專利名稱：含稀土元素鑭、鈰的溫度熔絲線材制成的合金型熱熔斷體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工作溫度為126°C 13(TC的含稀土元素鑭、鈰的溫度熔絲線材 制成的合金型熱熔斷體，屬合金型熱熔斷體技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為在一般戶內(nèi)環(huán)境下使用的電器、電子設(shè)備及類似的組件中，為防止它們在故 障的情況下出現(xiàn)超溫，通常使用合金型熱熔斷體進行保護。該合金型熱熔斷體的結(jié)構(gòu)為用 給定熔點的合金作為溫度熔絲，在該溫度熔絲上涂覆助熔劑，再用絕緣體密封該涂覆了助 熔劑的溫度熔絲。
該合金型熱熔斷體的工作原理如下所述 在一般戶內(nèi)環(huán)境下使用的電器、電子設(shè)備及類似的組件等儀器中安裝的合金型熱 熔斷體，當(dāng)它們在故障的情況下會出現(xiàn)超溫，且因該超溫會使熱熔斷體中的溫度熔絲熔化。 由于已熔化的低熔點合金與已熔化的助熔劑共存時，熔化的低熔點合金向引線導(dǎo)體浸潤， 因球狀化而斷裂，使通電回路被斷開。因斷電使儀器的溫度降低，導(dǎo)致已斷開的球狀化的熔 化合金凝固，實現(xiàn)了通電回路的不恢復(fù)性切斷。由上述工作原理可知，要求電器、電子設(shè)備 及類似的組件等允許的工作溫度應(yīng)與低熔點合金的斷裂溫度幾乎相等。 從平衡狀態(tài)圖可知，合金中有固相線溫度、液相線溫度及共晶點。當(dāng)用共晶點溫度 給合金加熱時，合金會由固相一舉變化為液相，但是，在共晶點以外的組成中，合金會從固 相一固液共存相一液相的轉(zhuǎn)化。在固相溫度、液相溫度之間有一個溫度寬度AT1， AT1將 直接決定熱熔斷體及溫度熔絲的工作溫度的離散偏移，因此，為減小因ATI的存在而出現(xiàn) 的熱熔斷體工作溫度的上下浮動，采用固相線、液相線之間的固液共存區(qū)域狹窄的小ATI 的合金組成是該系列產(chǎn)品的要求條件之一。 由于國內(nèi)外環(huán)保意識的高漲及歐盟議會和歐盟理事會《關(guān)于在電氣電子設(shè)備中限
制使用某些有害物質(zhì)指令》的實施，合金型熱熔斷體的溫度熔絲中不能含有Pb、Cd、Hg等有
害元素。不含有害元素是低熔點合金型熱熔斷體和溫度熔絲用線材的要求條件之二。 由于合金型熱熔斷體的溫度熔絲自身的內(nèi)電阻而導(dǎo)致其在正常使用時發(fā)熱，該發(fā)
熱導(dǎo)致溫度熔絲的溫度上升為AT2，因此，與沒有該溫度上升時相比，合金型熱熔斷體實際
上的工作溫度將降低AT2，同時，AT2的大小與通過合金型熱熔斷體中溫度熔絲的電流值
有關(guān)，即9=12訂，不同的儀器在不同的狀態(tài)下該電流值也不一樣。降低熱熔斷體的電阻率，
減小AT2是低熔點合金型熱熔斷體和溫度熔絲用線材的要求條件之三。 通常，當(dāng)合金型熱熔斷體的實際工作溫度接近溫度熔絲的熔斷溫度時，其低熔點
溫度熔絲的熱穩(wěn)定性變差，耐熱老化能力很弱，溫度熔絲的表面在高溫下會產(chǎn)生一層氧化
膜，隨著時間的推移，此氧化膜會進一步加厚，當(dāng)厚度增加到一定程度時，在低熔點合金的
表面就會形成一層由氧化膜構(gòu)成的"框架"，此"框架"會束縛已經(jīng)熔化的低熔點合金向引線
導(dǎo)體浸潤并阻止其因球狀化而斷裂，最終導(dǎo)致熱熔斷體失去保護作用。因此，提高耐高溫老
化能力是低熔點合金型熱熔斷體和溫度熔絲用線材的要求條件之四。
合金型熱熔斷體在AC275V的高電壓下使用時，其低熔點合金在熔化后因球狀化 而斷裂。但球狀化的速度與效果直接影響斷裂結(jié)果，當(dāng)熔化后的低熔點合金不能在鍍錫銅 絲的兩側(cè)迅速形成球狀或只在一側(cè)形成球狀時，鍍錫銅絲前端的低熔點合金會形成"針狀 物"，此時，該"針狀物"與"避雷針"的功效完全相同，降低了兩根鍍錫銅絲之間的爬電距離， 容易產(chǎn)生電弧。同時，該電弧產(chǎn)生的助熔劑的碳化物、低熔點合金的飛散物及飛散物附著在 絕緣體密封物上，將會再次產(chǎn)生更強的電弧，引燃助熔劑，噴射大量的火花，極易產(chǎn)生重大 安全隱患。因此，提高安全分斷能力是低熔點合金型熱熔斷體和溫度熔絲用線材的要求條 件之五。 本發(fā)明人此前對In-Sn、 Sn-Bi、 Sn-Pb等多種成分的合金制作成熱熔斷體，其使用 情況較難同時滿足上述五條的要求，較難適應(yīng)合金型熱熔斷體的工業(yè)化產(chǎn)生。有的溫度離 散性大，有的不耐高溫老化，有的分斷能力差。將In-Sn成分的低熔點合金制作成熱熔斷體 后，將其在116t:溫度環(huán)境下進行高溫老化3000小時后，近18%的樣品已斷裂，同時有5% 的樣品即使再次將溫度升高到145t:時也不會斷裂。將Sn-Pb成分的合金制作成熱熔斷體， 在AC275V的電源回路中用1. 1倍額定電流做分斷電流試驗時，近75%的樣品會噴射出火 花。將Sn-Bi成分的合金制作成熱熔斷體，因Bi含量多導(dǎo)致脆弱，不適應(yīng)熱熔斷體生產(chǎn)的 焊接、總裝工藝；同時，制成產(chǎn)品后抗振動能力差，機械穩(wěn)定性差，不能滿足一般戶內(nèi)環(huán)境下 使用的電器、電子設(shè)備及類似的組件等儀器在生產(chǎn)過程中的安裝工藝及穩(wěn)定使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含有稀土元素鑭、鈰，AC275V1. 1倍額定電流下分斷能 力強，具有良好的耐熱抗老化能力，工作溫度在126°C 13(TC，環(huán)保、低電阻率，可以制作 成直徑為①400 ii m O800 ii m的低熔點的溫度熔絲線材制成的合金型熱熔斷體。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的的 該含稀土元素鑭、鈰的溫度熔絲線材制成的合金型熱熔斷體由鍍錫銅絲、密封膏
劑、絕緣體、助熔劑和溫度熔絲構(gòu)成，絕緣體制成方形或圓筒形，兩根鍍錫銅絲置于方形絕
緣體內(nèi)或圓筒形絕緣體的中心，兩根鍍錫銅絲通過溫度熔絲連接，溫度熔絲的周圍填裝有
助熔劑，絕緣體開口處與鍍錫銅絲周圍填裝有密封膏劑。其特征在于所述的溫度熔絲由下
述的質(zhì)量百分比的合金成分構(gòu)成 Sn 45.5% Bi 48.2% In 6% Ce 0.2% La 0.1%。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于 該含稀土元素鑭、鈰的溫度熔絲線材制成的合金型熱熔斷體，AC275V 1. 1倍額定 電流下分斷能力強，具有良好的耐熱抗老化能力，工作溫度在126°C 13(TC，環(huán)保、低電阻 率，可以制作成直徑為①400iim ①800iim超細溫度熔絲線材，滿足了在一般戶內(nèi)環(huán)境下 使用的電器、電子設(shè)備及類似的組件和IEC 60691 :2002， IDT對13(TC系列熱熔斷體的要 求。


圖1為含稀土元素鑭、鈰的溫度熔絲線材制成的方形合金型熱熔斷體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為含稀土元素鑭、鈰的溫度熔絲線材制成的軸狀形合金型熱熔斷體的結(jié)構(gòu)示 意圖。 圖中1、鍍錫銅絲，2、密封膏劑，3、絕緣體，4、助熔劑，5、溫度熔絲。
具體實施例方式
該含稀土元素鑭、鈰的溫度熔絲線材制成的合金型熱熔斷體由鍍錫銅絲1、密封膏 劑2、絕緣體3、助熔劑4和溫度熔絲5構(gòu)成，絕緣體3 —般制成方形或圓筒形兩種；若制成 方形，兩根鍍錫銅絲1置于方形絕緣體3內(nèi)；若制成圓筒形，兩根鍍錫銅絲1置于圓筒形絕 緣體3的中心位置。兩根鍍錫銅絲1通過溫度熔絲5連接，溫度熔絲5的周圍填裝有助熔 劑4，絕緣體3的開口處的鍍錫銅絲1的周圍填裝有密封膏劑2(參見附圖1 2)。
附圖1是方形輻射狀結(jié)構(gòu)的合金型熱熔斷體，并排的兩根鍍錫銅絲1的直徑為 ①400 ii m ①800 ii m，鍍錫銅絲1的上端部之間用溫度熔絲5進行熔接焊接，并用助熔劑4 涂覆該溫度熔絲5，用一端開口的方形絕緣體3包圍該涂覆了助熔劑4的溫度熔絲5，再用 耐高溫的環(huán)氧樹脂等密封膏劑2密封該方形絕緣體3的開口 。 附圖2是圓筒形結(jié)構(gòu)的合金型熱熔斷體，兩根直徑為①400iim ①800iim的鍍 錫銅絲1之間用溫度熔絲5進行熔接焊接，并用助熔劑4涂覆該溫度熔絲5，在該涂覆了助 熔劑4的溫度熔絲5的外面套插有導(dǎo)熱性和耐熱性好的圓筒形絕緣體3，并分別在該圓筒形 絕緣體3的兩端與鍍錫銅絲1之間用耐高溫的環(huán)氧樹脂等密封膏劑2密封該圓筒形絕緣體 3的開口。 上述的助熔劑4的熔點比溫度熔絲5的熔點低，例如可采用松香60 80質(zhì)量份、 硬脂酸10 20質(zhì)量份、乙烯-醋酸乙烯共聚物(簡稱EVA) 1 8質(zhì)量份、癸二酸二正辛脂 1 4質(zhì)量份、丙三醇0 3質(zhì)量份、活性劑0 8質(zhì)量份配置而成。其中松香為特級天然 松香，活性劑可以使用三乙醇胺等；圓筒形絕緣體3可以采用石英玻璃管、陶瓷管，方形絕 緣體3可以采用耐高溫的工程塑料。 該含稀土元素鑭、鈰的溫度熔絲線材制成的合金型熱熔斷體的關(guān)鍵技術(shù)在于
溫度熔絲5的線材所含的稀土元素及合金成分的質(zhì)量百分比，本發(fā)明使用的溫度 熔絲5是外徑為①400 ii m ①800 ii m的線材，也可以采用與該溫度熔絲5的線材有相同橫 截面積的扁絲。該溫度熔絲5的線材所含的合金成分的質(zhì)量百分比為45.5X的Sn、48.2X 的Bi、6X的In、0. 2X的Ce和0. lX的La。溫度熔絲5的工作溫度為126°C 130。C區(qū)間 內(nèi)，工作溫度的偏差小于4°C 。溫度熔絲5不含對生物體有害的Pb、 Cd、 Hg等元素，符合環(huán) 保要求。當(dāng)直徑大于①400iim時可以降低溫度熔絲的內(nèi)電阻，4mm長度的溫度熔絲的內(nèi)電 阻為3 5mQ，并可以防止因焦耳熱導(dǎo)致的動作誤差。合金中加入了 6%的銦，在對原材 料成本增加不多的情況下能降低熔點，減小溫度熔絲在固相溫度、液相溫度之間的溫度寬 度AT1，降低溫度熔絲的工作溫度的離散偏移，且能改善溫度熔絲在鍍錫銅絲上的潤濕性， 增加溫度熔絲的導(dǎo)熱性。同時，加入稀土元素鈰、鑭，其質(zhì)量百分比的含量為0.2X的Ce、 0. lX的La，提高了成核率，實現(xiàn)了細晶強化，避免了柱狀晶區(qū)易出現(xiàn)的晶間開裂，消除了溫 度熔絲熔化時在鍍錫銅絲1前端易形成"針狀物"的現(xiàn)象，避免了當(dāng)合金型熱熔斷體的實際工作溫度接近溫度熔絲的熔斷溫度時，在低熔點合金的表面形成一層由氧化膜構(gòu)成的"框 架"，增強了耐腐蝕性和抗氧化性，提高了本溫度熔絲的塑性和綜合力學(xué)性能等。在助熔劑 4的協(xié)助下，本合金型溫度熔絲能夠在小于4°C的溫度偏差范圍內(nèi)，在AC275V的高電壓及 1. 1倍額定電流的作用下安全分斷，滿足了在一般戶內(nèi)環(huán)境下使用的電器、電子設(shè)備及類似 的組件和IEC 60691 :2002， IDT對130。C系列熱熔斷體的要求。 下面通過幾個實施例更具體地說明本發(fā)明的技術(shù)性能，其中，合金型熱熔斷體的
式樣形狀為方形輻射狀結(jié)構(gòu)的合金型熱熔斷體。 實施例分為三組，每組試樣數(shù)為50支。 合金成分的質(zhì)量百分比為Sn 45. 5%、Bi 48. 2%、In 6%、Ce 0. 2%、La 0. 1%的 母材的配制方法 在容積約為500毫升的高純直形氧化鋁坩堝內(nèi)加入80 IOO毫升的丙三醇 (C3H803的含量^ 99. 0X，分析純)，在280。C恒溫后，按質(zhì)量百分比為Bi 48.2%、 Sn 45.5%、 In 6X的要求分別將高純度金屬Bi、 Sn、 In順序依次間隔加入已恒溫的高純直形 氧化鋁坩堝內(nèi)，同時，間隔時間因加入的高純度金屬的質(zhì)量及恒溫爐的加熱功率定，保證已 加入的金屬全部熔化后才能添加后面的金屬。加Sn前將溫度設(shè)置為25(TC，加In前將溫度 設(shè)置為16(TC，每次配制的合金總量約為10Kg，添加高純度金屬時，可用直徑約8mm的不銹 鋼棒進行攪拌，待最后添加的In熔化后將溫度設(shè)置為140°C。另取一個容積約為500毫升 的高純直形氧化鋁坩堝，加熱待恒溫后，沖氬氣，將粉末狀質(zhì)量百分比為0.2X的Ce、0. 1% 的La與已熔融的Bi、Sn、In合金混合，恒溫，攪拌，待完全熔融后，將其澆鑄成質(zhì)量為0. 3 1. OKg的小鑄錠(鑄棒)。
實施例一 把合金成分的質(zhì)量百分比為Sn 45. 5%、Bi 48. 2%、In 6%、Ce 0. 2%、La 0.1% 的母材通過擠絲加工成直徑為550 m的絲材，擠絲溫度為55°C ，擠絲壓強為lOMPa。制作方 形輻射狀的合金型熱熔斷體，助熔劑為特級天然的松香71. 5質(zhì)量份、硬脂酸15質(zhì)量份、乙 烯_醋酸乙烯共聚物(簡稱EVA) 5質(zhì)量份、癸二酸二正辛脂2. 5質(zhì)量份、丙三醇1質(zhì)量份、 三乙醇胺5質(zhì)量份。 1、取試樣25支，分別通0. 008安培的直流電流，在升溫速度1°C /分的甘油油槽中 浸泡(浸泡深度60 120mm)，測定由于熱熔斷體熔斷而斷電的甘油的溫度。測定工作溫度 在128°C ±2"范圍內(nèi)。 2、取試樣25支，分別通1. 1安培的直流電流，在升溫速度1°C /分的甘油油槽中浸 泡(浸泡深度60 120mm)，測定由于熱熔斷體熔斷而斷電的甘油的溫度。測定工作溫度在 128°C 士2"C范圍內(nèi)。 本組試驗可以充分保證上述配方的合金型溫度熔絲、熱熔斷體的低電阻性，工作 溫度在126°C 13(TC范圍內(nèi)。
實施例二 把合金成分的質(zhì)量百分比為Sn 45. 5%、Bi 48. 2%、In 6%、Ce 0. 2%、La 0.1% 的母材通過甩絲加工成直徑為550 ii m絲材，甩絲溫度132°C ，甩絲壓強0. 02MPa，盛熔融合 金的容器內(nèi)添加50 100毫升丙三醇。制作方形輻射狀的合金型熱熔斷體，助熔劑為特級 天然松香71. 5質(zhì)量份、硬脂酸15質(zhì)量份、乙烯-醋酸乙烯共聚物(簡稱EVA) 5質(zhì)量份、癸二酸二正辛脂2. 5質(zhì)量份、丙三醇1質(zhì)量份、三乙醇胺5質(zhì)量份。 1、取試樣25支，放在116t:的恒溫箱內(nèi)，不間斷高溫老化3000小時后。測定工作 溫度在126°C 13(TC范圍內(nèi)。 2、取試樣25支，放在121°C的恒溫箱內(nèi)，不間斷高溫老化3000小時后。測定工作 溫度在126°C 13(TC范圍內(nèi)。 上述兩組共50支樣品試驗結(jié)束后，將其放入180°C的恒溫箱內(nèi)30分鐘無低熔點合 金、助熔劑等溢出物。 本組試驗可以充分保證上述配方的合金型溫度熔絲、熱熔斷體的耐高溫?zé)岱€(wěn)定 性，工作溫度在126°C 13(TC范圍內(nèi)。
實施例三 把合金成分的質(zhì)量百分比為Sn 45. 5%、Bi 48. 2%、In 6%、Ce 0. 2%、La 0. 1% 的母材通過擠絲加工成直徑為550 ii m絲材，擠絲溫度55°C ，擠絲壓強10MPa。制作方形輻 射狀的合金型熱熔斷體，助溶劑為特級天然松香71. 5質(zhì)量份、硬脂酸15質(zhì)量份、乙烯-醋 酸乙烯共聚物(簡稱EVA) 5質(zhì)量份、癸二酸二正辛脂2. 5質(zhì)量份、丙三醇1質(zhì)量份、三乙醇 胺5質(zhì)量份。 1、取試樣25支，分別通功率因數(shù)為0.60、電壓AC275V、電流1. l安培的電流，在升 溫速度2°C /分的烘箱內(nèi)升溫使其熔斷。檢驗每支試樣的方形絕緣盒3、密封劑2均無損 傷，無火焰噴出，兩根鍍錫銅絲1之間的絕緣電阻值大于500V、20MQ ，兩根鍍錫銅絲1與絕 緣體3之間的絕緣電阻值大于500V、20MQ ，耐壓AC1500V、1分鐘。 2、取試樣25支，分別通功率因數(shù)為0. 95、電壓AC275V、電流1. l安培的電流，在升 溫速度2°C /分的烘箱內(nèi)升溫使其熔斷。檢驗每支試樣的方形絕緣盒3、密封劑2均無損 傷，無火焰噴出，兩根鍍錫銅絲1之間的絕緣電阻值大于500V、20MQ ，兩根鍍錫銅絲1與絕 緣體3之間的絕緣電阻值大于500V、20MQ ，耐壓AC1500V、1分鐘。 本組試驗可以充分保證上述配方的合金型溫度熔絲、熱熔斷體的安全分斷能力。
比較例 把合金成分為Bi 56%、 Sn 40%、 Zn4%的母材通過甩絲加工成直徑為550 y m絲 材，甩絲溫度132°C ，甩絲壓強0. 02MPa。制作方形輻射狀的合金型熱熔斷體，助溶膏劑為特 級天然松香71. 5質(zhì)量份、硬脂酸15質(zhì)量份、乙烯-醋酸乙烯共聚物(簡稱EVA) 5質(zhì)量份、 癸二酸二正辛脂2. 5質(zhì)量份、丙三醇1質(zhì)量份、三乙醇胺5質(zhì)量份。取該試樣25支，分別通 0. 008安培的直流電流，在升溫速度1°C /分的甘油油槽中浸泡(浸泡深度60 120mm)， 測定由于熱熔斷體熔斷而斷電的甘油的溫度，測定工作溫度在128°C 士2t:范圍內(nèi)；取該試 樣25支，分別通1. 1安培的直流電流，在升溫速度rc /分的甘油油槽中浸泡(浸泡深度 60 120mm)，測定由于熱熔斷體熔斷而斷電的甘油的溫度，測定工作溫度在128°C ± 2°C范 圍內(nèi)。說明該試樣內(nèi)電阻較低。但是，取試樣25支，放在116t:的恒溫箱內(nèi)，不間斷高溫老 化1200小時后。測定工作溫度在128°C 135t:范圍內(nèi)，判定其沒有耐高溫?zé)岱€(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例可知，以Sn、 Bi、 In、 La、 Ce為原材料制作的含稀土元素 鑭、鈰的合金型溫度熔絲，可以制作成直徑為①550ym左右極細的線材，用其制作的熱熔 斷體工作溫度為126°C 13(TC，且環(huán)保、電阻率低、AC275V1. 1倍額定電流下分斷能力強， 具有良好的耐熱老化能力，滿足了在一般戶內(nèi)環(huán)境下使用的電器、電子設(shè)備及類似的組件和IEC 60691 :2002， IDT對130。C系列熱熔斷體的要求。
權(quán)利要求
一種含稀土元素鑭、鈰的溫度熔絲線材制成的合金型熱熔斷體，它由鍍錫銅絲(1)、密封膏劑(2)、絕緣體(3)、助熔劑(4)和溫度熔絲(5)構(gòu)成，絕緣體(3)制成方形或圓筒形，兩根鍍錫銅絲(1)置于方形絕緣體(3)內(nèi)或圓筒形絕緣體(3)的中心，兩根鍍錫銅絲(1)通過溫度熔絲(5)連接，溫度熔絲(5)的周圍填裝有助熔劑(4)，絕緣體(3)開口處的鍍錫銅絲(1)周圍填裝有密封膏劑(2)；其特征在于所述的溫度熔絲(5)由下述的質(zhì)量百分比的合金成分構(gòu)成Sn 45.5％ Bi 48.2％In 6％ Ce 0.2％La 0.1％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含稀土元素鑭、鈰的溫度熔絲線材制成的合金型熱熔斷體，屬合金型熱熔斷體技術(shù)領(lǐng)域。它由鍍錫銅絲、密封膏劑、絕緣體、助熔劑和溫度熔絲構(gòu)成，絕緣體為方形或圓筒形，兩根鍍錫銅絲通過溫度熔絲連接，溫度熔絲的周圍填裝有助熔劑，絕緣體開口處的鍍錫銅絲周圍填裝有密封膏劑；溫度熔絲由Sn 45.5％、Bi 48.2％、In 6％、Ce 0.2％、La 0.1％的質(zhì)量百分比的合金成分制成。其工作溫度為126℃～130℃，環(huán)保、電阻率低、AC275V1.1倍額定電流下分斷能力強，滿足IEC 606912002，IDT對130℃系列熱熔斷體的要求，適用于在一般戶內(nèi)環(huán)境下使用的電器、電子設(shè)備及類似的組件等電子設(shè)備。
文檔編號C22C30/04GK101794692SQ20101010248
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者吳峰 申請人:洪湖市藍光電子有限責(zé)任公司