CN108971441A - 一种制备过共晶高温无铅Sn-Cu合金焊料锭的超声波铸造方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备过共晶高温无铅Sn‑Cu合金焊料锭的超声波铸造方法，所述过共晶高温无铅Sn‑Cu合金是指Cu元素的质量分数大于0.7%，其特征在于所述过共晶高温无铅Sn‑Cu合金焊料锭是采用超声波铸造方法制备而成，所述超声波铸造方法是在常规铸造方法上结合超声波熔体处理方法。通过采用超声波铸造方法，可以克服常规铸造过共晶高温无铅Sn‑Cu合金焊料锭中金属间化合物Cu6Sn5颗粒尺寸粗大和分布不均匀性的问题，从而提高合金焊料锭的后续加工工艺性能、力学性能和焊接性能。
Description
技术领域
本发明属于材料制备领域，具体是涉及一种制备过共晶高温无铅Sn-Cu合金焊料锭的超声波铸造方法。
背景技术
Sn-Cu合金焊料为传统Sn-Pb合金焊料的无铅型替代产品，前者相比后者更具环保及市场价值。目前，Sn-Cu系列合金焊料根据适用温度可以分为低温焊料和高温焊料。低温无铅Sn-Cu系列焊料中Cu元素的化学成分一般为共晶成分，其质量分数小于或等于0.7%，无论是Sn-Cu系列，Sn-Cu-Ni系列或者Sn-Cu-Ag系列，所得合金材料的适用温度均较低，多为300℃以下。例如：现有的Sn-0.7Cu，该成分作为目前使用较为广泛的一种常用牌号锡铜系无铅焊料，其建议使用温度在270℃左右，可用于大元器件及元器件组装密度较小印制板的波峰焊街、引线低温浸焊和手工焊接等。而高温无铅Sn-Cu系列焊料中Cu元素的化学成分一般为过共晶成分，其质量分数大于0.7%，例如Sn-4Cu系列，所得合金材料的适用温度较高，甚至达到420℃。
但是，常规熔铸的过共晶高温无铅Sn-Cu合金焊料锭存在金属间化合物Cu6Sn5颗粒尺寸粗大和分布不均匀的问题，严重降低合金焊料的后续加工工艺性能、力学性能和焊接性能。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种能够克服金属间化合物Cu6Sn5颗粒尺寸粗大和分布不均匀的问题，提高合金焊料的后续加工工艺性能、力学性能和焊接性能的制备过共晶高温无铅Sn-Cu合金焊料锭的超声波铸造方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的制备过共晶高温无铅Sn-Cu合金焊料锭的超声波铸造方法，其特点是：
（1）合金熔炼：首先添加纯Sn锭随炉升温至250℃～350℃，待完全熔解后升温至350℃～550℃添加质量分数不小于0.7%的纯Cu，完全熔解后机械搅拌0.5h，再保温0.5h；
（2）超声波熔体处理：对合金熔液进行超声波处理，超声波发生器频率不低于16kHz，功率不小于160W，工具头置于合金液面下不小于3cm的位置处，处理时间不少于5s；
（3）浇铸：对处理后的熔体进行常规模铸、半连铸或连续铸造；其中，当采用常规模铸时，超声波熔体处理后移走超声波装置再进行浇铸；当采用半连铸或连续铸造时，铸造过程中持续采用超声波熔体处理。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明通过采用超声波熔体处理，可以显著细化过共晶高温无铅Sn-Cu合金焊料锭中的金属间化合物Cu6Sn5颗粒，并使其非常均匀化弥散分布，从而提高了合金焊料的后续加工工艺性能、力学性能和焊接性能。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Sn-1.7wt.%Cu合金焊料锭的显微组织图。
图2为常规熔铸方法制备的Sn-1.7wt.%Cu合金焊料锭的显微组织图。
具体实施方式
实施例1：
一种过共晶高温无铅Sn-1.7 wt.%Cu合金焊料锭的超声波模铸方法，具体如下：
1、合金熔炼：首先添加适量纯Sn锭随炉升温至300℃，待完全溶解后升温至550℃添加所需纯Cu，完全溶解后机械搅拌0.5h，再保温0.5h；
2、超声波熔体处理：对合金熔液进行超声波处理0.5h，所用超声波发生器频率为20kHz，功率为200W，工具头置于合金液面下5cm的位置处；
3、浇铸：关闭并移走超声波装置，将处理后的熔体浇入金属模，待冷却后制得所需合金焊料锭。
从图1可看到，本实施例制备的过共晶高温无铅Sn-1.7wt.%Cu合金焊料锭中的金属间化合物Cu6Sn5颗粒非常均匀细小弥散分布。
从图2可看到，常规熔铸法即未经超声波熔体处理制备的过共晶高温无铅Sn-1.7wt.%Cu合金焊料锭中的金属间化合物Cu6Sn5颗粒尺寸粗大和分布极不均匀。
实施例2：
一种过共晶高温无铅Sn-3.0 wt.%Cu合金焊料锭的超声波半连续铸造方法，具体如下：
1、合金熔炼：首先添加适量纯Sn锭随炉升温至300℃，待完全溶解后升温至500℃添加所需纯Cu，完全溶解后机械搅拌0.5h，再保温0.5h，开闸使合金熔液经流槽进入结晶器；
2、超声波熔体处理：待结晶器内熔液达到一定高度后，开启超声波发生器进行熔体处理，所用超声波发生器频率为20kHz，功率为300W，工具头置于合金液面下5cm的位置处；
3、浇铸：启动结晶器进行半连续铸造，待铸造结束时关闭并移走超声波装置，从而制得所需合金焊料锭。
实施例3：
一种过共晶高温无铅Sn-4.0 wt.%Cu合金焊料锭的超声波连续铸造方法，具体如下：
1、合金熔炼：首先添加适量纯Sn锭随炉升温至300 ℃，待完全溶解后升温至450 ℃添加所需纯Cu，完全溶解后机械搅拌0.5h，再保温0.5h，开闸使合金熔液经流槽进入结晶器；
2、超声波熔体处理：待结晶器内熔液达到一定高度后，开启超声波发生器进行熔体处理，所用超声波发生器频率为20kHz，功率为600 W，工具头置于合金液面下8cm的位置处；
3、浇铸：启动结晶器进行连续铸造，待铸造结束时关闭并超声波装置，从而制得所需合金焊料锭。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (1)
1.一种制备过共晶高温无铅Sn-Cu合金焊料锭的超声波铸造方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）合金熔炼：首先添加纯Sn锭随炉升温至250℃～350℃，待完全熔解后升温至350℃～550℃添加质量分数不小于0.7%的纯Cu，完全熔解后机械搅拌0.5h，再保温0.5h；
（2）超声波熔体处理：对合金熔液进行超声波处理，超声波发生器频率不低于16kHz，功率不小于160W，工具头置于合金液面下不小于3cm的位置处，处理时间不少于5s；
（3）浇铸：对处理后的熔体进行常规模铸、半连铸或连续铸造；其中，当采用常规模铸时，超声波熔体处理后移走超声波装置再进行浇铸；当采用半连铸或连续铸造时，铸造过程中持续采用超声波熔体处理。
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