CN103045908B - 一种用于焊接的环保锌合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于焊接的环保锌合金新材料及其制备方法，该锌合金新材料由锌、锡、锰、铜组成，锌的质量百分比为31.5-58%。优选的，该锌合金新材料的质量百分比组成为：锡40-43%；锰1-3%；铜1-4%；余量为锌。优选的，该锌合金新材料的质量百分比组成为：锡45-50%；锰4-6%；铜6-8%；余量为锌。优选的，该锌合金新材料的质量百分比组成为：锡53-55%；锰0.5-1.5%；铜10-12%；余量为锌。该锌合金新材料在保证原有传统焊接材料性能的同时，将铅元素取代，符合ROHS要求；添加锰元素，阻止了锌的氧化，在大大降低材料成本的同时还提高了焊接载体的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料的制造技术领域，尤其涉及一种用于焊接的环保锌合金新材料及其制备方法。
背景技术
市场上现有的焊接材料一般为两种：一种为锡银铜合金，另一种为锡铅铜合金。随着《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》(Restriction of Hazardous Substances,ROHS)在电子工业中的禁铅指令的政策实施，含铅的锡焊材料已经不能满足高标准的环保要求。而锡银铜合金的应用难点不仅仅是要求焊炉温度比原来铅合金高30度，并且其成本也比锡铅铜合金高25%，更重要的是此温度的提高会大大降低暴露元器件的稳定性。因此，锡锌合金被进一步研究。但是，锌的氧化阻止了锡锌合金的应用。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种用于焊接的环保锌合金新材料及其制备方法。该锌合金新材料能起到阻止锌氧化的目的，而且在大大降低了材料成本的同时还提高了焊接载体的稳定性。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下。
一种用于焊接的环保锌合金新材料，由锌、锡、锰、铜组成，其中，锌的质量百分比为31.5-58%。
优选的，本发明提供的用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡40-43%；锰1-3%；铜1-4%；余量为锌。
本发明进一步提供了一种生产上述优选的用于焊接的环保锌合金新材料的方法，包括下列步骤：
1）按照配比将锡﹑锌置于工频电炉内，加热至500-550度，完全熔化后保温至400度；
2）保温15-20分钟后，将相应比例的锰﹑铜添加到锡锌合金溶液中，并升温至1300-1350度进行综合熔炼，完全熔化后保温至1200度；
3）用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；
4）继续以1200度进行保温，时间为1-1.5小时，用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
5）进一步保温30-40分钟后，重新升温至1300度，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为2次/秒，采用水平连铸方法铸造成直径为20mm、长度为2000mm的实心合金棒材；
6）采用800吨单动挤压机挤压，合金锭加热温度为100-120度，挤压温度为150度，挤压速度V=10mm/s，挤压后合金棒的直径为15mm、长度为3400mm；
7）用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理，退火温度为80-100度，退火时间为1-1.5小时；
8）用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为100mm，直径为10mm的拉拔段，用成品模将合金棒多次拉伸后并退火，使其最终变成直径为4mm、公差为+/-0.05mm的焊丝坯棒，然后将焊丝坯棒切割为长度为500mm、公差为+1/-0mm的规格；
9）包装并入库。
优选的，本发明提供的用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡45-50%；锰4-6%；铜6-8%；余量为锌。
本发明进一步提供了一种生产上述优选的用于焊接的环保锌合金新 材料的方法，包括下列步骤：
1）按照配比将锡﹑锌置于工频电炉内，加热至500-550度，完全熔化后保温至400度；
2）保温30分钟后，将相应比例的锰﹑铜添加到锡锌合金溶液中，并升温至1300-1350度进行综合熔炼，完全熔化后保温至1200度；
3）用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；
4）继续以1200度进行保温，时间为1-1.5小时，用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
5）进一步保温50-60分钟后，重新升温至1300度，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸造成直径为20mm、长度为2000mm的实心合金棒材；
6）采用800吨单动挤压机挤压，合金锭加热温度为100-120度，挤压温度为150度，挤压速度V=10mm/s，挤压后合金棒的直径为15mm、长度为3400mm；
7）用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理，退火温度为80-100度，退火时间为1-1.5小时；
8）用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为100mm，直径为10mm的拉拔段，用成品模将合金棒多次拉伸后并退火，使其最终变成直径为5mm、公差为+/-0.05mm的焊丝坯棒，然后将焊丝坯棒切割为长度为500mm、公差为+1/-0mm的规格；
9）包装并入库。
优选的，本发明提供的用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡53-55%；锰0.5-1.5%；铜10-12%；余量为锌。
本发明进一步提供了一种生产上述优选的用于焊接的环保锌合金新材料的方法，包括下列步骤：
1）按照配比将锡﹑锌置于工频电炉内，加热至500-550度，完全熔化后保温至400度；
2）保温20-30分钟后，将相应比例的锰﹑铜添加到锡锌合金溶液中，并升温至1250-1300度进行综合熔炼，完全熔化后保温至1200度；
3）用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为25-30cm；
4）继续以1200度进行保温，时间为1-1.5小时，用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
5）进一步保温50-60分钟后，重新升温至1300度，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸造成直径为15mm、长度为2000mm的实心合金棒材；
6）采用800吨单动挤压机挤压，合金锭加热温度为100-120度，挤压温度为150度，挤压速度V=10mm/s，挤压后合金棒的直径为10mm、长度为4500mm；
7）用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理，退火温度为80-100度，退火时间为1-1.5小时；
8）用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为100mm，直径为10mm的拉拔段，用成品模将合金棒多次拉伸后并退火，使其最终变成直径为3mm、公差为+/-0.05mm的焊丝坯棒，然后将焊丝坯棒切割为长度为500mm、公差为+1/-0mm的规格；
9）包装并入库。
本发明的有益效果是：
此项发明在保证原有传统焊接材料性能的同时，将铅元素取代，满足了ROHS要求。在本发明的用于焊接的环保锌合金新材料中添加锰元素，可以达到阻止锌氧化的目的，在大大降低材料成本的同时还提高了焊接载体的稳定性。
附图说明
图1为本发明的用于焊接的环保锌合金新材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
（1）实施例1
一种用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡40%；锰3%；铜1%；余量为锌。
实施例1的用于焊接的环保锌合金新材料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
1）按照配比将锡﹑锌置于工频电炉内，加热至500-550度，完全熔化后保温至400度；
2）保温15-20分钟后，将相应比例的锰﹑铜添加到锡锌合金溶液中，并升温至1300-1350度进行综合熔炼，完全熔化后保温至1200度；
3）用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；
4）继续以1200度进行保温，时间为1-1.5小时，用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
5）进一步保温30-40分钟后，重新升温至1300度，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为2次/秒，采用水平连铸方法铸造成直径为20mm、长度为2000mm的实心合金棒材；
6）采用800吨单动挤压机挤压，合金锭加热温度为100-120度，挤压温度为150度，挤压速度V=10mm/s，挤压后合金棒的直径为15mm、 长度为3400mm；
7）用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理，退火温度为80-100度，退火时间为1-1.5小时；
8）用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为100mm，直径为10mm的拉拔段，用成品模将合金棒多次拉伸后并退火，使其最终变成直径为4mm、公差为+/-0.05mm的焊丝坯棒，然后将焊丝坯棒切割为长度为500mm、公差为+1/-0mm的规格；
9）包装并入库。
（2）实施例2
一种用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡43%；锰1%；铜4%；余量为锌。
实施例2的用于焊接的环保锌合金新材料通过与实施例1相同的方法得到。
（3）实施例3
一种用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡41.5%；锰2%；铜2.5%；余量为锌。
实施例3的用于焊接的环保锌合金新材料通过与实施例1相同的方法得到。
（4）实施例4
一种用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡45%；锰6%；铜6%；余量为锌。
实施例4的用于焊接的环保锌合金新材料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
1）按照配比将锡﹑锌置于工频电炉内，加热至500-550度，完全熔化后保温至400度；
2）保温30分钟后，将相应比例的锰﹑铜添加到锡锌合金溶液中，并 升温至1300-1350度进行综合熔炼，完全熔化后保温至1200度；
3）用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；
4）继续以1200度进行保温，时间为1-1.5小时，用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
5）进一步保温50-60分钟后，重新升温至1300度，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸造成直径为20mm、长度为2000mm的实心合金棒材；
6）采用800吨单动挤压机挤压，合金锭加热温度为100-120度，挤压温度为150度，挤压速度V=10mm/s，挤压后合金棒的直径为15mm、长度为3400mm；
7）用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理，退火温度为80-100度，退火时间为1-1.5小时；
8）用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为100mm，直径为10mm的拉拔段，用成品模将合金棒多次拉伸后并退火，使其最终变成直径为5mm、公差为+/-0.05mm的焊丝坯棒，然后将焊丝坯棒切割为长度为500mm、公差为+1/-0mm的规格；
9）包装并入库。
（5）实施例5
一种用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡50%；锰4%；铜8%；余量为锌。
实施例5的用于焊接的环保锌合金新材料通过与实施例4相同的方法得到。
（6）实施例6
一种用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡47.5%；锰5%；铜7%；余量为锌。
实施例6的用于焊接的环保锌合金新材料通过与实施例4相同的方法得到。
（7）实施例7
一种用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡53%；锰1.5%；铜10%；余量为锌。
实施例7的用于焊接的环保锌合金新材料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
1）按照配比将锡﹑锌置于工频电炉内，加热至500-550度，完全熔化后保温至400度；
2）保温20-30分钟后，将相应比例的锰﹑铜添加到锡锌合金溶液中，并升温至1250-1300度进行综合熔炼，完全熔化后保温至1200度；
3）用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为25-30cm；
4）继续以1200度进行保温，时间为1-1.5小时，用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
5）进一步保温50-60分钟后，重新升温至1300度，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸造成直径为15mm、长度为2000mm的实心合金棒材；
6）采用800吨单动挤压机挤压，合金锭加热温度为100-120度，挤压温度为150度，挤压速度V=10mm/s，挤压后合金棒的直径为10mm、长度为4500mm；
7）用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理，退火温度为80-100度，退火时间为1-1.5小时；
8）用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为100mm，直径为10mm的拉拔段，用成品模将合金棒多次拉伸后并退火，使其最终变成直径为3mm、公差为+/-0.05mm的焊丝坯棒，然后将焊丝坯棒切割为长度为 500mm、公差为+1/-0mm的规格；
9）包装并入库。
（8）实施例8
一种用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡55%；锰0.5%；铜12%；余量为锌。
实施例8的用于焊接的环保锌合金新材料通过与实施例7相同的方法得到。
（9）实施例9：
一种用于焊接的环保锌合金新材料，其质量百分比组成为：锡54%；锰1%；铜11%；余量为锌。
实施例9的用于焊接的环保锌合金新材料通过与实施例7相同的方法得到。
本发明提供的用于焊接的环保锌合金新材料以及传统焊接材料的性能如表1所示。
表1用于焊接的环保锌合金新材料与传统焊接材料的性能对比
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
Claims (6)
1.一种用于焊接的环保锌合金材料，由锌、锡、锰、铜组成，其特征在于，锌、锡、锰、铜的质量百分比为：锡40-43％；锰1-3％；铜1-4％；余量为锌。
2.一种用于焊接的环保锌合金材料，由锌、锡、锰、铜组成，其特征在于，锌、锡、锰、铜的质量百分比为：锡45-50％；锰4-6％；铜6-8％；余量为锌。
3.一种用于焊接的环保锌合金材料，由锌、锡、锰、铜组成，其特征在于，锌、锡、锰、铜的质量百分比为：锡53-55％；锰0.5-1.5％；铜10-12％；余量为锌。
4.一种生产权利要求1所述的用于焊接的环保锌合金材料的方法，包括下列步骤：
1)按照配比将锡﹑锌置于工频电炉内，加热至500-550℃，完全熔化后保温至400℃；
2)保温15-20分钟后，将相应比例的锰﹑铜添加到锡锌合金溶液中，并升温至1300-1350℃进行综合熔炼，完全熔化后保温至1200℃；
3)用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；
4)继续以1200℃进行保温，时间为1-1.5小时，用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
5)进一步保温30-40分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为2次/秒，采用水平连铸方法铸造成直径为20mm、长度为2000mm的实心合金棒材；
6)采用800吨单动挤压机挤压，合金锭加热温度为100-120℃，挤压温度为150℃，挤压速度V＝10mm/s，挤压后合金棒的直径为15mm、长 度为3400mm；
7)用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理，退火温度为80-100℃，退火时间为1-1.5小时；
8)用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为100mm，直径为10mm的拉拔段，用成品模将合金棒多次拉伸后并退火，使其最终变成直径为4mm、公差为+/-0.05mm的焊丝坯棒，然后将焊丝坯棒切割为长度为500mm、公差为+1/-0mm的规格；
9)包装并入库。
5.一种生产权利要求2所述的用于焊接的环保锌合金材料的方法，包括下列步骤：
1)按照配比将锡﹑锌置于工频电炉内，加热至500-550℃，完全熔化后保温至400℃；
2)保温30分钟后，将相应比例的锰﹑铜添加到锡锌合金溶液中，并升温至1300-1350℃进行综合熔炼，完全熔化后保温至1200℃；
3)用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；
4)继续以1200℃进行保温，时间为1-1.5小时，用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
5)进一步保温50-60分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸造成直径为20mm、长度为2000mm的实心合金棒材；
6)采用800吨单动挤压机挤压，合金锭加热温度为100-120℃，挤压温度为150℃，挤压速度V＝10mm/s，挤压后合金棒的直径为15mm、长度为3400mm；
7)用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理，退火温度为80-100℃，退火时间为1-1.5小时；
8)用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为100mm，直径为10mm的拉拔段，用成品模将合金棒多次拉伸后并退火，使其最终变成直径为5mm、公差为+/-0.05mm的焊丝坯棒，然后将焊丝坯棒切割为长度为500mm、公差为+1/-0mm的规格；
9)包装并入库。
6.一种生产权利要求3所述的用于焊接的环保锌合金材料的方法，包括下列步骤：
1)按照配比将锡﹑锌置于工频电炉内，加热至500-550℃，完全熔化后保温至400℃；
2)保温20-30分钟后，将相应比例的锰﹑铜添加到锡锌合金溶液中，并升温至1250-1300℃进行综合熔炼，完全熔化后保温至1200℃；
3)用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为25-30cm；
4)继续以1200℃进行保温，时间为1-1.5小时，用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
5)进一步保温50-60分钟后，重新升温至1300度，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸造成直径为15mm、长度为2000mm的实心合金棒材；
6)采用800吨单动挤压机挤压，合金锭加热温度为100-120℃，挤压温度为150℃，挤压速度V＝10mm/s，挤压后合金棒的直径为10mm、长度为4500mm；
7)用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理，退火温度为80-100℃，退火时间为1-1.5小时；
8)用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为100mm，直径为10mm的拉拔段，用成品模将合金棒多次拉伸后并退火，使其最终变成直径为3mm、公差为+/-0.05mm的焊丝坯棒，然后将焊丝坯棒切割为长度为 500mm、公差为+1/-0mm的规格；
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| CN103045908A (zh) | 2013-04-17 |
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