素使用的限制(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5.8/A5.8M：2004表1要求：Cd含量低于0.15％)，BAg25CuZnCd釬料的應(yīng)用受到了影響。作為BAg25CuZnCd釬料的替代品，BAg25CuZn釬料，由于其化學(xué)成分中的主要元素為Ag、Cu、Zn，且Ag含量為24.0％～26.0％，因此其熔化溫度范圍為固相線700℃，液相線790℃；而B(niǎo)Ag25CuZnSn釬料，雖然添加了1.5％～2.5％的Sn元素，使得其熔化溫度范圍降低至固相線680℃，液相線760℃，仍然大大高于BAg25CuZnCd釬料的固相線607℃、液相線682℃的熔化溫度范圍。如何降低銀釬料的熔化溫度范圍并使其具有優(yōu)良的潤(rùn)濕、鋪展性能和釬縫力學(xué)性能，滿足工業(yè)4.0時(shí)代釬焊接頭對(duì)高性能、高效率、低成本的要求，是一個(gè)極為困難的課題。
在已公開(kāi)的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)中雖然見(jiàn)諸有新型銀釬料的技術(shù)信息，如CN200510095769.7公開(kāi)的“含鎵和鈰的無(wú)鎘銀釬料”，其固相線溫度在605℃～615℃，液相線溫度在635℃～645℃；CN200510122730.X公開(kāi)的“含鎵、銦和鈰的無(wú)鎘銀釬料”，其固相線溫度在640℃～650℃，液相線溫度在685℃～710℃；CN200610097767.6公開(kāi)的“一種含鎵、銦和鈰的無(wú)鎘銀基釬料”，其固相線溫度在650℃～665℃，液相線溫度在730℃～745℃。此外，已有無(wú)鎘銀釬料能夠降低熔化溫度的共同特點(diǎn)是添加至少1％以上的一種或多種低熔點(diǎn)元素如Sn、Ga、In等。由于Ga、In屬于稀有元素，全世界的年產(chǎn)量亦很有限，價(jià)格與白銀相當(dāng)或高于白銀，因此，不具備大批量應(yīng)用的價(jià)值；Sn元素價(jià)格不高且儲(chǔ)量豐富，但是，大量添加，由于易形成硬而脆的金屬間化合物Cu6Sn5，造成銀釬料加工困難，除了在BAg60CuSn釬料中Sn的添加量可以達(dá)到9.5％～10.5％外，在Ag-Cu-Zn-Sn系列釬料中一般添加量均在1.5％～2.5％，個(gè)別如BAg56CuZnSn中Sn的添加量為4.5％～5.5％(參見(jiàn)GB/T 10046-2008《銀釬料》表2)。
至今，在主成份為Ag、Cu、Zn元素(不含磷元素，歸類(lèi)為GB/T 10046-2008的銀釬料)，Ga、In、Sn元素含量低于0.15％的所有銀釬料，均未見(jiàn)其液相線溫度能夠達(dá)到≤705℃，能夠接近BAg25CuZnCd釬料的液相線溫度682℃的無(wú)鎘銀釬料的報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種Cd含量低于0.15％、釬料液相線溫度接近BAg25CuZnCd釬料，且具有良好潤(rùn)濕、鋪展性能以及釬焊接頭力學(xué)性能的低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料。
本發(fā)明的任務(wù)是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料，該低鎘銀釬料的各組分的質(zhì)量百分比為：24.0～26.0wt.％的Ag，30.0～41.0wt.％的Cu，0.05～0.13wt.％的Cd，0.001～0.005wt.％的In，0.001～0.005wt.％的Ga，0.001～0.005wt.％的Sn，余量為Zn。
在所述的一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料中，所述的釬料的組分Ag為純度為99.99％的銀板(IC-Ag99.99)。
在所述的一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料中，所述的釬料的組分Cu為電解銅(Cu-cath-1、Cu-cath-2和Cu-cath-3中的一種或一種以上)。
在所述的一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料中，所述的釬料的組分Cd為鎘錠。
在所述的一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料中，所述的釬料的組分In為金屬銦。
在所述的一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料中，所述的釬料的組分Ga為金屬鎵。
在所述的一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料中，所述的釬料的組分Sn為金屬錫。
在所述的一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料中，所述的釬料的組分Zn為鋅錠。
在所述的一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料中，制備該低鎘銀釬料的方法是：按該低鎘銀釬料的各組分的質(zhì)量百分比加入中頻冶煉爐坩堝內(nèi)，采用中頻冶煉工藝，通過(guò)冶煉、澆鑄、擠壓、拉拔，即得到所需要的低鎘銀釬料絲材。
本發(fā)明的釬料固相線溫度在630℃～640℃范圍、液相線溫度在695℃～705℃范圍，大大低于BAg25CuZn(固相線溫度為700℃，液相線溫度為790℃)、BAg25CuZnSn(固相線溫度為680℃，液相線溫度為760℃)釬料的固、液相線溫度，非常接近BAg25CuZnCd的固、液相線溫度(固相線溫度為607℃，液相線溫度為682℃)，滿足了許多RoHS指令沒(méi)有限制的“非電子電氣設(shè)備”等產(chǎn)品的釬焊工藝需要。
本發(fā)明主要解決了以下兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：
1、本發(fā)明的低鎘銀釬料成分中含有RoHS指令限制使用的Cd元素。但是，Cd元素含量≤0.13％，且滿足美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5.8/A5.8M：2004對(duì)含銀釬料的規(guī)定，本發(fā)明的低鎘銀釬料具有較低熔點(diǎn)、潤(rùn)濕鋪展性能優(yōu)良、釬縫力學(xué)性能優(yōu)異的特點(diǎn)。
2、通過(guò)在本發(fā)明的低鎘銀釬料中加入適量比例的Ga、In和Sn元素，使得本發(fā)明的低鎘銀釬料在紫銅、黃銅(如H62黃銅)、Q235鋼、304不銹鋼上均具有優(yōu)良的潤(rùn)濕鋪展性能，鋪展面積、釬縫接頭抗剪強(qiáng)度均大于BAg25CuZn釬料、BAg25CuZnSn釬料，與BAg25CuZnCd釬料相當(dāng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案的創(chuàng)造性在于：
1、研究發(fā)現(xiàn)了添加質(zhì)量百分比為0.05wt.％的微量Cd元素至BAg25CuZn釬料中，釬料的潤(rùn)濕鋪展性能即有顯著提高，且熔化溫度亦有顯著下降。隨著Cd含量的增加，釬料的潤(rùn)濕鋪展面積增加，且釬料熔化溫度下降幅度增加。通過(guò)理論分析Cu-Cd、Zn-Cd二元合金相圖可知，這是由于Cu與Cd可以形成熔點(diǎn)為549℃、Zn與Cd可以形成熔點(diǎn)為266℃的“低熔點(diǎn)共晶”所導(dǎo)致。
基于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5.8/A5.8M：2004“其它元素總量≤0.15％”的考慮，Cd元素的添加量控制在0.013％為宜。
2、研究發(fā)現(xiàn)了添加極微量的Ga、In和Sn元素與Cd元素的“協(xié)同作用”對(duì)低鎘銀釬料的潤(rùn)濕鋪展性能、釬縫力學(xué)性能的影響規(guī)律。通過(guò)優(yōu)化Ga、In、Sn元素的添加范圍，將Ga、In、Sn的添加量均控制在0.001％～0.005％范圍，可使得本發(fā)明的低鎘銀釬料的鋪展面積、釬縫接頭抗剪強(qiáng)度均大于BAg25CuZn釬料、BAg25CuZnSn釬料，與BAg25CuZnCd釬料相當(dāng)。通過(guò)理論分析Cd-In、Cd-Ga二元合金相圖可知，這是由于Cd與In可以形成熔點(diǎn)為127.7℃、Cd與Ga可以形成熔點(diǎn)為282℃的“低熔點(diǎn)共晶”所導(dǎo)致。而Sn元素與Cd可形成177℃的“低熔點(diǎn)共晶”化合物之外，還可以與Ag形成221℃的“低熔點(diǎn)共晶”化合物、與Cu可形成227℃的“低熔點(diǎn)共晶”化合物。上述多種、少量的低熔點(diǎn)共晶化合物的形成的“累積效應(yīng)”，使得本發(fā)明的釬料具有非常接近BAg25CuZnCd釬料的熔化溫度范圍，給釬焊生產(chǎn)帶來(lái)了極大的方便。
此外，極微量的Ga、In、Sn元素與Cd元素的“協(xié)同作用”和“累積效應(yīng)”，雖然不足以對(duì)本發(fā)明釬料的熔點(diǎn)產(chǎn)生根本性的影響(在本發(fā)明中，Cd對(duì)本發(fā)明釬料的熔點(diǎn)的影響是主要的因素)，但是也已經(jīng)產(chǎn)生顯著的影響。此外，Ga、In、Sn元素的“合金強(qiáng)化”作用還顯著地增加了低鎘銀釬料的鋪展面積并提高釬縫接頭抗剪強(qiáng)度。
綜上，本發(fā)明的釬料與現(xiàn)有的BAg25CuZn、BAg25CuZnSn、BAg25CuZnCd釬料相比，本發(fā)明的低鎘銀釬料不僅具有良好的潤(rùn)濕鋪展性、優(yōu)良的釬縫力學(xué)性能等特點(diǎn)，而且還比BAg25CuZn、BAg25CuZnSn釬料具有較低的熔化溫度范圍，使得釬料在釬焊時(shí)更加易于操作，降低了釬焊操作工的技術(shù)難度，特別適用于除RoHS指令限制的電子電氣設(shè)備等行業(yè)外的其它工業(yè)產(chǎn)品的釬焊，避免了因?yàn)殁F焊溫度過(guò)高而引起的工件氧化甚至軟化、釬焊接頭強(qiáng)度下降等問(wèn)題。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料做出進(jìn)一步的具體說(shuō)明。
實(shí)施例1
一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料，該低鎘銀釬料的各組分的質(zhì)量百分比是：24.0wt.％的Ag，41.0wt.％的Cu，0.05wt.％的Cd，0.001wt.％的In，0.005wt.％的Ga，0.001wt.％的Sn，余量為Zn。
上述成分配比得到的“新型低熔點(diǎn)低鎘銀釬料”其固相線溫度在630℃～640℃范圍、液相線溫度在695℃～705℃范圍。使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見(jiàn)括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)：紫銅－H62黃銅(σb＝225±25MPa，τ＝215±30MPa)、黃銅－Q235鋼(σb＝280±25MPa，τ＝300±30MPa)，黃銅－304不銹鋼(σb＝±25MPa，τ＝280±30MPa)。
實(shí)施例2：
一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料，該低鎘銀釬料的各組分的質(zhì)量百分比是：26.0wt.％的Ag，30.0wt.％的Cu，0.13wt.％的Cd，0.001wt.％的In，0.001wt.％的Ga，0.005wt.％的Sn，余量為Zn。
上述成分配比得到的“新型低熔點(diǎn)低鎘銀釬料”其固相線溫度在630℃～640℃范圍、液相線溫度在695℃～705℃范圍。使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見(jiàn)括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)：紫銅－H62黃銅(σb＝225±25MPa，τ＝215±30MPa)、黃銅－Q235鋼(σb＝280±25MPa，τ＝300±30MPa)，黃銅－304不銹鋼(σb＝260±25MPa，τ＝280±30MPa)。
實(shí)施例3：
一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料，該低鎘銀釬料的各組分的質(zhì)量百分比是：25.0wt.％的Ag，36.0wt.％的Cu，0.10wt.％的Cd，0.005wt.％的In，0.005wt.％的Ga，0.002wt.％的Sn，余量為Zn。
上述成分配比得到的“新型低熔點(diǎn)低鎘銀釬料”其固相線溫度在630℃～640℃范圍、液相線溫度在695℃～705℃范圍。使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見(jiàn)括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)：紫銅－H62黃銅(σb＝225±25MPa，τ＝215±30MPa)、黃銅－Q235鋼(σb＝280±25MPa，τ＝300±30MPa)，黃銅－304不銹鋼(σb＝260±25MPa，τ＝280±30MPa)。
實(shí)施例4：
一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料，該低鎘銀釬料的各組分的質(zhì)量百分比是：25.2wt.％的Ag，40.3wt.％的Cu，0.12wt.％的Cd，0.002wt.％的In，0.005wt.％的Ga，0.002wt.％的Sn，余量為Zn。
上述成分配比得到的“新型低熔點(diǎn)低鎘銀釬料”其固相線溫度在630℃～640℃范圍、液相線溫度在695℃～705℃范圍。使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見(jiàn)括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)：紫銅－H62黃銅(σb＝225±25MPa，τ＝215±30MPa)、黃銅－Q235鋼(σb＝280±25MPa，τ＝300±30MPa)，黃銅－304不銹鋼(σb＝260±25MPa，τ＝280±30MPa)。
實(shí)施例5：
一種低熔點(diǎn)具有優(yōu)良潤(rùn)濕性能的低鎘銀釬料，該低鎘銀釬料的各組分的質(zhì)量百分比是：24.3wt.％的Ag，39.6wt.％的Cu，0.11wt.％的Cd，0.004wt.％的In，0.002wt.％的Ga，0.004wt.％的Sn，余量為Zn。
上述成分配比得到的“新型低熔點(diǎn)低鎘銀釬料”其固相線溫度在630℃～640℃范圍、液相線溫度在695℃～705℃范圍。使用火焰釬焊方式，配合FB102釬劑，釬焊母材為下列組合時(shí)的釬縫強(qiáng)度見(jiàn)括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)：紫銅－H62黃銅(σb＝225±25MPa，τ＝215±30MPa)、黃銅－Q235鋼(σb＝280±25MPa，τ＝300±30MPa)，黃銅－304不銹鋼(σb＝260±25MPa，τ＝280±30MPa)。
本發(fā)明釬料的實(shí)施例及與BAg25CuZn、BAg25CuZnSn、BAg25CuZnCd釬料的性能比較見(jiàn)表1。
表1：本發(fā)明釬料的實(shí)施例及與BAg25CuZn、BAg25CuZnSn、BAg25CuZnCd釬料的性能比較