專(zhuān)利名稱(chēng)：一種Sn-Cu-Ni-Ce-Cr無(wú)鉛焊料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錫銅系無(wú)鉛焊料，特別涉及一種Sn-Cu-N1-Ce-Cr無(wú)鉛焊料。
背景技術(shù)：
在焊料的無(wú)鉛化進(jìn)程中，無(wú)鉛焊料主要有SnAg系、SnCu系、SnZn系、SnBi系二元合 金以及SnAgCu系三元合金等體系，與傳統(tǒng)的SnPb焊料相比都存在固有缺點(diǎn)。SnAg(SnAgCu) 系焊料在耐疲勞性和抗拉強(qiáng)度方面優(yōu)于SnPb焊料，蠕變性和延展性皆好，但其熔點(diǎn)偏高， 含銀較多，成本偏高，且抗氧化腐蝕性能差。SnCu系焊料相對(duì)其他無(wú)鉛焊料成本最低，但在 合金熔點(diǎn)、焊接可靠性、工藝良率和抗氧化方面存在不足。SnBi系焊料熔點(diǎn)低，抗拉伸強(qiáng)度 和蠕變性能優(yōu)越，潤(rùn)濕性良好，但是成本偏高、熱穩(wěn)定性能不足。SnZn系焊料成本低，熔點(diǎn)與 SnPb焊料最為接近，但是易氧化、出渣多，焊劑難配制。
針對(duì)上述無(wú)鉛焊料的諸多缺陷，添加其他金屬元素或是引入第二相等方法可在一 定程度上增強(qiáng)和改善焊料性能。其中，在中國(guó)專(zhuān)利200510011703. 5 一種SnCuNiCe合金焊 料中，通過(guò)在SnCu合金中加入適量Ce和Ni，較好地克服了熔點(diǎn)高，潤(rùn)濕性差等缺點(diǎn)，較好地 降低了生產(chǎn)成本，但是在生產(chǎn)過(guò)程中抗氧化能力差的缺點(diǎn)仍舊明顯，出渣率高達(dá)每噸原料 會(huì)產(chǎn)出45-55公斤錫渣。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)SnCuNiCe合金焊料抗氧化性差的缺點(diǎn)，提出一種保持了 SnCuNiCe合金焊料原有熔點(diǎn)低、潤(rùn)濕性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，又能改善抗氧化和電性能的無(wú)鉛 焊料，很好地降低焊錫的出渣率。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案達(dá)到的一種Sn-Cu-N1-Ce-Cr無(wú)鉛焊料，其特征在于它采用了下述重量百分比的原料制成Cu O. 5-5. 0%, Cr O. 06-1. 0%, Ce O. 01-1. 0%, Ni O. 01-0. 15%,其余為 Sn。
所述的一種Sn-Cu-N1-Ce-Cr無(wú)鉛焊料，其特征在于Cr的重量百分比為O.2-0. 7%。
本發(fā)明在原有SnCuNiCe合金焊料的基礎(chǔ)上加入了 Cr元素，Cr在合金中有著良好 的抗氧化性和抗腐蝕能力。在稀土元素Ce的影響下，熔融狀態(tài)的Cr元素由于表面張力的 作用，聚集在合金表面，與氧元素形成致密的Cr2O3氧化膜，有效提高了高溫抗氧化性。氧化 膜極薄，可以清晰的看到合金焊料的光澤。Cr作為一種表面活性元素，在焊接時(shí)起到降低液 態(tài)金屬的表面張力和液-固界面能的作用，提高了潤(rùn)濕性能。同時(shí)Cr、Ni兩種元素的組合 能夠提高合金本身的電極電位，降低化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的可能性。
SnCuNiCeCr合金焊料中Cr的含量小于O. 06wt%時(shí)，由于Sn的Gibbs自由能低， Ni的擴(kuò)散速度也比Cr大，在合金表面形成分層的氧化物，氧化膜稀薄不均，不能有效的阻 擋空氣中氧的進(jìn)入以及與Sn元素的接觸，抗氧化能力沒(méi)有明顯改變，熔爐過(guò)程中生成的錫 渣多。當(dāng)Cr含量高于1. 0wt%時(shí)，合金表面的氧化膜薄厚不均，降低了潤(rùn)濕性和延展性能。而控制Cr的含量在O. 06-1. 0wt%之間時(shí)，合金表面發(fā)生選擇性氧化，形成單一致密的Cr2O3 氧化層，阻止Sn和Ni的進(jìn)一步氧化,提高了焊料的抗氧化性能、機(jī)械性能、電性能。控制焊料中Cr的含量為O. 2-0. 7wt%，得到的合金含量性能較好，抗氧化性能等保持穩(wěn)定，潤(rùn)濕性倉(cāng)泛擊是1 。
本發(fā)明提供的Sn-Cu-N1-Ce-Cr合金焊料可以由下述方法制備而成Cl)將含錫99. 95%的精錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化后升溫至105(Tll50°C，加入含銅 99. 95%的精銅，其銅用量與錫的重量比為10:90，用木質(zhì)攪拌棒攪拌均勻熔煉成液態(tài)錫銅合金，靜置30分鐘后鑄成含銅10%的錫銅中間合金錠；(2)將含錫99.95%的精錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化后升溫至90(T950°C，加入氯化鉀覆蓋液面，再加入含鈰99. 99%的金屬鈰，其鈰用量與錫的重量比為10:90，再將金屬鈰撳入液態(tài)錫內(nèi)，用木質(zhì)攪拌棒攪拌熔煉成液態(tài)錫鈰合金后，靜置30分鐘后鑄成含鈰10%的錫鈰中間合金錠；(3)將含錫99.95%的精錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化后升溫至155(Tl650°C，再加入含鎳99. 95%的金屬鎳，其鎳用量與錫的重量比為10:90，用木質(zhì)攪拌棒攪拌均勻熔煉成液態(tài)錫鎳合金，靜置30分鐘后鑄成含鎳10%的錫鎳中間合金錠；(4)將含錫99.95%的精錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化后升溫至195(T2050°C，再加入含鉻99. 95%的金屬鉻，其鉻用量與錫的重量比為10:90，用木質(zhì)攪拌棒攪拌均勻熔煉成液態(tài)錫鉻合金，靜置30分鐘后鑄成含鉻10%的錫鉻中間合金錠；(5)取(I)項(xiàng)的錫銅中間合金錠5-50重量份，(2)項(xiàng)的錫鈰中間合金錠O.1-10重量份，(3)項(xiàng)錫鎳中間合金錠O. 1-1. 5重量份和(4)項(xiàng)錫鉻中間合金錠O. 6-10重量份和補(bǔ)加余量錫的不足錫量28. 5-94. 2重量份，加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉，澆注成無(wú)鉛焊料棒，得到含有銅、鈰、鎳、鉻、余量為錫的無(wú)鉛焊料。經(jīng)后續(xù)拉條拉絲工藝，可制成無(wú)鉛錫條、無(wú)鉛錫 絲。
從圖1的測(cè)試結(jié)果可以看出，本發(fā)明所述的Sn-Cu-N1-Ce-Cr焊料合金有優(yōu)良的抗氧化性能、電性能，均勻的金相結(jié)構(gòu)，潤(rùn)濕性好，成本低，整個(gè)工藝過(guò)程出渣率低。


圖1為原料力學(xué)性能、焊點(diǎn)拉伸、剪切應(yīng)力、潤(rùn)濕性能、擴(kuò)展率、錫渣率、金相檢測(cè)結(jié)果。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1取本發(fā)明提供的制備方法中所述的錫銅合金錠50kg，錫鉻合金錠10kg，錫鈰合金錠 IOkg,錫鎳合金錠1. 5kg和不佳余量錫的不足錫量28. 5kg加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉,燒鑄成無(wú)鉛焊料，得到由錫92. 85%、銅5%、鉻1%、鈰1%、鎳O. 15%為原來(lái)制成的本發(fā)明產(chǎn)品。
實(shí)施例2取本發(fā)明提供的制備方法中所述的錫銅合金錠40kg，錫鉻合金錠8kg，錫鈰合金錠O.8kg,錫鎳合金錠O. 8kg和補(bǔ)加余量錫的不足錫量50. 4kg加入不銹鋼鍋進(jìn)行熔煉,燒鑄成無(wú)鉛焊料，得到由錫95. 04%、銅4%、鉻O. 8%、鈰O. 08%、鎳O. 08%為原料制成的本發(fā)明產(chǎn)品。
實(shí)施例3取本發(fā)明提供的制備方法中所述的錫銅合金錠30kg，錫鉻合金錠5kg，錫鈰合金錠 8kg,錫鎳合金錠1. 2kg和補(bǔ)加余量錫的不足錫量55. 8kg加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉,燒鑄成 無(wú)鉛焊料，得到由錫95. 58%、銅3%、鉻O. 5%、鈰O. 8%、鎳O. 12%為原料制成的本發(fā)明產(chǎn)品。
實(shí)施例4取本發(fā)明提供的制備方法中所述的錫銅合金錠10kg，錫鉻合金錠7kg，錫鈰合金錠 5kg,錫鎳合金錠1. Okg和補(bǔ)加余量錫的不足錫量77kg加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉,燒鑄成無(wú) 鉛焊料，得到由錫97. 7%、銅1%、鉻O. 7%、鈰O. 5%、鎳O. 1%為原料制成的本發(fā)明產(chǎn)品。
實(shí)施例5取本發(fā)明提供的制備方法中所述的錫銅合金錠15kg，錫鉻合金錠O. 8kg，錫鈰合金錠 2kg,錫鎳合金錠O. 3kg和補(bǔ)加余量錫的不足錫量81. 9kg加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉,燒鑄成 無(wú)鉛焊料，得到由錫98. 19%、銅1. 5%、鉻O. 08%、鈰O. 2%、鎳O. 03%為原料制成的本發(fā)明產(chǎn)品O
實(shí)施例6取本發(fā)明提供的制備方法中所述的錫銅合金錠8kg，錫鉻合金錠2kg，錫鈰合金錠O.5kg,錫鎳合金錠O. 5kg和補(bǔ)加余量錫的不足錫量89kg加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉,燒鑄成 無(wú)鉛焊料，得到由錫98. 9%、銅O. 8%、鉻O. 2%、鈰O. 05%、鎳O. 05%為原料制成的本發(fā)明產(chǎn)品。
實(shí)施例7取本發(fā)明提供的制備方法中所述的錫銅合金錠5kg，錫鉻合金錠O. 6kg，錫鈰合金錠O.1kg,錫鎳合金錠O.1kg和補(bǔ)加余量錫的不足錫量94. 2kg加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉,燒鑄 成無(wú)鉛焊料，得到由錫99. 42%、銅O. 5%、鉻O. 06%、鈰O. 01%、鎳O. 01%為原料制成的本發(fā)明女口廣叩ο
對(duì)比例取本發(fā)明提供的制備方法中所述的錫銅合金錠7kg，錫鈰合金錠O. 1kg，錫鎳合金錠 Ikg和補(bǔ)加余量錫的不足錫量91. 9kg加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉，澆鑄成無(wú)鉛焊料，得到由 錫99. 19%、銅O. 7%、鈰O. 01%、鎳O. 1%為原料制成的錫銅鎳鈰無(wú)鉛焊料。
經(jīng)檢測(cè)，熔點(diǎn)在225_226°C左右，原料力學(xué)性能、焊點(diǎn)拉伸、剪切應(yīng)力、最大潤(rùn)濕力、 錫絲擴(kuò)展率，不添加高溫抗氧化劑產(chǎn)生的錫渣含量，金相結(jié)構(gòu)如表I所示。從圖1中可以看 出，與錫銅鎳鈰合金焊料相比，原料力學(xué)性能、拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度均較穩(wěn)定，潤(rùn)濕性有較好 的提升，錫渣產(chǎn)率明顯下降。
權(quán)利要求
1.一種Sn-Cu-N1-Ce-Cr無(wú)鉛焊料，其特征在于它采用了下屬重量百分比的原料制成 Cu O. 5-5. 0%, Cr O. 06-1. 0%, Ce O. 01-1. 0%, Ni O. 01-0. 15%，其余為 Sn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Sn-Cu-N1-Ce-Cr無(wú)鉛焊料，其特征在于Cr的重量百分比為 O. 2-0. 7%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Sn-Cu-Ni-Ce-Cr無(wú)鉛焊料，其組分及重量百分比構(gòu)成為Cu0.5-5.0%，Cr0.06-1.0%，Ce0.01-1.0%，Ni0.01-0.15%，其余為Sn。進(jìn)一步優(yōu)化Cr的含量為0.2-0.7wt%。該無(wú)鉛焊料的特點(diǎn)在于相對(duì)Sn-Cu-Ni-Ce無(wú)鉛焊料錫渣產(chǎn)率高，利用了Cr元素的特性，調(diào)節(jié)Cr的含量改善了錫渣產(chǎn)率，得到機(jī)械性能良好、潤(rùn)濕性?xún)?yōu)良、抗氧化能力強(qiáng)的無(wú)鉛焊料，可廣泛用于電子材料技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B23K35/40GK102990250SQ20121054222
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者胡潔, 李曼嬌 申請(qǐng)人:郴州金箭焊料有限公司