CN102477501A - 一种耐大气腐蚀的工业纯锡及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于有色金属材料制备领域，具体地说是一种添加微量元素的、耐大气腐蚀的工业纯锡及其应用，克服现有工业纯Sn在腐蚀性大气环境中表面耐蚀性差的问题。在已有的工业纯锡中添加抗表面腐蚀的微合金元素(指Ti，Al，P，Ge，Si，Ni，Ga中的一种或几种组合)，添加量为0.001～0.10％(均按重量百分比)。与普通的工业纯锡相比，本发明的优点是锡表面抗腐蚀能力好，可广泛应用于配制在腐蚀性环境下应用的电子焊料，并适用于制备抗表面腐蚀的各种锡基合金工艺品等。

Description

一种耐大气腐蚀的工业纯锡及其应用

技术领域

本发明属于有色金属材料制备领域，具体地说是一种添加微量元素的、耐大气腐蚀的工业纯锡及其应用。

背景技术

锡是一种具有广泛用途的金属，其中以锡为主的合金主要用于焊料制备，近年来由于电子工业的快速发展，锡用于电子焊料的数量也在迅速上升。另外，锡也用于金属制品的表面镀层以及Sn制工艺品制造等多个工业领域。在一些具有腐蚀性大气环境下，例如，暴露于海洋大气环境或工业污染地区的大气环境中，在有表面水膜存在的条件下，Sn基合金表面会发生大气腐蚀。这种表面腐蚀现象对相关的各种工业产品具有不同程度的影响。例如，对于工作在海洋大气环境下的船用电子产品，Sn基焊料(例如Sn-Pb，Sn-Cu，Sn-Ag-Cu等)表面腐蚀可能引起电子元件焊点的局部腐蚀与脱落，引发电子产品的故障或失效；对于Sn基合金工艺品，大气腐蚀可引起这些工艺品在大气下放置一段时间后，逐渐失去表面光泽，由于形成一层表面发乌的腐蚀产物，降低工艺品本身的价值。这些表面腐蚀或失泽行为一般都与Sn的腐蚀有关，因此，相关工业部门希望研究和开发一种耐大气腐蚀的工业纯Sn用于配制各种抗腐蚀的Sn基合金，以适应在一些特殊的腐蚀环境(例如海洋大气环境)下使用，由于它的表面耐蚀作用使相关工业产品具有较长的使用寿命。

发明内容

为了克服现有工业纯Sn在腐蚀性大气环境中表面耐蚀性差的问题，本发明提供一种耐蚀性的工业纯Sn及其应用。

为了实现上述目标，本发明提供的技术方案是：

一种耐大气腐蚀的工业纯锡，在普通工业纯Sn中添加一种或几种微量合金元素，其合金的重量百分比为：

微量合金元素        0.001～0.10％；

工业纯锡及不可避免的杂质    余量。

其中，工业纯锡主要指由国家标准GB728-84及相关文件规定的高级锡、特号锡、一号锡、二号锡或三号锡等，微量合金元素指Ti、Al、P、Ge、Si、Ni、Ga中的一种或几种组合添加，其优选范围为0.005～0.03％。

本发明可以采用现有的普通熔炼技术，对工业纯锡进行熔炼，将配制的各种合金成份加入熔融状态的Sn中，通过搅拌并使之均匀化，浇注后即可获得母合金。由于本发明中合金元素添加极为微量，它们的主要作用是提高合金表面的耐蚀性，而对工业纯锡的其它物理性能(例如熔点、密度、导电率、热膨胀系数等)影响不大，因此本发明可以很好的与现有产品的工业技术相融合。

本发明中，耐大气腐蚀的工业纯锡用于配制普通锡基合金包括以Sn-Pb、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu、Sn-Sb或Sn-Bi为基础的二元或三元合金。

本发明中，耐大气腐蚀的工业纯锡是块体母合金或者各种锡制工艺品。

本发明的技术原理如下：

通过对工业纯Sn的研究表明，大气条件下液态Sn从高温状态凝固后，表面有一层天然的氧化膜，在通常的室内环境下，这层天然的表面氧化膜对大气环境下的氧有一定的防护作用，可以在一定时间内保持铸造态锡表面保持银白色的光亮状态。然而当大气环境中存在腐蚀性组分(如硫、氯等)的情况下，在一定条件下大气中含有的水分子会先在金属表面形成一薄层水膜，继而大气环境中含有的一些微量腐蚀性组分会溶解在此水膜中形成腐蚀性的电解液，并对锡表面的初生氧化膜进行腐蚀。一旦初生氧化膜某一局部发生点蚀破坏，腐蚀将由此逐渐扩大，最后导致全面腐蚀。因此，要提高Sn的抗腐蚀能力，就必须从改变表面氧化膜结构开始。通过科学研究发现，在液态金属中，某些微量元素有偏析于液态金属表面的倾向，合金凝固后这些微量元素在表面的浓度远高于名义添加浓度。根据这一原理，本发明在工业纯锡中有意添加了一些特定的微量元素，使其偏析于液态金属表面，从而改变了原有表面氧化膜的结构，达到改进和提高锡表面抗大气腐蚀能力的目的。

本发明的有益效果是：

1、本发明是通过在普通工业纯Sn中添加一些微量的合金元素，使工业纯Sn微合金化，达到在不改变工业纯Sn基本的物理、力学性能前提下，改善合金表面抗大气腐蚀的目的。

2、与普通的工业纯锡相比，本发明的优点是锡表面抗腐蚀能力好，可广泛应用于配制在腐蚀性环境下应用的电子焊料，并适用于制备抗表面腐蚀的各种锡基合金工艺品等。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步详细说明。

实施例1：

用工业1号锡为原料，添加0.02％Ga(重量百分比，下同)和0.02％Ni制备一种抗大气腐蚀锡合金。将工业纯锡在一个石墨坩埚中用马弗炉加热熔化后，加入配比的微合金元素，溶解后搅拌使之均匀化，然后浇铸在直径为Φ20mm的石墨小盘中，铸锭约5mm高，冷却后获得表面光亮的铸锭，将此样品用盐雾进行腐蚀(每30min喷雾一次)，5天后，表面仍可保持金属光亮，说明合金表面抗腐蚀性能良好。

实施例2：

工业二号锡为原料，添加0.007％P，采用实施例1所述的方法进行试验，抗腐蚀性能良好。

实施例3：

采用工业特号锡为原料，添加0.01％Ge和0.01％Si采用实施例1中同样的方法进行试验，取得了良好的效果。

实施例4：

采用工业3号锡为原料，添加0.005％Ga和0.01％Ni，采用实施例1中同样的方法试验，取得了良好的效果。

实施例5：

采用高级锡为原料，添加0.01P％和0.001％Al，采用实施例1中同样方法进行试验，取得了良好的效果。

对比例：

对上述试验中，不添加微量元素的对比工业纯锡样品在同样条件下进行观察，2天后它们的表面均已开始变色，说明不添加微量元素的样品在盐雾腐蚀条件下抗蚀能力不足。

Claims (4)

1.一种耐大气腐蚀的工业纯锡，其特征是：在工业纯锡中添加微合金元素Ti、Al、P、Ge、Si、Ni、Ga中的一种或几种组合，按重量百分比计，微合金元素的添加量为0.001～0.10％。

2.按照权利要求1所述的耐大气腐蚀的工业纯锡，其特征是：按重量百分比计，微合金元素的添加量优选范围为0.005～0.03％。

3.按照权利要求1所述耐大气腐蚀的工业纯锡的应用，其特征是：耐大气腐蚀的工业纯锡用于配制普通锡基合金包括以Sn-Pb、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu、Sn-Sb或Sn-Bi为基础的二元或三元合金。

4.按照权利要求3所述耐大气腐蚀的工业纯锡的应用，其特征是：耐大气腐蚀的工业纯锡是块体母合金或者各种锡制工艺品。