[发明专利]一种Sn－Ag－Cu－Ce无铅钎料合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种Sn-Ag-Cu-Ce无铅钎料合金，还涉及该种Sn-Ag-Cu-Ce无铅钎料合金的制备方法。

背景技术

Sn-Ag-Cu系无铅钎料被公认为是代替Sn-Pb钎料最有前途的钎料之一。它的合金钎料熔化温度范围在217℃附近，熔点温度偏高，有良好的延展性，外观光亮。它有以下几方面优点：(1)耐疲劳性明显地优于Sn-Pb共晶钎料；(2)抗拉强度、初期强度和长期强度变化都比Sn-Pb共晶钎料优越；(3)蠕变具有变形速度慢，断裂时间长等特性；(4)延展性，由于添加降低熔点的金属使延展性有所下降，但不存在长期劣化问题；(5)力学性能良好，可焊性良好。虽然Sn-Ag-Cu系无铅钎料存在着许多优点，但也存在熔点过高，润湿性能差，成本较大等不足之处，因此限制了其在工业生产上的应用。

发明内容

本发明的目的是，提供一种Sn-Ag-Cu-Ce无铅钎料合金，来解决Sn-Ag-Cu系无铅钎料熔点过高，成本较大的问题。

本发明的另一目的是提供该Sn-Ag-Cu-Ce无铅钎料合金的制备方法。

本发明的一个技术方案是，一种Sn-Ag-Cu-Ce无铅钎料合金，按重量百分比由以下组分组成：Ag为2％～3％，Cu为2.5％～3％，Ce为0.01％～0.1％，其余为Sn，各组分的重量之和为100％。

本发明所述的合金，其组分Ag纯度为99.99％。

本发明所述的合金，其组分Cu纯度为99.99％。

本发明所述的合金，其组分Ce的纯度为99％。

本发明所述的合金，其组分Sn为云锡。

本发明的另一技术方案是，所述的Sn-Ag-Cu-Ce无铅钎料合金的制备方法，按照以下步骤进行，

1.将LiCl和KCl按照1.0～1.2∶1.0～1.5的质量比例分别称取，并将称量好的LiCl和KCl混合均匀，配制得到保护熔盐；

2.分别按质量比例称取Ag 2％～3％、Cu 2.5％～3％、稀土Ce 0.01％～0.1％，其余为Sn，总重量100％，并放入刚玉坩锅中搅拌混合，将上述配制好的保护熔盐覆盖在坩锅中的混合物上，放入电阻炉中加热熔炼，待温度达到450℃～700℃时，保温70分钟～100分钟，在此期间每10分钟搅拌一次，熔炼完后将坩锅取出，对坩锅里的合金进行预冷、浇铸；

3.将上述浇铸好的合金在300℃～500℃下进行重熔，保温40分钟～60分钟，搅拌，最后再进行浇铸成锭，即得。

本发明的有益效果是降低了无铅钎料合金的成本，润湿性能优良，力学性能优异。

附图说明

图1是本发明合金进行焊接，其接口的显微组织图；

图2是本发明合金的DSC曲线图；

图3是本发明合金的拉伸曲线图；

图4是本发明合金的断裂形貌及微观组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明所述的Sn-Ag-Cu-Ce无铅钎料合金，按重量百分比由以下组分组成：Ag为2％～3％，Cu为2.5％～3％，Ce为0.01％～0.1％，其余为Sn，各组分的重量之和为100％，其中组分Ag纯度为99.99％，组分Ce的纯度为99％，组分Sn为云锡。

Ag元素可以提高合金的机械性能和抗腐蚀性能。超过某一定量的含量时，可以降低Sn-Ag-Cu系焊料的液相线。为使Ag与Cu、Sn形成共晶或近共晶形态以降低焊接温度保证电子元件不受损，Ag的含量控制在2～3％，过多则会使液相线温度升高，而且Ag作为贵金属会增加生产成本；形成Ag₃Sn粒子可以强化基体。此外Ag还可以提高电导率。

Cu元素可以提高合金焊接性能，同时对合金的塑性性能也有改善；所形成的Cu₆Sn₅金属间化合物粒子分布于锡基体上，起到强化作用。

控制Ce元素加入量在某一范围内可增加熔化后的焊料的润湿能力，克服某些无铅焊料的润湿性不足的缺点。在合金熔炼过程中起到净化作用，作为非均质形核结晶的质点促使晶粒细化，保证焊接强度。Ce本身熔点低，不会提高焊接温度。从经济性角度考虑Ce的添加量不可过多。

Sn为基料，Sn具有低熔点，与其它低熔点金属形成的合金也就具有相对较低的熔点，避免焊接过程对于电子元器件的热烧蚀或热损伤。Sn来源丰富，价格低廉，为各种电子封装材料用焊料基材。