CN104607825B - 一种用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂 - Google Patents
一种用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，属于焊接材料技术领域。解决的问题是实现增强焊接后金属表面的光亮度和提高扩展率的效果，提供一种用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，该抗氧化助焊剂包括以下成分的质量百分比：稀土添加剂：40wt％～64wt％；有机酸：1.0wt％～10wt％；稀释剂：1.0wt％～5.0wt％；铵盐：2.0wt％～15wt％；助溶剂：10wt％～30wt％。本发明的助焊剂具有焊接后金属表面的光亮度和提高扩展率的效果，扩展率达到80％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，属于焊接材料技术领域。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，电子信息、航天、航空和轨道交通以及高端装备制造中大量使用锡、铝、铜、银、金等有色金属。造成大量的经济损耗，如电子无铅焊料的锡铜合金每年都能消耗10多万吨，在焊接过程中产生氧化渣15％，经济损耗达数十亿元；航天、航空及高端装备制造过程中，大量使用铝合金，由于产生的金属氧化渣同样造成大量的经济损耗；氧化物杂质不但是经济损耗，还会影响焊点的焊缝强度、导电性、可焊性等性能。而助焊剂是在焊接工艺中能帮助和促进焊接过程，同时具有保护作用、阻止氧化反应的化学物质。因此，如何解决在焊接熔化过程中防止金属氧化物的产生，又能够使焊接时具有较好的助焊效果直接关系到行业的发展。现有常规的助焊剂一般采用制备成液体助焊剂，但采用液体助焊剂不易于存放。又如中国专利(授权公告号：CN102303198B)公开的一种用于金属材料焊接的抗氧化型清渣剂，该清渣剂包括以下成份的质量百分比：稀土添加剂：30％～70％；甲醇盐：5.0％～25％；乙酸乙酯：2.0％～5.0％；助溶剂：10％～40％；所述甲醇盐为氯化物和/或钾石盐，所述氯化物可以是氯化铵、氯化钠或氯化钾等。该材料主要是用作清渣剂，具有一定的抗氧化和清渣效果，但其是助焊方面的性能还不是很好，尤其是对于焊接的扩展率等方面性能较差。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的问题，提供一种用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，解决的问题是实现增强焊接后金属表面的光亮度和提高扩展率的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，该抗氧化助焊剂包括以下成分的质量百分比：
稀土添加剂：40wt％～64wt％；有机酸：1.0wt％～10wt％；稀释剂：1.0wt％～5.0wt％；铵盐：2.0wt％～15wt％；助溶剂：10wt％～30wt％。
在上述的用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂中，作为另一种实施方案，所述抗氧化助焊剂中还包含有2.0wt％～4.0wt％的纳米锡粉和2.0wt％～4.0wt％的纳米铜粉。由于纳米材料具有表面积相对较大，在助焊剂中具有较好的分散效果，另一方面，采用纳米锡粉和纳米铜粉主要是为了更好的配合无铅焊锡条Sn/0.5Cu焊料，加入的纳米锡粉和纳米铜粉与焊锡条中的焊料相一致，能够使焊锡条与助焊剂之间起到较好的协同作用，从而能够提高焊接的扩展率和保留焊接的优良性能，如焊接强度性能。作为更进一步的优选，所述纳米锡粉和纳米铜粉的粒径均为20nm～100nm。
在上述的用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂中，通过加入稀土添加剂，能够使焊接过程中容易熔化，焊后效果好，且焊接后还可以改善焊缝金属合金的理化性能。作为优选，所述稀土添加剂选自镧、铈、钪、氧化钇、氯化镧、氯化铈、氧化铈和氧化镧中的一种或几种。作为更进一步的优选，所述稀土添加剂为氯化镧、氯化铈和氧化钇的混合物，且氯化镧、氯化铈和氧化钇的质量比为1：0.5～0.8：0.2～0.4。
在上述的用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂中，作为优选，所述有机酸选自丁二酸、辛二酸和戊二酸中的一种或几种。本发明采用二元酸目的是为了配合材料中的铵盐成分，两者之间相互起到协同作用，从而能够实现有效去除焊盘上的氧化层，使元件焊接强度增强且具有焊点光亮的效果。作为更进一步的优选，所述有机酸为辛二酸和戊二酸的混合物，且辛二酸与戊二酸的质量比为1：2～3。
在上述的用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂中，作为优选，所述铵盐选自氯化铵和氟化铵中的一种或两种。通过添加氯化铵和氟化铵能够起到较好的助焊作用，且还可以增加焊料的活性，尤其是在增加无铅焊锡条Sn/0.5Cu焊料的活性。作为进一步的优选，所述铵盐为氯化铵和氟化铵的混合物，且两者的质量比为0.2～0.3：1。
在上述的用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂中，作为优选，所述稀释剂为乙酸乙酯或已二酸二乙酯。通过加入稀释剂目的是为了起到稀释作用，在焊接时有利于焊渣的脱落，起到较好的助焊效果。
在上述的用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂中，作为优选，所述助溶剂为去离子水。采用去离子水能够起到除油、除污和作用，还可以进一步增强焊接后金属表面的光亮度和提高金属的可焊性能。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，通过加入有机酸和铵盐配合使用，两者之间能够起到较好的协同作用，并结合本发明的助焊剂的各成分之间的共同作用，从而实现增强焊接后金属表面的光亮度和提高扩展率的效果，扩展率达到80％以上。
2.本发明用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，通过加入纳米锡粉和纳米铜粉，能够使焊料与助焊剂之间起到较好的协同作用，从而能够进一步提高焊接的扩展率和保留焊接后强度性能效果。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
氯化镧：20wt％；
氯化铈：30wt％；
丁二酸：1.0wt％；
乙酸乙酯：5.0wt％；
氯化铵：2.0wt％；
氟化铵：12wt％；
去离子水：30wt％。
上述用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂的具体制备方法如下：
按照上述各成分的质量百分数比例称取相应的原料，将称取的各原料混合，并搅拌均匀后，静置沉淀60分钟，静置结束后，将得到的固体物质过200目的不锈钢筛，将过筛后的固体物置于干燥箱中，控制温度为135℃，进行干燥60分钟；将烘干后的固体物质放入研磨机中进行研磨并粉碎，再过200目筛网，即得本发明的助焊剂成品；可以根据实际需要按不同规格分袋包装，干燥、避光、通风储存。
实施例2
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
氯化镧：20wt％；
氯化铈：30wt％；
氯化钇：14wt％；
丁二酸：5.0wt％；
已二酸二乙酯：1.0wt％；
氟化铵：15wt％；
去离子水：15wt％。
本实施例的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例3
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
氯化镧：20wt％；
氯化铈：15wt％；
氯化钇：5wt％；
已二酸：10wt％；
已二酸二乙酯：5.0wt％；
氟化铵：10wt％；
氯化铵：5wt％；
去离子水：30wt％。
本实施例的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例4
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
氯化镧：24wt％；
氯化铈：20wt％；
氯化钇：20wt％；
辛二酸：10wt％；
已二酸二乙酯：4.0wt％；
氟化铵：5.0wt％；
氯化铵：7.0wt％；
去离子水：10wt％。
本实施例的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例5
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
氯化镧：24wt％；
氯化铈：20wt％；
氯化钇：20wt％；
辛二酸：10wt％；
已二酸二乙酯：4.0wt％；
氟化铵：1.0wt％；
氯化铵：1.0wt％；
纳米锡粉：4.0wt％；
纳米铜粉：4.0wt％；
去离子水：12wt％；
上述的纳米锡粉和纳米铜粉优选粒径均为20nm～100nm。
本实施例的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例6
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
氯化镧：25wt％；
氯化铈：13wt％；
氯化钇：5.0wt％；
辛二酸：2.0wt％；
戊二酸：4.0wt％；
已二酸二乙酯：5.0wt％；
氟化铵：2.0wt％；
氯化铵：10wt％；
纳米锡粉：2.0wt％；
纳米铜粉：2.0wt％；
去离子水：30wt％；
上述的纳米锡粉和纳米铜粉优选粒径均为20nm～100nm。
本实施例的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例7
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
氯化镧：19wt％；
氯化铈：15wt％；
氯化钇：8wt％；
辛二酸：2.0wt％；
戊二酸：6.0wt％；
乙酸乙酯：1.0wt％；
氟化铵：3.0wt％；
氯化铵：10wt％；
纳米锡粉：3.0wt％；
纳米铜粉：3.0wt％；
去离子水：30wt％；
上述的纳米锡粉和纳米铜粉优选粒径均为100nm。
本实施例的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例8
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
稀土镧：30wt％；
稀土铈：20wt％；
辛二酸：2.0wt％；
戊二酸：6.0wt％；
乙酸乙酯：4.0wt％；
氟化铵：3.0wt％；
氯化铵：10wt％；
纳米锡粉：3.0wt％；
纳米铜粉：3.0wt％；
去离子水：19wt％；
上述的纳米锡粉和纳米铜粉优选粒径均为20nm。
本实施例的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例9
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
氧化镧：30wt％；
氧化铈：20wt％；
辛二酸：5.0wt％；
戊二酸：5.0wt％；
乙酸乙酯：5.0wt％；
氟化铵：10wt％；
氯化铵：5.0wt％；
纳米锡粉：2.0wt％；
纳米铜粉：3.0wt％；
去离子水：15wt％。
本实施例的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例10
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
氧化铈：64wt％；
辛二酸：5.0wt％；
已二酸：5.0wt％；
乙酸乙酯：3.0wt％；
氟化铵：1.0wt％；
氯化铵：1.0wt％；
去离子水：21wt％。
本实施例的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例11
本实施例用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其组分及质量百分数含量为：
氧化镧：40wt％；
辛二酸：6.0wt％；
戊二酸：4.0wt％；
乙酸乙酯：5.0wt％；
氟化铵：8.0wt％；
氯化铵：7.0wt％；
纳米锡粉：2.0wt％；
纳米铜粉：3.0wt％；
去离子水：25wt％；
上述的纳米锡粉和纳米铜粉优选粒径均为50nm。
本实施例的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
随机选取上述实施例得到的用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，所述金属材料可以是金属铝、铁、铜等金属材料。按照《无铅焊接用助焊剂SJ/T11389-2009》标准对本发明的上述实施例得到的助焊剂进行性能检测，采用无铅焊锡条Sn/0.5Cu作为样品进行测试，具体测试结果如下表1所示：
表1：
从上述表1的测试结果可以看出，本发明的助焊剂扩展率均大于80％，且采用本发明的上述实施例中的助焊剂均能够增强焊接后金属表面的光亮度；而如果配合无铅焊锡条Sn/0.5Cu样品通过在助焊剂中加入纳米锡粉和纳米铜粉，则能够大大提高扩展率性能，增加焊料的可焊性，还具有较好的强度性能；同时，采用本发明的助焊剂焊接后的绝缘电阻大于1x109Ω，能够达到了行业标准的要求。且本发明的助焊剂还具有改善焊料外观，使焊料更具光泽；使焊点更加光亮、饱满；提高焊料的润湿性等物理性能，尤其是采用无铅焊锡条Sn/0.5Cu焊料时与本发明的助焊剂之间具有很好的协同作用。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (7)
1.一种用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其特征在于，该抗氧化助焊剂包括以下成分的质量百分比：
稀土添加剂：40wt％～64wt％；有机酸：1.0wt％～10wt％；稀释剂：1.0wt％～5.0wt％；铵盐：2.0wt％～15wt％；助溶剂：10wt％～30wt％；纳米锡粉：2.0wt％～4.0wt％；纳米铜粉：2.0wt％～4.0wt％。
2.根据权利要求1所述用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其特征在于，所述铵盐选自氟化铵和氯化铵中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其特征在于，所述稀土添加剂选自镧、铈、钪、氧化钇、氯化镧、氯化铈、氧化铈和氧化镧中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其特征在于，所述稀土添加剂为氯化镧、氯化铈和氧化钇的混合物，且氯化镧、氯化铈和氧化钇的质量比为1：0.5～0.8：0.2～0.4。
5.根据权利要求1所述用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其特征在于，所述有机酸选自丁二酸、辛二酸、戊二酸和己二酸中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其特征在于，所述稀释剂为乙酸乙酯或已二酸二乙酯。
7.根据权利要求1所述用于金属材料焊接的抗氧化助焊剂，其特征在于，所述助溶剂为去离子水。
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