CN104439752A - 一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，焊料合金中各化学原料的重量份如下：锌50～60份，铝0.5～1.5份，稀土0.1～0.5份，锡38～49份，其中稀土为混合稀土，本发明通过加入铝元素和稀土元素后焊料具备了良好的抗氧化性能以及润湿性能，可以很好的实现对镀锌钢的修复。具有抗氧化性，耐腐蚀性强，稀土元素的加入可以有效的改变合金的综合性能，微量的活泼稀土元素在液态下不但容易聚集在合金焊料的界面和表面，使合金的表面明显下降，稀土元素与铝元素的配合，增大了与修复层（钢材）表面的润湿力，改善了焊料的力学性能，提高了延展性和剪切强度。

Description

一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料
技术领域
本发明涉及一种焊料，具体是一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料。
背景技术
锌由于在大气中良好的耐蚀性能以及对钢的阴极保护作用，成为钢铁构件最为常用的保护涂层。热镀锌技术以其简单的工艺以及低廉的价格，成为钢结构的防腐手段广泛应用于国计民生的各个领域。
在热镀锌构件的浸镀过程中可能会出现漏镀，运输和安装过程也会出现磕碰导致镀锌层的脱落。GB/T 13912-2002《金属覆盖层 钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》中规定，可以采用热喷涂锌、涂覆富锌涂料以及融敷锌合金（锌基焊料）对镀锌层进行修复。
使用锌基合金焊料修复缺陷，首先焊料熔点要低于400℃，只有较低的熔点（不超过400℃）才能保证周围的镀锌层不被破坏。其次，焊料要含有尽可能多的锌，以保证对基材的阴极保护作用。目前，市面上很难找到可以作为热镀锌修复的锌基焊料。在电子器件焊接以及表面封装领域，Sn-Zn合金焊料有较多应用，但是锌含量普遍较低（大多＜10%），例如专利CN102166690A和CN1376556A，它们都属于锡基焊料，锌基焊条的应用和研究都较少。为了满足修复要求（熔点不高于400℃），锌基焊料选取Sn作为合金成分来降低熔点。但Zn-Sn合金在高温下极易氧化，影响焊料的铺展性和润湿性。研究表明，通过加入Al、Ag等元素可以使Zn的氧化得到明显的抑制。且众多研究表明，Al元素加入到锌涂层（热浸镀锌或者热喷涂锌）中后，合金涂层的耐蚀性能要好于纯锌涂层。加入一些金属活性元素稀土可以使钎料的润湿性能得到有效的提高。因此，Zn-Sn-Al-RE合金焊料的制备很有意义。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本发明提供一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料， 
本发明的技术方案如下：
一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，焊料合金中各化学原料的重量份如下：锌 50～60份，铝0.5～1.5份，稀土0.1～0.5份，锡38～49份，其中稀土为混合稀土。
将锌加热融化，保持温度，然后加入相应比例的锡搅拌均匀，最后加入铝、稀土，升温至550～570℃，保温10～15min，然后降温至420～450℃后进行浇铸，即得适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，制得的锌基软钎焊料中杂质含量小于等于0.05%。
 本发明优选的，一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，焊料合金中各化学原料的重量份如下：锌 55～58份，铝0.8～1.2份，稀土0.15～0.3，锡40～42份。
本发明优选的，所述的稀土为Ce、La、Pr或Nd中的一种或两种以上混合物。
本发明还提供一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料的制备方法，包括步骤如下：
（1）按重量份称取上述各原料，把称好的锌块加入坩埚电阻炉中，将坩埚电阻炉加热到420～480℃，保温8～10min，使其完全融化，使锌液表面隔绝空气，
（2）保持锌液温度420～480℃，加入锡块，再保温8～10min，保温期间不断搅拌，以加速熔化锡块全部熔化，制得混合液；
（3）将步骤（2）制得的混合液升温至550℃～600℃，加入铝块、稀土，边加热边搅拌，停止加热后，保温10～15min使铝块完全融化，保温期间不断搅拌；
（4）然后降温至420℃～450℃后，再次充分搅拌后进行浇铸，即得适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料。
本发明优选的，提供铝、稀土的材料为铝稀土中间合金，铝稀土中间合金中稀土含量为10～20wt%，稀土为Ce、La、Pr或Nd中的一种或两种以上的混合。
本发明制得的锌基软钎焊料熔点在300℃左右，利用氧乙炔火焰在低于400℃的条件下即可实现对热镀锌缺陷的修复。
    本发明的锌基软钎焊料中锌为主要原料，锌与铝、稀土、锡配合，各金属元素形成多元的Zn-Sn-Al-RE合金焊料，具有抗氧化性，耐腐蚀性强，润湿性好等优点，稀土元素的加入可以有效的改变合金的综合性能，微量的活泼稀土元素在液态下不但容易聚集在合金焊料的界面和表面，使合金的表面明显下降，稀土元素与铝元素的配合，增大了与修复层（钢材）表面的润湿力，改善了焊料的力学性能，提高了延展性和剪切强度，铝最佳含量0.5～1.5%，稀土元素最佳含量0.1～0.5%。当铝含量大于1.5%时，焊料在修复热镀锌缺陷时流动性过好，修复涂层的厚度不易控制。
本发明的技术特点及优点：
本发明通过加入铝元素和稀土元素后焊料具备了良好的抗氧化性能以及润湿性能，可以很好的实现对镀锌钢的修复。具有抗氧化性，耐腐蚀性强，润湿性好等优点，稀土元素的加入可以有效的改变合金的综合性能，微量的活泼稀土元素在液态下不但容易聚集在合金焊料的界面和表面，使合金的表面明显下降，稀土元素与铝元素的配合，增大了与修复层（钢材）表面的润湿力，改善了焊料的力学性能，提高了延展性和剪切强度。
附图说明
图1为热镀锌试样被破坏修复前的试样图， 
图2为使用实施例1的焊料修补后的热镀锌试样图，
图3为使用实施例1的焊料修补后的热镀锌试样图，
图4为使用实施例1的焊料修补后的热镀锌试样图。 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：
实施例1 
Zn-Sn-1Al-RE焊料
一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，焊料合金中各化学原料的重量份如下：锌 50份，铝1份，稀土0.1份，锡49份，稀土为Ce、La混合稀土。
制备方法：
称取50份纯锌块加入坩埚电阻炉中，加热到450℃，保温10min，保证完全融化。保持锌液温度，而后称取49份纯锡块加入，再保温10min，期间搅拌均匀，以加速熔化锡块全部熔化，制得混合液；称取铝稀土中间合金，铝稀土中间合金中稀土含量10%，加入坩埚后，升温至570℃，保温10min保证中间合金完全融化，期间搅拌均匀。降温至450℃后，再次充分搅拌，浇铸到提前准备好的模具之中，即得适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料。
实施例2
Zn-Sn-0.5Al-RE焊料
一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，焊料合金中各化学原料的重量份如下：锌 55份，铝0.5份，稀土0.15份，锡40份，稀土为Ce、La、Pr、Nd混合稀土。
制备方法：
称取55份纯锌块加入坩埚电阻炉中，加热到460℃，保温8min，保证完全融化。保持锌液温度，而后称取40份纯锡块加入，再保温8min，期间搅拌均匀，以加速熔化锡块全部熔化，制得混合液；称取铝稀土中间合金，加入坩埚后，升温至580℃，保温12min保证中间合金完全融化，期间搅拌均匀。降温至450℃后，再次充分搅拌，浇铸到提前准备好的模具之中，即得适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料。
实施例3
Zn-Sn-1.5Al-RE焊料
一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，焊料合金中各化学原料的重量份如下：锌 58份，铝1.5份，稀土0.3份，锡42份，稀土为Ce、La、Pr混合稀土。
制备方法：
称取58份纯锌块加入坩埚电阻炉中，加热到480℃，保温10min，保证完全融化。保持锌液温度，而后称取42份纯锡块加入，再保温10min，期间搅拌均匀，以加速熔化锡块全部熔化，制得混合液；称取铝稀土中间合金，铝稀土中间合金中稀土含量15%，加入坩埚后，升温至600℃，保温10min保证中间合金完全融化，期间搅拌均匀。降温至420℃后，再次充分搅拌，浇铸到提前准备好的模具之中，即得适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料。
锌基焊料修复热镀锌试样结果
制备锌基焊料修复结果如下图所示。图1为破坏的热镀锌试样，待修复区域使用砂纸、钢丝刷打磨，除锈除油。图2-4为本发明锌基焊料的修复结果，可以实现厚度为100 μm左右的修复，满足GB/T 13912-2002  《金属覆盖层 钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》中对热镀锌修复的要求。
为了证明本发明的适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料的综合性能，将本发明实施例1-3的方案为配比，同时选取了目前常用的锌基焊料作为对比例，对比结果见下表1：
对比例：锌45-55％，铜1-2%，其余为锡及总量不大于０．１２％的杂质。
表1实施例1-3及对比例综合评价性能 
性能参数 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
固相线温度（℃） 198.5 198.8 200.1 230.0
液相线温度（℃） 354.5 348.4 352.6 360.0

Claims (5)

1.一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，焊料合金中各化学原料的重量份如下：锌 50～60份，铝0.5～1.5份，稀土0.1～0.5份，锡38～49份，其中稀土为混合稀土，
将锌加热融化，保持温度，然后加入相应比例的锡搅拌均匀，最后加入铝、稀土，升温至550～570℃，保温10～15min，然后降温至420～450℃后进行浇铸，即得适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，制得的锌基软钎焊料中杂质含量小于等于0.05%。
2.根据权利要求1所述的适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，其特征在于，焊料合金中各化学原料的重量份如下：锌 55～58份，铝0.8～1.2份，稀土0.15～0.3，锡40～42份。
3.根据权利要求1所述的适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料，其特征在于，所述的稀土为Ce、La、Pr或Nd中的一种或两种以上混合物。
4.权利要求1所述的一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料的制备方法，包括步骤如下：
（1）按重量份称取上述各原料，把称好的锌块加入坩埚电阻炉中，将坩埚电阻炉加热到420～480℃，保温8～10min，使其完全融化，使锌液表面隔绝空气，
（2）保持锌液温度420～480℃，加入锡块，再保温8～10min，保温期间不断搅拌，以加速熔化锡块全部熔化，制得混合液；
（3）将步骤（2）制得的混合液升温至550℃～600℃，加入铝块、稀土，边加热边搅拌，停止加热后，保温10～15min使铝块完全融化，保温期间不断搅拌；
（4）然后降温至420℃～450℃后，再次充分搅拌后进行浇铸，即得适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料。
5. 根据权利要求4所述的一种适用于热浸镀锌修复的锌基软钎焊料的制备方法，其特征在于，提供铝、稀土的材料为铝稀土中间合金，铝稀土中间合金中稀土含量为10～20wt%，稀土为Ce、La、Pr或Nd中的一种或两种以上的混合。
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