一種防氧化高溫軟釬料實心絲及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防氧化高溫軟釬料實心絲及其制備方法，屬于釬料的制造【技術領域】。該防氧化實心絲包括高溫軟釬料實心絲和表面包覆的防氧化保護層，高溫軟釬料實心絲的重量百分比組成為：Sn2～15wt%，Ag0～5wt%，P、Ge、Ga、Bi、Sb和Zn中的一種或多種0.01～1wt%，余量為Pb。本發(fā)明制備的焊錫絲有效解決了鉛基錫線表層易氧化發(fā)黑和無焊劑釬焊時潤濕不良問題，以及在纏繞和使用時錫絲表層發(fā)粘受損等問題。該焊錫絲在釬焊及使用過程中具有結合強度高、焊點圓暈光亮、密封性好、可靠性高、服役壽命長等優(yōu)點。
【專利說明】 一種防氧化高溫軟釬料實心絲及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防氧化高溫軟釬料實心絲及其制備方法，該實心絲在大變形擠壓拉拔制備過程中進行在線表層涂覆防氧化處理，屬于釬料的制造【技術領域】。

【背景技術】
[0002]錫鉛焊料具有適宜的熔化溫度(合金固液相線溫差小)，在釬焊溫度下，對銅、銅合金和鋼質母材均具有良好的潤濕鋪展性，其在熔化狀態(tài)下不會引起母材金屬的熔化，成分均勻、具有較好的接頭強度、耐蝕性和工藝性，以及優(yōu)良的釬焊可靠性；并且合金原料豐富、成本低廉，因而一直是電器制造、航空、汽車、電器工業(yè)焊接，以及郵電、通訊、儀表和結構部件的制造等行業(yè)領域的重要連接材料。盡管在中低溫軟釬料領域已經(jīng)出現(xiàn)了無鉛替代品，但在一些特定領域尚沒有開發(fā)出合適的無鉛焊料，如服務器、存儲器、微處理器以及針型壓接連接器、半導體鈑金件、熱交換器等方面使用的高熔點、高鉛焊料無法用無鉛焊料進行替代，也因此得到歐盟RoHS指令和我國相關法規(guī)的豁免。因而，鉛錫焊料的使用量雖然在逐年遞減，但目前仍有較大的使用范圍和研究應用價值，特別是絲狀的鉛錫焊料(錫絲)，由于其可以在特定釬焊氣氛下實現(xiàn)無釬劑自動焊接而成為高溫軟釬料中重要的應用形態(tài)。然而，高鉛錫絲的力學強度性能不足，銀的添加盡管可以改善其力學性能，但大量添加不利于工業(yè)化成本的控制，并且由于鉛易氧化的特性使其在使用時易發(fā)生潤濕不足，造成釬焊時盡管潤濕角較小，但其界面粘附功也較小，特別是在無釬劑焊接時易出現(xiàn)界面虛焊或假焊現(xiàn)象。
[0003]中國專利200710057349.9,200510037416.1 和 200410040724.5 均公布了具有抗氧化特征的焊料，即在焊料中加入了 P、Ga、Sb等微量元素，但所述專利為不含Pb元素的錫為基體的釬料，其使用溫度明顯較低，屬于中溫軟釬焊領域。而松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社提出用有機酸鹽包覆釬料粉(CN1153647C)的物理防氧化方法將焊料保護來提升其可焊性；株式會社新王材料公布的一種焊料包覆球(中國專利號03801329.0)是采用表層焊錫鍍層進行物理防護，然而該類焊料的表層氧化物及其合金液態(tài)表面張力均與高鉛含量的高溫焊料有明顯區(qū)別。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是提供一種具有防氧化特征的可用于無釬劑焊接的高溫軟釬料合金焊絲，該釬料在釬焊及使用過程中具有抗氧化能力強、潤濕性好、釬焊結合強度高、服役壽命長、密封性好、焊點圓暈光亮等特征。
[0005]本發(fā)明的防氧化高溫軟釬料實心絲，包括高溫軟釬料實心絲和其表面包覆的防氧化保護層，高溫軟釬料實心絲的重量百分比組成為:Sn2?15wt%,AgO?5wt%,添加元素P、Ge, Ga, Bi, Sb和Zn中的一種或多種(總量)0.01?lwt%，余量為Pb。
[0006]所述的添加元素P、Ge、Ga、B1、Sb或Zn的重量百分比為0.01?lwt%。
[0007]所述的防氧化保護層為有機防氧化層，由苯并三氮唑C6H5N3或十二羥基硬脂酸CH3(CH2)5CH(OH) (CH2)ltlCOOH構成，防氧化保護層(表層附著層)的厚度為0.05?2.0Oym0
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供上述防氧化高溫軟釬料實心絲的制備方法，并利用錫絲表層有機包覆來改善其絲材表觀物理特性，解決鉛基錫線表層易氧化發(fā)黑和無焊劑釬焊時潤濕不良問題，以及在纏繞和使用時錫絲表層發(fā)粘、難纏繞、易損傷等問題。
[0009]本發(fā)明的防氧化高溫軟釬料實心絲，其制備過程是按上述合金成分配料，并在惰性氣氛保護狀態(tài)下進行合金熔煉，制成成分均勻的合金棒坯，利用大變形擠壓拉拔的方法制備出實心錫絲，然后將絲材在100-15(TC條件下進行表層附著和包覆，并在低溫風干后進行自動繞線成軸。
[0010]一種防氧化高溫軟釬料實心絲的制備方法，包括如下步驟:
[0011](I)按成分配比稱取合金原材料，高溫軟釬料實心絲的重量百分比組成為:Sn2?15wt%, AgO?5wt%，添加元素P、Ge、Ga、B1、Sb和Zn中的一種或多種(總量)0.01?lwt%,余量為Pb ；
[0012](2)將所述的合金原材料在氮氣或氬氣氣氛保護下熔煉，并攪拌，制成成分均勻的高溫軟釬料合金錠；
[0013](3)將步驟(2)的合金錠進行大變形擠壓拉拔，得到預設直徑和截面形狀的實心絲；
[0014](4 )將步驟(3 )的實心絲穿過苯并三氮唑C6H5N3或十二羥基硬脂酸CH3 (CH2) 5CH (OH)(CH2)ltlCOOH熔液的包覆桶進行表層包覆處理；
[0015](5)將經(jīng)過包覆處理的實心絲冷卻風干后進行纏繞和包裝，得到防氧化高溫軟釬料實心絲。
[0016]步驟(I)中，所述的添加元素P、Ge、Ga、B1、Sb或Zn的重量百分比為0.01?lwt%。即添加元素P、Ge、Ga、B1、Sb和Zn中，每種添加元素的量為0.01?lwt%。
[0017]步驟(4)中，苯并三氮唑C6H5N3或十二羥基硬脂酸CH3(CH2)5CH(OH) (CH2) 1(lC00H熔液的溫度為100?150°C，即實心絲表層包覆溫度為100?150°C;實心絲進行表層包覆處理的速度(出絲速度——實心絲穿過苯并三氮唑或十二羥基硬脂酸熔液的包覆桶的速度)為
1.0?2.0m/min,通過控制出絲速度,將實心絲表層附著層的厚度控制在0.05?2.0O μ m之間。
[0018]本發(fā)明的制備過程是在熔體保護的條件下，先制取成分均勻的合金棒坯，然后利用大變形擠壓拉拔的方法制備出實心錫絲，并在線通過能夠附著表層防氧化鍍層的裝置，進行在線防氧化包覆處理，使實心絲表層附著一層膜厚0.05-2.0Oym的苯并三氮唑或十二羥基硬脂酸的防氧化保護層，經(jīng)低溫風干后自動繞線成軸。
[0019]本發(fā)明高溫軟釬料實心絲成分中因含有P、Ge、Ga等抗氧化元素及B1、Sb、Zn等組織改性元素，大幅改善了原有的Pb-Sn或Pb-Sn-Ag等鉛基高溫軟釬料的力學性能和抗氧化性，因而具有與母材更佳的結合性能和焊接潤濕性能，在焊接及使用過程中具有服役壽命長、密封性好、焊點圓暈光亮等特點；并且，其絲材表面的苯并三氮唑或十二羥基硬脂酸物理包覆層，進一步有效防止了絲材在暴露環(huán)境下的氧化和吸潮，并使其易于纏繞和包裝，從而獲得最佳的物理化學性能、制備工藝性能和釬焊使用性能。
[0020]本發(fā)明方法制備的焊錫絲有效解決了鉛基錫線表層易氧化發(fā)黑和無焊劑釬焊時潤濕不良問題，以及在纏繞和使用時錫絲表層發(fā)粘受損等問題。該焊錫絲在釬焊及使用過程中具有結合強度高、焊點圓暈光亮、密封性好、可靠性高、服役壽命長等優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明防氧化高溫軟釬料實心絲的制備工藝流程圖。
[0022]圖2-a、圖2-b和圖2-c為本發(fā)明表層包覆后的高溫軟釬料實心絲及其金相組織照片，其中，圖2-a為表層包覆后的高溫軟釬料實心絲的外觀；圖2-b為表層包覆后的高溫軟釬料實心絲橫切面金相組織；圖2-c為表層包覆后的高溫軟釬料實心絲縱切面金相組織。
[0023]圖3-a和圖3-b為本發(fā)明中典型成分的釬料焊點鋪展照片；其中圖3_a為銅板，圖3-b為鎳板，圖中自左至右樣品編號依次為13、14、15、16。

【具體實施方式】
[0024]下面通過附圖對本發(fā)明進行詳細說明。應該理解的是，所述的實施例僅僅涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下，各種組分及含量的變化和改進都是可能的。
[0025]如圖1所示，為本發(fā)明防氧化型高溫軟釬料實心絲的制備工藝流程圖，本發(fā)明的防氧化高溫軟釬料實心絲的制備方法，包括5個步驟:1為合金配料和熔煉；2為焊料合金棒坯制備；3為大變形擠壓拉拔；4為表面附著包覆；5為纏繞包裝。
[0026]第一步:按成分配比稱取合金原材料，合金成分由2?15wt%的Sn, O?5wt%的Ag, 0.01wt%-lwt%的添加元素P、Ge、Ga和B1、Sb、Zn中的一種或多種組合,和余量的Pb組成；為了提高釬料抗氧化性及其強度，添加了 0.01wt%-lwt%的P、Ge、Ga及B1、Sb、Zn中的一種或多種組合元素；第二步:合金原材料在氮氣或氬氣氣氛保護條件下熔煉，并加強攪拌，制備成成分均勻的合金棒；第三步:將所得料棒大變形擠壓拉拔成預設直徑或截面形狀的實心絲；第四步:將所得實心絲以1.0-2.0m/min的速度穿過溫度為100_150°C的苯并三氮唑或十二羥基硬脂酸熔液的包覆桶進行表層包覆處理，控制表層附著層的厚度為0.05?
2.0Oym;第五步:風干后，進行纏繞和包裝。
[0027]實施例1:
[0028]制備端面圓形、十二羥基硬脂酸包覆層錫絲，包括如下步驟:
[0029](I)按重量比Pb: Sn:Sb=97:2:l稱量純度為99.99%純Sn、純Sb和純Pb，共計50kg，在氬氣保護的真空熔煉爐中加熱到700°C熔化，保溫、攪拌、靜置、除渣；
[0030](2)將上述熔體快速澆注于碑4 SOmin的柱形模具，制備出外觀無缺陷的Φ 84 X 180mm規(guī)格圓柱棒還；
[0031](3)將所得棒坯裝入350噸大變形擠壓機，擠壓并拉拔成Φ0.5mm規(guī)格的實心絲；
[0032](4)將足量的十二羥基硬脂酸置于錫絲包覆桶，控制包覆桶溫度在100°C，將錫絲穿入包覆桶進行表面包覆，出絲速度控制在2.0m/min左右，并在出絲端進行風干；
[0033](5)將將所得錫絲移至繞絲工位，進行自動化繞絲、成軸、包裝，得到Φ0.5πιπι規(guī)格的Pb-2Sn-lSb防氧化實心絲。
[0034]圖2-a、圖2-b和圖2-c為本實施例表層包覆后的高溫軟釬料實心絲及其金相組織照片。圖2-a為表層包覆后的高溫軟釬料實心絲的外觀；圖2-b為表層包覆后的高溫軟釬料實心絲橫切面金相組織；圖2-c為表層包覆后的高溫軟釬料實心絲縱切面金相組織。
[0035]實施例2:
[0036]制備端面方形、苯并三氮唑包覆層錫絲，包括如下步驟:
[0037](I)按重量比Pb:Sn:Bi=89:10:1稱量純度為99.99%純Sn、純Bi和純Pb，共計50kg，在氮氣保護的熔煉爐中加熱到500°C熔化，保溫、攪拌、靜置、除渣；
[0038](2)將上述熔體快速澆注于φ84χ180πιηι的柱形模具，制備出外觀無缺陷的Φ84Χ 180mm規(guī)格圓柱棒還；
[0039](3)將所得棒坯裝入350噸大變形擠壓機，擠壓并拉拔成0.3X0.6mm方形規(guī)格的實心絲；
[0040](4)將足量的苯并三氮唑置于錫絲包覆桶，控制包覆桶溫度在150°C，將錫絲穿入包覆桶進行表面包覆，出絲速度控制在1.0m/min左右，并在出絲端進行風干；
[0041](5)將將所得錫絲移至繞絲工位，進行自動化繞絲、成軸、包裝，得到0.3X0.6mm方形規(guī)格的Pb-1OSn-1Bi防氧化實心絲。
[0042]實施例3-16:
[0043]參照表1列出的組分，按照下列步驟分別制備實施例3-16規(guī)格形狀的防氧化高溫軟釬料實心絲:
[0044]( I)按成分配比稱取合金原材料；
[0045](2)將所述的合金原材料在氮氣或氬氣氣氛保護下熔煉，并攪拌，制成成分均勻的高溫軟釬料合金錠；
[0046](3)將步驟(2)的合金錠進行大變形擠壓拉拔，得到預設直徑和截面形狀的實心絲；
[0047](4)將步驟(3)的實心絲穿過苯并三氮唑或十二羥基硬脂酸熔液的包覆桶進行表層包覆處理；
[0048](5)將經(jīng)過包覆處理的實心絲冷卻風干后進行纏繞和包裝，得到防氧化高溫軟釬料實心絲。
[0049]表1本發(fā)明實施例1-16的組分和所得實心絲的物理參數(shù)
[0050]

【權利要求】
1.一種防氧化高溫軟釬料實心絲，其特征在于:包括高溫軟釬料實心絲和表面包覆的防氧化保護層，所述的高溫軟釬料實心絲的重量百分比組成為:Sn為2?15wt%，Ag為O?5wt%, P、Ge、Ga、B1、Sb和Zn中的一種或多種的總量為0.0l?lwt%，余量為Pb。
2.根據(jù)權利要求1所述的防氧化高溫軟釬料實心絲，其特征在于:P、Ge、Ga、B1、Sb或Zn的重量百分比為0.01?lwt%。
3.根據(jù)權利要求1所述的防氧化高溫軟釬料實心絲，其特征在于:所述的防氧化保護層由苯并三氮唑或十二羥基硬脂酸構成。
4.根據(jù)權利要求3所述的防氧化高溫軟釬料實心絲，其特征在于:所述的防氧化保護層的厚度為0.05?2.0Oym0
5.一種防氧化高溫軟釬料實心絲的制備方法，包括如下步驟: (O按成分配比稱取合金原材料，高溫軟釬料實心絲的重量百分比組成為:Sn2?15wt%, AgO ?5wt%, P、Ge、Ga、B1、Sb 和 Zn 中的一種或多種 0.01 ?lwt%，余量為 Pb ； (2)將所述的合金原材料在氮氣或氬氣氣氛保護下熔煉，并攪拌，制成成分均勻的高溫軟釬料合金錠； (3)將所述的合金錠進行大變形擠壓拉拔，得到預設直徑和截面形狀的實心絲； (4)將所述的實心絲穿過苯并三氮唑或十二羥基硬脂酸熔液的包覆桶進行表層包覆處理； (5)將經(jīng)過包覆處理的實心絲冷卻風干后進行纏繞和包裝，得到防氧化高溫軟釬料實心絲。
6.根據(jù)權利要求5所述的防氧化高溫軟釬料實心絲的制備方法，其特征在于:P、Ge、Ga、B1、Sb或Zn的重量百分比為0.01?lwt%。
7.根據(jù)權利要求5所述的防氧化高溫軟釬料實心絲的制備方法，其特征在于:所述的防氧苯并三氮唑或十二羥基硬脂酸熔液的溫度為100?150°C。
8.根據(jù)權利要求5所述的防氧化高溫軟釬料實心絲的制備方法，其特征在于:所述的實心絲進行表層包覆處理的速度為1.0?2.0m/min。
【文檔編號】B23K35/26GK104070303SQ201310105171
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月28日 優(yōu)先權日:2013年3月28日
【發(fā)明者】徐駿, 胡強, 賀會軍, 朱學新, 張富文, 朱捷, 曲俊峰, 安寧 申請人:北京康普錫威科技有限公司