[发明专利]一种低锌Sn-Zn基无铅钎焊材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎焊材料，属于金属材料技术领域。

背景技术

随着电子焊接技术的发展，对钎焊材料的要求越来越高，传统的含铅钎焊材料对人体和环境的危害较大，已被国家禁止使用。近年来对无铅钎料的研究较热，当前研究的多元合金中有Sn-Ag-Cu，Bi-Sn-Ag，Sn-Zn-Cu等，这些合金的熔点较高，在200℃以上，与含铅钎料(约183℃)比较熔点较高。

Sn是熔点较低的有色金属，其熔点只有231.9℃，且导电性好，并能够和一些金属形成熔点更低的合金。因此，Sn基合金是电子连接材料的首选，同时也是无铅钎料的主要替代品。但含银Sn基钎料合金的成本高，而二元Sn-Zn共晶钎料的润湿性和物理化学性能并不能满足要求，因此必须通过加入其他的合金元素，进行必要的合金化处理才能满足使用要求。

在Sn-Zn-Cu合金中，加入Zn元素的主要作用是降低合金的熔点，加入Cu的主要作用是提高钎料合金的润湿性和力学性能。由于Zn很容易氧化和蒸发，在钎料的熔炼过程中，单质的Zn很容易氧化烧损，若仅仅是通过降低钎料中配方中Zn加入量往往会使钎料中Zn的含量很难达到要求，势必要通过增加Zn的加入量，来保证钎料中Zn的含量，这不仅会增加锌的损耗和成本，而且会是钎料的润湿性降低。如果能够通过合金化改变锌的存在形式含和提高钎料成分的稳定性，降低钎料中锌的含量，则可以大幅度地提高钎料的性能。公开号为CN1390672A的中国专利，公开了一种钎料：5-10重量％的Zn；0.05-1重量％的稀土元素，任选含有0.1-6重量％的Bi，0.1-3重量％的Cu、0.5-3重量％的In、0.1-1重量％的Al、0.01-1重量％的Ni、0.001-1重量％的P中的一种或几种；其余为Sn。该种铅料含锌量高，润湿性较差，高的含锌量会使钎料的成分稳定性差，在钎焊过程中很容易出现缺陷，同时会降低焊点和钎缝的耐腐蚀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种低锌Sn-Zn基无铅钎焊材料，通过合金化，改变了Zn在钎料中的存在形式，提高了钎料的成分稳定性，可以使钎料中Zn的含量低于5％，从而大大提高了钎料的润湿性、强度和和导电性等性能。

本发明采取的技术方案为：

一种低锌Sn-Zn基无铅钎焊材料，其重量百分比组成为：0.1％～4.5％Zn，0.1％～0.8％Cu，0.1％～5％Bi，0.1％～0.5％Ce，0.01％～0.3％In，余量的Sn。

一种低锌Sn-Zn基无铅钎焊材料，其重量百分比组成优选：1％-4％Zn，0.2-0.8％Cu，0.3％～5％Bi，0.3％～0.5％Ce，0.1％～0.3％In，余量的Sn。

所述的低锌Sn-Zn基无铅钎焊材料的制备方法：

第一步，低锌Sn-Zn基无铅钎焊材料的制备方法的第一步也是最关键和最重要的步骤是熔炼，在该钎料的熔炼过程当中主要存在下面两个问题，一是钎料合金中的组成元素Zn的蒸发和氧化；二是高熔点的Cu和稀土Ce如何向低熔点的基体中添加，同时保证Cu和Ce不会被氧化。为了解决Zn的蒸发和氧化问题，熔炼采取向坩锅中加入ZnCl₂。ZnCl₂熔点低，在加热过程中会熔化成粘稠的液体薄膜漂浮在液态合金的表面上，阻止了Zn与空气的接触，有效的阻止了Zn的氧化和蒸发；同时ZnCl₂可以还原锌，使得钎料中Zn的含量不会有太大的波动。Cu和Ce属于高熔点的金属，在高温下与空气接触很容易氧化。这两种元素的加入量比较少，是作为溶质溶解在基体当中，所以将Cu和Ce放入液态基体里面，液态基体阻止了Cu和Ce与外面空气接触，防止了氧化，同时使Cu和Ce能更好的溶解到基体当中。所以要先将Sn进行熔化，然后将Cu和Ce用陶瓷棒压入液态Sn当中，直到Cu和Ce完全溶解以后再向合金中加入低熔点的Bi；最后加入Zn，同时加入适量的ZnCl₂。混和好的钎料经过几次搅拌后进行浇注。具体的熔炼过程如下：

(1)将钎料中的各组分按照其在钎料中的百分比进行称量、配料，其质量精确到0.01g。

(2)将箱式电阻炉的温度调至400℃，放入熔炼坩锅进行预热，15min后取出坩锅，将称量好的Sn放入坩锅中，并加入少量的覆盖剂ZnCl₂(用量为钎料质量的1％-25％)，10min后打开炉门，此时Sn已经完全熔化。