CN104178655B - 一种含稀土La的中温合金钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含稀土La中温合金钎料，为(Ag-Cu₂₈)-xSn合金，由下述组分按重量百分比组成：La-0.25～1％，Ag-46.5～58％，Cu-18～22％，Sn-20～35％。本发明所提供一种含稀土La中温合金钎料具有很好的润湿性、焊接强度高，且饱和蒸汽压低、铺展性好且其熔化温度低于550℃能够满足中温合金钎料的熔化温度要求。

Description

一种含稀土La的中温合金钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于真空钎焊的熔化温度介于400～600℃中温合金钎料及其制备方法。

背景技术

真空电子器件常因为真空泄漏而不能正常工作，不但会给经济生产和生活带来影响，更可能给国家安全带来隐患。对部分失效的真空电子器件的整体更换，不仅实施起来非常困难，经济上也不合理。所以，对真空电子器件漏气部位的修复和堵漏极为必要，而修复技术所要解决的关键问题无疑就是研究开发适宜的修复材料，改善和提高钎焊工艺。

国内外研制的真空修复材料主要有两大类：一是有机胶黏剂；二是合金钎料。虽然有机胶黏剂具有优异的粘结性能，但其自身的缺陷是：耐热和耐老化性能差、真空中易挥发及挥发气体成分复杂等问题，尤其在使用温度高于500℃时，有机类修复材料将难以胜任。

合金钎料作为真空修复材料以其优异的高温耐热性能而受到越来越广泛的关注，成为真空修复材料的发展方向。但到目前为止，公开报道中仍没有能具有好的加工性能同时钎焊温度范围又在400～600℃的中温合金钎料。

发明内容

本发明提供一种含稀土La中温合金钎料，为(Ag-Cu₂₈)-xSn合金，有很好的润湿性、焊接强度高，且饱和蒸汽压低、铺展性好、所形成焊缝具有导热导电性能且其熔化温度低于550℃完全能够满足中温合金钎料的熔化温度要求。

所述含稀土La中温合金钎料由下述组分按重量百分比组成：

La-0.25～1％

Ag-46.5～58％，

Cu-18～22％，

Sn-20～35％。

所述含稀土La中温合金钎料的制备方法，包括下述步骤

1)将各组分在高频感应加热设备上在1300℃熔炼，用Raytek红外测温仪控制温度，为防止氧化熔炼过程中覆硼砂保护，保温15min后取出置于水中冷淬，反复熔炼3次得到成分均匀的母合金；

2)将母合金试样用内圆切割机切割成块状，用砂纸打磨去除表面的油污、氧化层等杂质，无水乙醇超声清洗5min，烘干后放入单辊冷淬快速凝固设备内的石英管中；

3)抽真空使真空度不低于150Pa，高频感应加热，加热功率为3～5kW，通过高纯高压惰性气体Ar气将合金熔液吹出，石英管内无残留，薄带均匀、连续、质量好。

步骤2)中的铜辊辊速分别为1800r/min、2300r/min和2800r/min。

本发明利用单辊法熔融甩带技术，获得熔化温度介于500～550℃合金钎料，可实现对无氧铜基板的很好润湿，满足真空电子器件的分级封接。该合金钎料具有饱和蒸汽压低、组织细化、成分均匀、润湿性能好且焊接强度高等优点。

说明书附图

图1实施例1制备中温合金钎料润湿性试验实物图

图2实施例2制备中温合金钎料与无氧铜焊接断面微观结构和成分分析

图3实施例3制备中温合金钎料的DSC曲线

图4实施例2制备中温合金钎料的HRTEM照片

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

先将石英坩埚在高频感应炉内加热熔炼后淬冷获得母合金，再通过熔融甩带技术得到合金薄带。所得到中温钎料组分及其质量百分比为Ag57％，Cu22.5％，Sn20％，余量为La。

实施例2

先将石英坩埚在高频感应炉内加热熔炼后淬冷获得母合金，再通过熔融甩带技术得到合金薄带。所得到中温钎料组分及其质量百分比为Ag54％，Cu20.5％，Sn25％，余量为La。

实施例3

先将石英坩埚在高频感应炉内加热熔炼后淬冷获得母合金，再通过熔融甩带技术得到合金薄带。所得到中温钎料组分及其质量百分比为Ag50％，Cu19.5％，Sn30％，余量为La。

实施例4

先将石英坩埚在高频感应炉内加热熔炼后淬冷获得母合金，再通过熔融甩带技术得到合金薄带。所得到中温钎料组分及其质量百分比为Ag46.5％，Cu18％，Sn35％，余量为La。

采用差示扫描量热法(DSC)测定实施实例1-4中制备中温合金钎料的熔化温度随Sn含量的增加而降低，稀土La的加入对熔化特性影响不大基本可以忽略，但能改善中温合金钎料的润湿性能，实例3制备的中温合金钎料在无氧铜基板的铺展率达到172cm²·g^-1。由图4实施例2制备中温合金钎料的HRTEM照片可以发现，采用熔融甩带技术可以获得结构均匀、组织明显细化的合金钎料。

一对实施例1-4进行物相组成和成分分析

(1)样品制备：高频感应熔炼制备的母合金则需取水平的横截面；而合金薄带需在玛瑙研钵中敲碎成粉末后测试，避免因制样问题造成实验误差。

(2)分析方法：采用美国热电公司ARLX’TRA型X-射线衍射仪进行物相分析，扫描速度5°/min，扫描范围5～80°，选用Cu靶，Kα线，采用ARLAdvant’XP型X射线荧光光谱分析仪进行成分分析。

分析结果表明经熔融甩带技术获得的(Ag-Cu₂₈)-xSn合金的物相组成主要为Ag₃Sn和Cu₃Sn，由于稀土La的加入量很少，对产物的物相组成基本没有影响。

二对实施例1-4进行微观形貌和结构分析

(1)样品制备：合金粉料直接观察其微观形貌；对母合金进行切块，用胶木粉在金相镶嵌机上镶嵌；而合金薄带则用环氧树腊+固化剂进行镶嵌。镶嵌后对试样进行粗磨、细磨和抛光处理，再用5gFeCl₃+10mlHCl+100mlH₂O溶液进行腐蚀，最后用无水乙醇清洗干净，吹干待分析。

(2)分析方法：采用XJX-300型金相光学显微镜进行金相分析；采用日本电子公司JSM-5900型扫描电镜(配套VantageDSI型能谱仪)进行形貌分析；JEM-2010UHR型高分辨透射电镜(配套VantageDSI型能谱仪，工作电压为200keV)进行分析。

微观形貌分析结果表明，熔融甩带获得的合金薄带的凝固组织较高频感应熔炼制备的母合金明显细化、均匀；过量的稀土La会使合金薄带的凝固组织恶化。HRTEM表明合金薄带由晶相和无定形相组成。

三对实施例1-4进行合金熔化特性分析

(1)样品制备：对于熔炼的母合金则尽量取中间位置，而合金薄带则选取平整部分。

(2)分析方法：采用德国Netzsch公司DSC2004型差示扫描量热仪进行熔化特性分析，升温速率10℃/min，测试范围：室温～800℃，氩气保护。

DSC结果表明随Sn含量增加，(Ag-Cu₂₈)-xSn合金的熔化温度不断降低，稀土La的加入对熔化特性影响不大基本可以忽略；实施例1-4获得的合金薄带的熔化温度均低于600℃，其中实例3获得的合金钎料的熔化温度仅为547.7℃，完全能够满足中温钎料的熔化温度要求。

四对实施例1-4进行润湿性能分析

(1)样品制备：合金钎料用精度为0.1mg的电子天平准确称量；基板材料为无氧铜薄片，尺寸为30mm×30mm×1.5mm。基板表面经400目砂纸在平板上打磨，去除表面氧化层，并用丙酮超声清洗15min，电吹风吹干待用。

(2)分析方法：实验在氩气保护下，具体根据GB11364-89《钎料铺展性及填缝性试验方法》进行润湿性能分析。

实施例1-4合金钎料的润湿性能研究结果表明，(Ag-Cu₂₈)-xSn-La中温钎料对无氧铜基板有很好的润湿性。稀土La的添加可以有效地提高合金的润湿性，最佳含量为0.5～1.0％。实例3的铺展率达到172cm²·g^-1。

Claims (3)

1.一种含稀土La中温合金钎料，为(Ag-Cu₂₈)-xSn合金，所述含稀土La中温合金钎料由下述组分按重量百分比组成：

La-0.25～1％

Ag-46.5～58％，

Cu-18～22％，

Sn-20～35％。

2.权利要求书1所述的含稀土La中温合金钎料的制备方法，包括下述步骤

1)将各组分在高频感应加热设备上在1300℃熔炼，用Raytek红外测温仪控制温度，为防止氧化熔炼过程中覆硼砂保护，保温15min后取出置于水中冷淬，反复熔炼3次得到成分均匀的母合金；

2)将母合金试样用内圆切割机切割成块状，用砂纸打磨去除表面的油污、氧化层杂质，无水乙醇超声清洗5min，烘干后放入单辊冷淬快速凝固设备内的石英管中；

3)抽真空使真空度不低于150Pa，高频感应加热，加热功率为3～5kW，通过高纯高压惰性气体Ar气将合金熔液吹出，石英管内无残留，薄带均匀、连续、质量好。

3.根据权利要求2所述的含稀土La中温合金钎料的制备方法，其特征在于：步骤2)中的铜辊辊速分别为1800r/min、2300r/min和2800r/min。