CN101870044B - 锡锂系无铅焊锡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锡锂系无铅焊锡，其特征在于：原料按重量百分比包括95％-100％的焊锡合金和0％-5％的助焊剂；所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：97.5％-99.5％，锂：0.5％-2.5％，镍：0％-0.1％、稀土：0％-0.1％，按照上述配方制得的锡锂系无铅焊锡，熔点适当，而固液共存温度区间大，典型的约在55℃-85℃之间，同时液固共存区固相物质随温度降低而生成比例适当高些，焊接冷却阶段液固共存物粘度适当大些，流动性适当，凝固过程液固相比例变化恰当，以较缓和、平稳的速度逐渐凝固，因此本发明的锡锂系无铅焊锡能够满足例如保险丝管焊接等特殊焊接场合对焊锡的特殊要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种无铅焊锡，特别涉及一种锡锂系无铅焊锡。
背景技术
现有焊锡材料多为有铅焊锡，采用有铅焊锡制造的各种电子产品被废弃或者在回收利用的过程中，都会对环境造成铅污染，给人们的健康带来极大的危害。为了减小甚至消除由于有铅焊锡带来的铅污染，我国信息产业部早在2003年久颁布了《电子信息产品污染防治管理办法》，其中明确规定“生产者应当采取措施逐步减少并淘汰电子信息产品中铅、贡、镉、六价铬、聚合溴化联苯、聚合溴化联苯乙醚及其他有毒有害物质的含量。”因此必须逐步使用无铅焊锡代替有铅焊锡。在最近几年，多种无铅焊锡陆续问世，例如锡银系焊锡、锡铜系焊锡、锡锌系焊锡、锡银铜系焊锡等，但是类似无铅焊锡虽然达到了无铅化的要求，但是普遍价格昂贵，成本较高；更重要的是，现有的无铅焊锡主要围绕着共晶点及附近小的波动范围内展开，即液固相线间的温差小，能快速完全凝固，液固共存区固相物质随温度降低而生成的比率较低，焊接阶段液固共存物粘度较小，流动性很好，绝大部分液相是在共晶温度下快速凝固的；当锡铜焊锡、锡银焊锡或锡锌焊锡中铜、银或锌提高到几个甚至十几个百分点时，虽然液固共存的温度区间宽，但熔点又太高，不适合电子焊接用，且焊接时固相物质随温度降低而生成的比率仍然较低，焊接阶段液固共存物粘度较小，流动性较好，在共晶线温度时液相占绝大部分，并在共晶温度下快速凝固。而在一些特殊焊接场合、要求焊锡熔点适当、焊锡凝固时液固共存温度区间较宽、且焊接时固相物质随温度降低而生成的比率适当高些，焊接冷却阶段液固共存物粘度适当大些，流动性适当，即凝固过程液固相比例变化恰当，以较缓和、平稳的速度逐渐凝固，在迅速凝固的共晶点温度时粘度适当大些。例如保险丝管焊接是铜帽内预装焊锡加热焊接的，当保险丝管一端已焊接密封时，焊接第二端时，铜帽内已熔化待焊接的焊锡由于接触保险丝管子和可熔体而降低温度，管子内的空气也被传导来的焊接热加热膨胀而压强急速升高，当焊接温度略高时，管子插到铜帽底时其内的焊锡几乎完全是液相，流动性仍很好，因而易被管内高压空气压出铜帽外；当略调低焊接温度时，又易出现保险丝管子未插到位焊锡就已凝固的现象，良好焊接难于实现。满足该特殊焊接工艺要求的焊锡目前只有铅锡亚共晶区的焊锡、如35Sn(Sn35％Pb65％)等，而该类焊锡又不能满足无铅化的要求。
针对上述不足，需要提供一种无铅焊锡，使其在满足无铅化环境友好型要求的同时，解决上述存在的不足。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种锡锂系无铅焊锡，使其在不含铅的同时，能够使焊锡凝固时液固共存温度区间较宽、且凝固过程液固相比例变化适当，以较缓和、平稳的速度逐渐凝固，满足一些特殊焊接场合的要求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种锡锂系无铅焊锡，原料按重量百分比包括95％-100％的焊锡合金和0％-5％的助焊剂；所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：97.5％-99.5％，锂：0.5％-2.5％，镍：0％-0.1％、稀土：0％-0.1％。
进一步，原料按重量百分比包括100％的焊锡合金和0％的助焊剂；
进一步，原料按重量百分比包括97.5％的焊锡合金和2.5％的助焊剂；
进一步，所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：99％，锂：1％；
进一步，所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.6％，锂：1.4％；
进一步，所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.9％，锂：1％，稀土：0.1％；
进一步，所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.5％，锂：1.4％，稀土：0.1％；
进一步，所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.55％，锂：1.4％，镍：0.05％；
进一步，所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.95％，锂：1.0％，镍：0.05％；
进一步，所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.5％，锂：1.4％，镍：0.05％，稀土：0.05％；
进一步，所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.9％，锂：1％，镍：0.05％，稀土：0.05％。
本发明的有益效果是：按照上述配方制得的锡锂系无铅焊锡，熔点适当，而固液共存温度区间大，典型的约在55℃-85℃之间，同时液固共存区固相物质随温度降低而生成比例适当高些(典型的在锡锂共晶线温度附近固相约占45-60％、液相约占55-40％)，焊接冷却阶段液固共存物粘度适当大些，流动性适当，凝固过程液固相比例变化恰当，以较缓和、平稳的速度逐渐凝固。上述特点能够满足例如保险丝管焊接等特殊焊接场合对焊锡的特殊要求。微量镍的加入提高镍件或镀镍件的焊接效果，微量稀土的加入提高了焊锡的抗氧化性。而传统的无铅焊锡的固液共存温度区间都在10℃以内，高铜、高银或高锌锡基无铅焊锡虽然固液共存温度区间也宽，但焊锡熔点却偏高，不适合电子元件焊接，且焊接时固相物质随温度降低而生成的比率仍然较低，焊接阶段液固共存物粘度较小，流动性较好，在共晶线温度时液相占绝大部分，并在共晶温度下快速凝固，不符合上述特殊焊接的要求。
具体实施方式
本发明的锡锂系无铅焊锡，原料按重量百分比包括95％-100％的焊锡合金和0％-5％的助焊剂；所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：97.5％-99.5％，锂：0.5％-2.5％，镍：0％-0.1％、稀土：0％-0.1％。
本发明的锡锂系无铅焊锡采用传统的制造方法：首先，按照预计所需配方称取各种原料；然后将所取金属原料和稀土放入熔化炉中充分熔化并搅拌均匀；最后将熔化所得的熔液浇注/挤压拉制成焊锡丝、焊锡球、焊锡块/锭、焊锡粒等。
在需要加入助焊剂时，将上述熔炼形成的合金锡锭在拉制过程灌入需要量的助焊剂，形成有助焊剂芯的焊锡丝，助焊剂含量通过调节灌助焊剂拉丝机的模具芯孔来实现。
当然，本发明的锡锂系无铅焊锡还可以制成焊锡膏，方法为将上述熔炼形成的合金通过化学或物理方法处理成粉体，加入助焊剂及溶剂，搅拌均匀形成焊锡膏。
实施例1，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：95千克焊锡合金和5千克助焊剂，其中95千克焊锡合金由锡：92.625千克，锂：2.185千克，镍：0.095千克、稀土：0.095千克组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例2，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由99.5千克锡和0.5千克锂组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例3，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由98.5千克锡、1.4千克锂和0.1千克镍组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例4，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由97.5千克锡和2.5千克锂组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例5，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由99千克锡和1千克锂组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例6，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由98.6千克锡和1.4千克锂组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例7，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由锡：98.9千克，锂：1千克，稀土：0.1千克组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例8，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由锡：98.5千克，锂：1.4千克，稀土：0.1千克组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例9，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由锡：98.55千克，锂：1.4千克，镍：0.05千克组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例10，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由锡：98.95千克，锂：1千克，镍：0.05千克组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例11，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由锡：98.5千克，锂：1.4千克，镍：0.05千克，稀土：0.05千克组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例12，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：100千克焊锡合金和0千克助焊剂，其中100千克焊锡合金由锡：98.9千克，锂：1千克，镍：0.05千克，稀土：0.05千克组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例13，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：97.5千克焊锡合金和2.5千克助焊剂，其中97.5千克焊锡合金由96.525千克锡和0.975千克锂组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例14，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：97.5千克焊锡合金和2.5千克助焊剂，其中97.5千克焊锡合金由96.135千克锡和1.365千克锂组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例15，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：97.5千克焊锡合金和2.5千克助焊剂，其中97.5千克焊锡合金由96.4275千克锡、0.975千克锂和0.0975千克稀土组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例16，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：97.5千克焊锡合金和2.5千克助焊剂，其中97.5千克焊锡合金由96.0375千克锡、1.365千克锂和0.0975千克稀土组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例17，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：97.5千克焊锡合金和2.5千克助焊剂，其中97千克焊锡合金由96.08625千克锡、1.365千克锂和0.04875千克镍组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例18，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：97.5千克焊锡合金和2.5千克助焊剂，其中97.5千克焊锡合金由96.47625千克锡、0.975千克锂和0.04875千克镍组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例19，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：97.5千克焊锡合金和2.5千克助焊剂，其中97.5千克焊锡合金由96.0375千克锡、1.365千克锂、0.04875千克镍和0.04875千克稀土组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
实施例20，制造100千克锡锂系无铅焊锡，取料原料配方为：97.5千克焊锡合金和2.5千克助焊剂，其中97.5千克焊锡合金由96.4275千克锡、0.975千克锂、0.04875千克镍和0.04875千克稀土组成；将该配方的原料按照上述制造方法即可制得本发明的锡锂系无铅焊锡。
对上述实施例所制得的锡锂系无铅焊锡采用示差热分析法测得各实施例所得的固液共存区间的温度范围，具体如下表：
| 实施例 | 液相点(℃) | 固相点(℃) | 固液共存温度区间(℃) | 实施例 | 液相点(℃) | 固相点(℃) | 固液共存温度区间(℃) |
| 1 | 376 | 326 | 50 | 11 | 306 | 222 | 84 |
| 2 | 238 | 222 | 16 | 12 | 281 | 222 | 59 |
| 3 | 309 | 222 | 87 | 13 | 280 | 222 | 58 |
| 4 | 386 | 326 | 60 | 14 | 305 | 222 | 83 |
| 5 | 280 | 222 | 58 | 15 | 280 | 222 | 58 |
| 6 | 305 | 222 | 83 | 16 | 305 | 222 | 83 |
| 7 | 280 | 222 | 58 | 17 | 306 | 222 | 84 |
| 8 | 305 | 222 | 83 | 18 | 281 | 222 | 59 |
| 9 | 306 | 222 | 84 | 19 | 306 | 222 | 84 |
| 10 | 281 | 222 | 59 | 20 | 281 | 222 | 59 |
由于上述实施例的焊锡，主要为锡锂系焊锡，稀土或/及镍均是微量加入，少量的混合稀土加入对焊锡的熔点基本没有影响，锡基合金的熔点和加入金属元素的摩尔百分含量大致成线性关系，在上述实施例的焊锡中，镍和稀土的微量加入对总加入元素的摩尔百分含量几乎没有影响，所以上述实施例的焊锡液固相点变化很小，基本和锡锂二元相图表示的一致。微量镍的加入提高镍件或镀镍件的焊接效果，微量稀土的加入提高了焊锡的抗氧化性。
依据上述分析和试验，上述实施例焊锡和锡锂二元合金近似，依据锡锂相图分析，在共晶点温度时的液固相比例组成如下表：
| 实施例 | 液(L)固(S)相比例组成 | 实施例 | 液(L)固(S)相比例组成 |
| 1 | 70％L+30％S | 11 | 45％L+55％S |
| 2 | 90％L+10％S | 12 | 60％L+40％S |
| 3 | 45％L+55％S | 13 | 60％L+40％S |
| 4 | 65％L+35％S | 14 | 45％L+55％S |
| 5 | 60％L+40％S | 15 | 60％L+40％S |
| 6 | 45％L+55％S | 16 | 45％L+55％S |
| 7 | 60％L+40％S | 17 | 45％L+55％S |
| 8 | 45％L+55％S | 18 | 60％L+40％S |
| 9 | 45％L+55％S | 19 | 45％L+55％S |
| 10 | 60％L+40％S | 20 | 60％L+40％S |
由上面两表可以看出，由于锡锂系无铅焊锡配方不同，液相点不尽相同，固相点基本没变化，固液共存温度的区间也不尽相同，但均在10℃以上，大都在50摄氏度之上；同时在共晶点温度时固相物质生成比例适当较高，在共晶温度下焊锡粘度较大，已无太大流动性。焊接冷却阶段液固共存物粘度适当大些，流动性适当，凝固过程液固相比例变化恰当，以较缓和、平稳的速度逐渐凝固，同时熔点适当。上述特点能够满足例如保险丝管焊接等特殊焊接场合对焊接冷却阶段固液共存物要求粘度较高、完全凝固速度适当慢些、焊接温度又不太高的特殊焊锡要求。而传统的无铅焊锡的固液共存温度区间都在10℃以内，高铜或高银锡基无铅焊锡虽然固液共存温度区间也宽，但焊锡熔点却偏高，不适合电子元件焊接，且冷却凝固时液固共存区固相物质生成比例依然不高，在共晶线温度时液相占绝大部分，并在共晶温度下瞬间凝固，不符合上述特殊焊接的要求。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权要求范围当中。
Claims (7)
1.一种锡锂系无铅焊锡，其特征在于：原料按重量百分比包括95％-100％的焊锡合金和0％-5％的助焊剂；所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.5％-98.95％，锂：1.0％-1.4％，镍：0.05％、稀土：0％-0.05％。
2.根据权利要求1所述的锡锂系无铅焊锡，其特征在于：原料按重量百分比包括100％的焊锡合金和0％的助焊剂。
3.根据权利要求1所述的锡锂系无铅焊锡，其特征在于：原料按重量百分比包括97.5％的焊锡合金和2.5％的助焊剂。
4.根据权利要求2或3所述的锡锂系无铅焊锡，其特征在于：所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.55％，锂：1.4％，镍：0.05％。
5.根据权利要求2或3所述的锡锂系无铅焊锡，其特征在于：所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.95％，锂：1.0％，镍：0.05％。
6.根据权利要求2或3所述的锡锂系无铅焊锡，其特征在于：所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.5％，锂：1.4％，镍：0.05％，稀土：0.05％。
7.根据权利要求2或3所述的锡锂系无铅焊锡，其特征在于：所述焊锡合金按自身重量百分比包括以下组分：锡：98.9％，锂：1％，镍：0.05％，稀土：0.05％。
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