CN101920405A - 一种镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料，复合钎料的基体采用锡-铅焊膏，其特征在于所述复合钎料包括按体积百分比计的下列组分制备而成：5-8％镍、1-2％银和91-94％市售锡-铅焊膏。该复合钎料可以克服上述镀锌钢接地网在传统电弧焊方式焊接过程中存在的不足；从而降低接头电阻率、提高耐蚀性，所采用的钎料焊接后接头熔点可准确控制在400℃以上。

Description

一种镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料及其制备方法

[技术领域]

本发明涉及复合材料，具体地讲，涉及一种锡铅基复合钎料及其制备方法。

[背景技术]

接地装置在输变电工程中是保证电网安全可靠运行、人员财产安全的关键所在，其工程质量直接关系到企业的正常生产和社会经济的稳定有序。作为接地网应用的材料，目前在我国应用最为广泛的是镀锌钢接地网和铜质接地网，其中镀锌钢更是占据接地领域90％以上。其原因在于我国的铜资源有限(在国内铜质接地网仅应用于一些重点项目)，虽然随着经济全球化的发展可以通过进口改善铜材匮乏的局面，但其战略资源的性质难以改变，且成本高昂，难以广泛应用铜质接地网；其次，我国的技术体系以前苏联的技术体系为基础，原苏联在接地材料上广泛采用镀锌钢材料；最后，镀锌钢的低廉价格是其在接地领域占据主要地位的根本原因。因此在一段时期内提高镀锌钢接地网的运行可靠性仍然是电网仍需面对的课题。

在我国60多年的镀锌钢使用过程中，从各网省公司开挖情况来看，镀锌钢接头装置的腐蚀是导致接地网失效的主要形式之一。镀锌钢主要存在以下问题：一是其在碱性土壤地区腐蚀速率高，服役寿命低，部分碱性地区接地网为保证安全甚至一年即需开挖检修；而在酸性及中性土壤地区，镀锌钢具有和铜质接地网类似的耐腐蚀性。二是镀锌钢的连接在我国广泛采用电弧焊连接，焊接时，在平行于母材长度方向的搭接交界边缘处施焊，焊缝长度为大于两倍扁钢宽度或六倍圆钢直径，接头母材接触为线接触，且往往由于焊接过程中工人责任心不强或技术水平差距，焊接质量难以保证，这就导致接头连接电阻较大，另外电弧焊在焊接过程中母材熔融，高温导致焊接部位的热影响区大，接头处母材组织粗大且镀锌层完全破坏，接头在腐蚀环境及接地电流的作用下极易腐蚀。

钎焊是一种利用熔点比母材低的填充金属(称为钎料)，经加热熔化后，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接的焊接方法。

钎焊的优点在于：钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，且母材由于钎料的毛细作用会填满整个搭接面，接头为面连接，接触电阻小，适合突出电气性能构件的连接。因此钎焊工艺应用于接地网的连接具有极大的优势。

在钎焊领域，复合钎料越来越得到业内人士的重视，它是通过在多元钎料中添加增强颗粒而改变其物化性能、机械性能的钎料；其相对于多元钎料具有以下优势：

制备工艺简单，其制备多以二元合金钎料为基础，在基体钎料的基础上添加一定比例的增强颗粒达到改善钎料性能的目的，相对于增加合金种类制备三元、四元或多元钎料降低了元素及组织控制的难度，由此也产生了相对更好的经济性；

性能改善突出，在钎焊过程中，其性能往往符合基体钎料的性状，但在形成钎焊接头后，由于其组织发生变化，服役时，其接头性能较基体钎料已有所改善。如在Sn-Pb基钎料中添加增强颗粒，可在低温条件下进行钎焊，服役熔点温度能较焊接温度较大提升。

接地用镀锌钢接地网，镀锌钢表面镀锌层其熔点在420℃左右，故其服役温度按DL/T621中规定为400℃，因此在镀锌钢接地网连接中采用钎焊技术应保证焊接温度尽量低于镀锌层熔化温度，以保证热源对镀锌层的破坏，但服役温度应达到400℃以上，以满足服役可靠性。

申请号：01144487.8，发明名称为“金属颗粒增强的锡铅基复合钎料及其制备方法”该发明申请专利公开了：“颗粒状的锡铅基体尺寸在35-74之间，其中锡的重量比为5-95％，其余为铅；…颗粒状的增强体为尺寸在0.5-5um之间的Ag、尺寸在0.5-5um之间的Ni或尺寸在0.5-38um之间的Cu，该增强体在复合钎料中的体积比为1-15％。”；该发明申请专利涉及的钎料的制备方法为增强颗粒与钎料、钎剂混合搅拌：其发明目的为：“提供一种抗蠕变性能高…金属颗粒增强的锡铅基复合钎料及其制备方法”；所涉及的钎料用于电子工业中元器件的连接；另外，该发明申请专利涉及的钎料通过相图可知，其熔点在183℃左右，即服役温度远远不能满足服役要求，以至于搭接接头难以满足大电流冲击下对于耐受温度的要求。

[发明内容]

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料；该复合钎料可以克服上述镀锌钢接地网在传统电弧焊方式焊接过程中存在的不足；有效降低接头电阻率、提高耐蚀性，所采用的钎料焊接后接头熔点可准确控制在400℃以上，可以很好的保证搭接接头在大电流冲击下的可靠性，不会熔化失效。

本发明的另一个目的在于，提供一种镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料的制备方法。

本发明提供的一种镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料，复合钎料的基体采用锡-铅焊膏，其改进之处在于所述复合钎料包括按体积百分比计的下列组分制备而成：

5-8％镍颗粒、1-2％银颗粒和91-94％市售锡-铅焊膏。

本发明提供的第一优选的镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料，所述复合钎料包括按体积百分比计的下列组分制备而成：

6-7％镍颗粒、1-1.5％银颗粒和92-93％市售锡-铅焊膏。

本发明提供的第二优选的镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料，所述镍颗粒纯度为99.99％，粒径为2-3μm。

本发明提供的第三优选的镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料，所述银颗粒为纯度为99.99％，粒径为1-5μm。

本发明提供的镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料的制备方法，包括如下步骤：

1)将上述体积百分比计的镍颗粒、银颗粒与市售锡-铅焊膏进行混合，机械搅拌30分钟以上；

2)将步骤1)得到的复合焊膏，于0-5℃冷藏备用。

所采用的钎料为在市售焊膏中添加金属颗粒搅拌；钎料基体为锡-铅，可以有效提高接头金属的耐蚀性、增加耐受故障电流冲击的安全性、适用于野外偏远地区施工、接头在反应过程中处于低温330℃左右，不需要高温热源，在焊接过程中，由于添加颗粒Ni与Sn反应生成Ni₃Sn₄、Ag与Sn反应生成Ag₃Sn，以及上述两种金属在Sn-Pb中的固溶体，在冷却后接头组织为固溶体与多种金属间化合物(IMC)共同组成，熔点性能能达到400℃以上，满足服役要求；另外，由于搅拌时间一般与焊膏的粘稠度有关，粘度越大搅拌时间越长，上述制备工艺中搅拌30分钟可以达到增强颗粒均匀化的目的。

上述复合钎料应用于输电线路结构材料的连接。

其中，所述锡-铅焊膏为市售商品，此焊料由合金颗粒与焊剂混合组成，其中Pb的质量分数为1.5-2.5％，余量为Sn，(成分符合GB/T3131要求)，锡-铅焊膏中钎剂质量百分比为10-15％。

与现有技术相比较，本发明提供的一种镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料及其制备方法，具有以下有益效果：

1、耐蚀性好  由于钎焊温度低，远低于母材熔点，对于母材组织基本无影响，不会在焊缝金属附近出现粗大的组织，这就减轻了焊接过程对于原母材性能的影响，提高了接头金属的耐蚀性；

2、电阻率低  由于接头连接为面连接，而非电弧焊的三条焊缝线连接，故钎焊的镀锌钢接头连接电阻更低，从而增加了耐故障电流冲击的安全性；

3、低温焊接高温服役  接头在反应过程中处于低温330℃，不需要高温热源，焊后形成接头熔化温度远高于焊接温度，达到400℃以上；

4、制备工艺简单，可以快速有效制备出性能优良的复合钎料；

5、复合钎料制备的成本低。

[具体实施方式]

以下通过具体实施方式对本发明提供的一种镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料及其制备方法进行更进一步详细的说明。

[实施例1]

本实施例的镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料，复合钎料的基体采用锡-铅焊膏，复合钎料由按体积百分比计的下列组分制备而成：5％镍颗粒、1％银颗粒和91％市售锡-铅焊膏。

镍颗粒纯度为99.99％，粒径为2μm；银颗粒为纯度为99.99％，粒径为1μm。

镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料的制备方法，包括如下步骤：

1)将上述体积百分比计的镍、银与市售锡-铅焊膏进行混合，机械搅拌30分钟；

2)将步骤1)得到的复合焊膏，于0℃冷藏备用。

采用上述比例复合焊膏焊接25×3mm规格镀锌扁钢搭接接头其力学性能、电阻值、DSC熔点、外观参见表1。

[实施例2]

本实施例的镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料，复合钎料的基体采用锡-铅焊膏，复合钎料由按体积百分比计的下列组分制备而成：8％镍颗粒、2％银颗粒和94％市售锡-铅焊膏。

镍颗粒纯度为99.99％，粒径为3μm；银颗粒为纯度为99.99％，粒径为5μm。

镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料的制备方法，包括如下步骤：

1)将上述体积百分比计的镍、银与市售锡-铅焊膏进行混合，机械搅拌40分钟；

2)将步骤1)得到的复合焊膏，于5℃冷藏备用。

采用上述比例复合焊膏焊接25×3mm规格镀锌扁钢搭接接头其力学性能、电阻值、DSC熔点、外观参见表1。

[实施例3]

本实施例的镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料，复合钎料的基体采用锡-铅焊膏，复合钎料包括按体积百分比计的下列组分制备而成：6％镍颗粒、1％银颗粒和92％市售锡-铅焊膏。

镍颗粒纯度为99.99％，粒径为2μm；银颗粒为纯度为99.99％，粒径为4μm。

镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料的制备方法，包括如下步骤：

1)将上述体积百分比计的镍、银与市售锡-铅焊膏进行混合，机械搅拌50分钟；

2)将步骤1)得到的复合焊膏，于2℃冷藏备用。

采用上述比例复合焊膏焊接25×3mm规格镀锌扁钢搭接接头其力学性能、电阻值、DSC熔点、外观参见表1。

[实施例4]

本实施例的镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料，复合钎料的基体采用锡/铅焊膏，复合钎料由按体积百分比计的下列组分制备而成：7％镍颗粒、1.5％银颗粒和93％市售锡-铅焊膏。

镍颗粒纯度为99.99％，粒径为3μm；银颗粒为纯度为99.99％，粒径为3μm。

镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料的制备方法，包括如下步骤：

1)将上述体积百分比计的镍、银与市售锡-铅焊膏进行混合，机械搅拌40分钟；

2)将步骤1)得到的复合焊膏，于4℃冷藏备用。

采用上述比例复合焊膏焊接25×3mm规格镀锌扁钢搭接接头其力学性能、电阻值、DSC熔点、外观参见表1；

表1上述实施例制备出的复合钎料的力学性能

	平均值拉力(kN)	熔点(℃)	外观
				实施例1	13.5	409	良好
实施例2	15	429	有一定气孔
				实施例3	16	411	较好
实施例4	17.5	423	有少量气孔

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种镀锌钢接地网用锡铅基复合钎料，复合钎料的基体采用锡-铅焊膏，其特征在于所述复合钎料包括按体积百分比计的下列组分制备而成：

5-8％镍颗粒、1-2％银颗粒和91-94％市售锡-铅焊膏。

2.根据权利要求1所述的复合钎料，其特征在于所述复合钎料包括按体积百分比计的下列组分制备而成：

6-7％镍颗粒、1-1.5％银颗粒和92-93％市售锡-铅焊膏。

3.根据权利要求1或2所述的复合钎料，其特征在于所述镍颗粒纯度为99.99％，粒径为2-3μm。

4.根据权利要求1或2所述的复合钎料，其特征在于所述银颗粒为纯度为99.99％，粒径为1-5μm。

5.根据权利要求1所述的复合钎料的制备方法，包括如下步骤：

1)将上述体积百分比计的镍颗粒、银颗粒与市售锡-铅焊膏进行混合，机械搅拌30分钟以上；

2)将步骤1)得到的复合焊膏，于0～5℃冷藏备用。