CN105598541B - 一种Ni‑Cr合金丝表面低温镀锡的方法 - Google Patents

一种Ni‑Cr合金丝表面低温镀锡的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种Ni‑Cr合金丝表面低温镀锡的方法，包括以下步骤：在熔锡装置中熔化锡基钎料，调节熔锡装置内的温度至锡基钎料熔融，并使得钎焊温度为120℃～250℃；对Ni‑Cr合金丝的焊接面进行化学溶蚀处理；将Ni‑Cr合金丝和所述超声波焊接设备的超声焊头均浸入熔化的锡基钎料中，使Ni‑Cr合金丝与超声波焊接设备的超声焊杆互相垂直，并与超声焊杆的底部相接触；开启超声波焊接设备的超声发生器，超声振动2‑60秒后取出Ni‑Cr合金丝，完成镀锡工艺。本发明的技术方案采用表面化学溶蚀与超声空化处理相结合，实现了Sn基焊料与Ni‑Cr合金丝之间在低温下形成很好的冶金结合，提高了焊接的可靠性。

Description

一种Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法
技术领域
本发明涉及一种金属表面镀锡的方法，尤其涉及一种Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法。
背景技术
镍铬合金具有电阻率大、耐腐蚀性良好、高温力学性能优异、可塑性强和可靠性高等诸多优点。在工业上，镍铬合金被用于制造电炉、电烙铁等电热元件以及电位器、滑动变阻器等电阻元件。在电位器的制造中通常需要用到Ni-Cr电阻丝，它是镍铬合金与铁、铝﹑硅﹑碳﹑硫等杂质合金以一起制作而成，其缠绕在涂有有机绝缘层的Cu芯表面，并需要与Al触头实现冶金连接。由于Cu芯与Ni-Cr电阻丝之间有一层高分子绝缘层，其绝缘温度在250℃左右，一旦温度超过这个值，Cu芯将与Ni-Cr电阻丝导通，电位器将无法正常工作。因而，Al与Ni-Cr电阻丝的冶金连接过程受此绝缘温度限制，即加工温度不得超过250℃。
在较低加工温度条件下，钎焊被普遍应用于异质金属材料的冶金连接，也适用于Al与Ni-Cr合金丝的冶金连接。其原因在于钎焊是利用液态钎料在母材表面的润湿、铺展以及与母材相互溶解和扩散来实现两种母材的连接，并不要求母材熔化。因而，钎焊加热温度较低，能实现异种金属或合金之间的冶金连接。在接头的性能方面，钎焊相比于其他焊接方法对母材的组织和性能影响较小，钎焊接头平整光滑，外形美观，焊件变形较小。
钎焊前为实现钎料在母材表面的润湿铺展需要先去除母材表面的氧化膜。Ni-Cr合金丝表面有一层氧化膜，其主要成分是Cr2O3，它即不溶于水、醇、酸和碱，又对光、大气、高温及腐蚀性气体均极稳定，加之结晶体坚硬，一般钎焊方法所采用的单一钎剂化学溶蚀的去膜方法都难以奏效。因此也造成现有技术的钎焊方法都不能使锡与Ni-Cr合金丝形成良好的冶金结合，可靠性低。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法，采用表面化学溶蚀与超声空化处理相结合，实现了Sn基焊料与Ni-Cr合金丝之间在低温下形成很好的冶金结合，提高了焊接的可靠性。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法，包括以下步骤：
步骤A：在熔锡装置中熔化锡基钎料，调节熔锡装置内的温度至锡基钎料熔融，并使得钎焊温度为120℃～250℃；
步骤B：对Ni-Cr合金丝的焊接面进行化学预处理；
步骤C：将Ni-Cr合金丝和所述超声波焊接设备的超声焊头均浸入熔化的锡基钎料中，使Ni-Cr合金丝与超声波焊接设备的超声焊杆成80～100度的夹角，并与超声焊杆的底部相接触；
步骤D：开启超声波焊接设备的超声发生器，超声振动2-60秒后取出Ni-Cr合金丝，完成镀锡工艺。
此技术方案采用超声波辅助钎焊与化学溶蚀相结合的形式，先通过对Ni-Cr合金丝的焊接面进行化学预处理，然后通过超声波的超声空化效应，两者产生协同作用，促进Sn基焊料均匀包覆Ni-Cr合金丝，并实现Sn基焊料与Ni-Cr合金丝之间良好的冶金结合。
作为本发明的进一步改进，所述Ni-Cr合金丝与超声波焊接设备的超声焊杆成85～95度的夹角。
作为本发明的进一步改进，步骤D中，所述超声振动的频率为15kHz～40kHz，振幅为5μm～30μm，超声振动时间为4~50s。
作为本发明的进一步改进，所述超声振动的频率为20kHz～30kHz，振幅为10μm～20μm，超声振动时间为5~30s。 进一步优选的，所述超声振动的频率为20kHz～25kHz。
作为本发明的进一步改进，步骤B中，采用KBrO3-盐酸混合溶液对Ni-Cr合金丝的焊接面进行化学预处理。
作为本发明的进一步改进，所述KBrO3-盐酸混合溶液的浓度为：所述KBrO3-盐酸混合溶液中，KBrO3所占的质量百分比不小于0.1%。优选的，所述KBrO3所占的质量百分比为0.1~5%。
作为本发明的进一步改进，所述锡基钎料为纯Sn、Sn-Pb、Sn-Bi、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu或Sn-In中至少一种 Sn基低温焊料合金。
作为本发明的进一步改进，所述钎焊温度为150℃～230℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
第一，采用表面化学溶蚀与超声空化处理相结合，先通过表面化学溶蚀对Ni-Cr合金丝表面顽固的Cr2O3保护层进行处理，然后结合超声波的超声空化效应，两者产生协同作用，实现了Sn基焊料与Ni-Cr合金丝之间在低温下形成很好的冶金结合，促进Sn基焊料均匀包覆Ni-Cr合金丝，并实现Sn基焊料与Ni-Cr合金丝之间良好的冶金结合，提高了焊接的强度和可靠性。
第二，采用本发明的技术方案，可以在较低温度条件下实现对母材Ni-Cr合金丝表面的润湿和铺展，而且采用低温焊料合金，可以使得 Sn基焊料能在较大的温度范围内保持液态，拥有更多的调节焊料组分改善接头性能的空间。
附图说明
图1是本发明实施例1和实施例2的Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的工艺示意图。
图2是本发明实施例1采用Sn-10Pb焊料完成焊接后镀层截面的显微形貌图。
图3是本发明实施例2采用Sn-9Bi焊料完成焊接后镀层截面的显微形貌图。
图4是本发明对比实施例1采用酸性硫酸盐溶液电镀完成的镀层截面的显微形貌图。
图1中，1为钎料，2为Ni-Cr合金丝，3为超声焊杆，4为熔锡炉，5为夹具。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1
一种Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的工艺方法，采用Sn-10Pb作为焊料。
如图1所示，在熔锡炉4中熔化Sn-10Pb钎料1，使钎料液面足够浸没超声焊头，同时便于夹持Ni-Cr合金丝2伸入钎料液面以下实施焊接；Sn-10Pb钎料1的熔点约为183℃，接着调节熔锡炉4的温度至230℃，同时设定超声波发生器参数，使超声焊头振动时间为8秒、振动频率为25KHz、振幅为20μm；将KBrO3-盐酸混合溶液涂敷在Ni-Cr合金丝2的焊接面上，所述KBrO3-盐酸混合溶液中，KBrO3所占的质量百分比为0.1%；将超声波焊头浸入熔化的钎料中，用夹具5夹持处理后的Ni-Cr合金丝2伸入钎料液面以下，使Ni-Cr合金丝2的焊接面与超声焊杆3互相垂直并与超声焊杆3的底部相接触；开启超声波发生器装置，超声振动8秒后取出Ni-Cr合金丝，完成镀锡。
对焊接好的Ni-Cr合金丝镀层截面进行显微形貌分析，如图2所示，该镀层截面的显微分析表明，Ni-Cr合金丝表面顽固的Cr2O3保护层被有效去除，Sn-10Pb焊料均匀包覆在Ni-Cr丝表面，两者实现了良好的冶金结合。
实施例2
一种Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的工艺方法，采用Sn-9Bi作为焊料。
如图1所示，在熔锡炉4中熔化Sn-9Bi钎料1，使钎料液面足够浸没超声焊头，同时便于夹持Ni-Cr合金丝2伸入钎料液面以下实施焊接；接着调节熔锡炉4的温度至180℃，所述Sn-9Bi钎料1的熔点约为145℃，同时设定超声波发生器参数，使超声焊头振动时间为5秒、振动频率为20KHz、振幅为10μm；将KBrO3-盐酸混合溶液涂敷在Ni-Cr合金丝2的焊接面上，所述KBrO3-盐酸混合溶液中，KBrO3所占的质量百分比为5%；将超声波焊头浸入熔化的钎料中，用夹具5夹持处理后的Ni-Cr合金丝2伸入钎料液面以下，使Ni-Cr合金丝2的焊接面与超声焊杆3互相垂直并与超声焊杆3的底部相接触；开启超声波发生器，超声振动5秒后取出Ni-Cr合金丝，完成镀锡。
对焊接好的Ni-Cr合金丝镀层截面进行显微形貌分析，如图3所示，该镀层截面的显微分析表明，本例的Ni-Cr合金丝表面顽固的Cr2O3保护层被有效去除，Sn-9Bi焊料均匀包覆在Ni-Cr丝表面，两者实现了良好的冶金结合。
对比实施例1
一种Ni-Cr合金丝表面电镀锡的工艺方法。
首先配制镀液，其包含的主要成分及其浓度为：30g/L的SnSO4，150g/L的H2SO4和5g/L的Bi2(SO4)3；将镀液注入电镀槽中，并布置电镀装置，使阳极为纯锡板；将KBrO3-盐酸混合溶液涂敷在Ni-Cr丝的待镀面上，并将处理后的Ni-Cr丝固定于阴极；在室温条件下通电，根据Ni-Cr丝待加工区域的表面面积调节电镀电源的输出电流，使电流密度为1A/dm，维持通电状态15min；电镀结束后，取出Ni-Cr合金丝，完成镀锡工艺。
对焊接好的Ni-Cr合金丝镀层截面进行显微形貌分析，如图4所示，该镀层截面的显微分析表明， Ni-Cr合金丝表面顽固的Cr2O3保护层并未被有效去除，大部分Ni-Cr丝表面未被Sn-9Bi焊料均匀包覆，两者冶金结合不完全。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A：在熔锡装置中熔化锡基钎料，调节熔锡装置内的温度至锡基钎料熔融，并使得钎焊温度为120℃～250℃；
步骤B：对Ni-Cr合金丝的焊接面进行化学溶蚀处理；
步骤C：将Ni-Cr合金丝和超声波焊接设备的超声焊头均浸入熔化的锡基钎料中，使Ni-Cr合金丝与超声波焊接设备的超声焊杆成80～100度的夹角，并与超声焊杆的底部相接触；
步骤D：开启超声波焊接设备的超声发生器，超声振动2-60秒后取出Ni-Cr合金丝，完成镀锡工艺；
步骤B中，采用KBrO3-盐酸混合溶液对Ni-Cr合金丝的焊接面进行化学溶蚀处理。
2.根据权利要求1所述的Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法，其特征在于：所述Ni-Cr合金丝与超声波焊接设备的超声焊杆成85～95度的夹角。
3.根据权利要求1所述的Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法，其特征在于：步骤D中，所述超声振动的频率为15kHz～40kHz，振幅为5μm～30μm，超声振动时间为4~50s。
4.根据权利要求3所述的Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法，其特征在于：所述超声振动的频率为20kHz～30kHz，振幅为10μm～20μm，超声振动时间为5~30s。
5.根据权利要求1所述的Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法，其特征在于：所述KBrO3-盐酸混合溶液中，KBrO3所占的质量百分比不小于0.1%。
6.根据权利要求5所述的Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法，其特征在于：所述KBrO3所占的质量百分比为0.1~5%。
7.根据权利要求5所述的Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法，其特征在于：所述锡基钎料为纯Sn、Sn-Pb、Sn-Bi、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu或Sn-In中至少一种 Sn基低温焊料合金。
8.根据权利要求7所述的Ni-Cr合金丝表面低温镀锡的方法，其特征在于：所述钎焊温度为150℃～230℃。
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