CN109093282B - 一种含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料及其制备方法 - Google Patents

一种含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含Al的光伏焊带用Sn‑Pb‑Bi耐腐蚀焊料，所述焊料含有以下重量百分比的各组分：0.01‑0.1wt％的Al，4‑15wt％的Bi，30‑50wt％的Pb，余量为Sn。本发明还公开了一种含Al的光伏焊带用Sn‑Pb‑Bi耐腐蚀焊料的制备方法。本发明的焊料通过控制关键成分Bi和Pb的含量，并添加微量元素Al，可以细化晶粒，降低焊料熔点，同时保持焊料合金耐腐蚀性能和良好的润湿性，达到替换传统Sn‑Pb焊料的目的。

Description

一种含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种焊料及其制备方法，具体涉及一种含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料及其制备方法。
背景技术
光伏焊带为光伏组件的主要辅料之一，起着连接电池片以及导电的作用，产品的导电性、可焊性和伸长率对光伏组件的质量起着至关重要的作用。
光伏焊带中较为常见的锡焊层成分为60％Sn、40％Pb，熔点为183℃，实际焊接温度高于熔点20℃以上。随着无铅化进程的推进，传统的锡铅焊料逐渐在各个领域被无铅焊料取代。但是无铅焊料在抗疲劳、热循环以及耐腐蚀性能方面仍然无法达到传统锡铅焊料的性能，阻碍了光伏焊带行业的无铅化进程。另外，焊料的焊接工艺又决定了太阳能组件的生产效率和成品率，因此，适当的降低焊料中含铅量，同时保持良好耐腐蚀性能、焊接可靠性的焊料受到研发人员的关注。
中国专利(201510455511.7)公开了一种光伏焊带用耐腐蚀低温焊料，含有55-60％的Bi、0-0.01％的Sb、0-0.0005％的Al、0-0.0005％的Zn，余量为Sn。该专利通过控制关键成分Bi的含量，使焊料合金的熔点接近139℃，固液相温差仅为12℃左右，在焊接工艺中可以有效避免偏析现象；并且控制杂质的低含量，使得制备的焊料不仅熔点低，其耐腐蚀性也很强。但是较高的Bi含量增加了合金的脆性，产品经过长期的服役，其断裂方式表现为脆性断裂，不符合实际生产要求。因此，一种耐腐蚀性能好，具有良好力学性能的光伏焊带用焊料成为研究热点。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料，实现在降低熔点、降低焊料含铅量的同时达到提高光伏焊带涂覆层表面耐腐蚀的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料，所述焊料含有以下重量百分比的各组分：0.01-0.1wt％的Al，4-15wt％的Bi，30-50wt％的Pb，余量为Sn。
优选的，所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.01-0.1wt％的Al，5-9.99wt％的Bi，40-44.9wt％的Pb，余量为Sn。
优选的，所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.1wt％的Al，5-9.9wt％的Bi，40-44.9wt％的Pb，余量为Sn。
优选的，所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.1％的Al，5％的Bi，44.9％的Pb，余量为Sn。
优选的，所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.1％的Al，9.9％的Bi，40％的Pb，余量为Sn。
优选的，所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.01％的Al，9.99％的Bi，40％的Pb，余量为Sn。
本发明焊料的材质选自纯Sn、纯Pb、纯Bi、纯Al、SnPb、SnBi、SnAl合金。
所述含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料熔点在150-180℃之间。
优选的，所制备光伏焊带厚度为0.05-0.5mm，宽度为0.5-5mm。
本发明还提供一种含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料的制备方法，所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.01-0.1wt％的Al，4-15wt％的Bi，30-50wt％的Pb，余量为Sn；所述制备方法包括以下步骤：
1)将适量的锡、铅、铋、铝按所述百分比混合加热至280-300℃，获得混合熔体；
2)加入熔炼覆盖剂，保温搅拌20-30min；
3)除去所述混合熔体表面的熔炼覆盖剂，并用过滤器进行过滤，得到熔融焊料；
4)将过滤后的熔融焊料浇铸，即得含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料。
优选的，在步骤1)中所述的锡、铅、铋为粉末，其中锡粉为300目，铅粉200目，铋粉100目。
优选的，在步骤1)中所述的Al为铝箔，厚度为0.01-0.1mm。
优选的，在步骤2)中所述的熔炼覆盖剂，为KCl、LiCl混合熔盐，KCl与LiCl重量比为1∶1或2∶1。
优选的，步骤3)中所述的过滤器为碳/碳复合多孔材料过滤器和多孔碳过滤器。
优选的，步骤4)中所述的焊料浇铸在室温下进行。
优选的，制备得到的所述含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料熔点在150-180℃之间。
本发明的光伏焊带用耐腐蚀焊料，通过控制Sn、Pb、Bi三种主要元素和微量元素Al的含量比值，能够达到熔点在150-180℃之间，有效地降低了焊料熔点与生产温度，该熔点范围低于传统SnPb焊料合金熔点的183℃，适用于一些对于温度较为敏感的光伏组件上；同时，本发明在原材料阶段严格选取高纯锡、铅、铋、铝，其次在制备工艺中引入熔炼覆盖剂进行保护，隔绝杂质的污染，以此严格控制杂质Sb、Nd、Zn的低含量，提高了焊料产品的耐腐蚀性。
本发明的焊料熔点在150-180℃之间，具有低熔点、低含铅量、力学性能优秀、可焊性好、抗腐蚀性强等特点，此外，本发明中焊料成分不包括Ag和In等贵金属，具有成本上的优势。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的焊料合金组织形貌。
图2为本发明实施例2制备的焊料合金组织形貌。
图3为本发明实施例3制备的焊料合金组织形貌。
图4为本发明实施例1制备的焊料制成焊带后焊带表面的耐腐蚀结果。
图5为本发明实施例2制备的焊料制成焊带后焊带表面的耐腐蚀结果。
图6为本发明实施例3制备的焊料制成焊带后焊带表面的耐腐蚀结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
一种含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料，所述焊料含有以下重量百分比的各组分：0.01-0.1wt％的Al，4-15wt％的Bi，30-50wt％的Pb，余量为Sn。
优选的，所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.01-0.1wt％的Al，5-9.99wt％的Bi，40-44.9wt％的Pb，余量为Sn。
优选的，所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.1wt％的Al，5-9.9wt％的Bi，40-44.9wt％的Pb，余量为Sn。
本发明焊料的材质选自纯Sn、纯Pb、纯Bi、纯Al、SnPb、SnBi、SnAl合金。
一种含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料的制备方法，所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.01-0.1wt％的Al，4-15wt％的Bi，30-50wt％的Pb，余量为Sn；所述制备方法包括以下步骤：
1)将适量的锡、铅、铋、铝按所述百分比混合加热至280-300℃，获得混合熔体；
2)加入熔炼覆盖剂，保温搅拌20-30min；
3)除去所述混合熔体表面的熔炼覆盖剂，并用过滤器进行过滤，得到熔融焊料；
4)将过滤后的熔融焊料浇铸，即得含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料。
优选的，在步骤1)中所述的锡、铅、铋均为粉末，其中锡粉为300目，铅粉200目，铋粉100目。
优选的，在步骤1)中所述的Al为铝箔，厚度为0.01-0.1mm。
优选的，在步骤2)中所述的熔炼覆盖剂，为KCl、LiCl混合熔盐，KCl与LiCl重量比为1∶1或2∶1。
优选的，步骤3)中所述的过滤器为碳/碳复合多孔材料过滤器和多孔碳过滤器。
优选的，步骤4)中所述的焊料浇铸在室温下进行。
除非特别指明，以下实施例中所用的试剂均可从正规渠道商购得。
实施例1
(1)按照质量比500∶449∶50∶1分别称取Sn粉、Pb粉、Bi粉、铝箔，搅拌使其充分混合，加入熔炼炉内，混合加热至300℃，获得混合熔体。
(2)加入熔炼覆盖剂(KCl与LiCl重量比为1∶1)覆盖在混合熔体表面，保温搅拌20min。
(3)将混合熔体表面的熔炼覆盖剂刮去，并通过碳/碳复合多孔材料过滤器进行过滤，得到熔融焊料。
(4)在室温下进行浇铸，并将该实施例制备的焊料制成焊带。
本实施例制备的焊料的熔点为168℃。本实施例制备的焊料合金组织形貌见图1。从图1可见，加入的0.1wt％Al元素可以使富-Sn相(图中白色区域)晶粒细化，形成较为细密的小晶粒弥散分布于基体中，进而降低焊料合金中化学原电池的电位差，从而提高抗盐雾腐蚀性能。
图4为实施例1制备的焊料制成焊带后焊带表面的耐腐蚀结果，从图4可见，焊带表面基本上没有腐蚀产物，除去少部分盐雾试验中NaCl残留，根据GB/T 6461-2002评级为10级，抗腐蚀性能达到用途要求。
实施例2
(1)按照质量比500∶400∶99∶1分别称取Sn粉、Pb粉、Bi粉、铝箔，搅拌使其充分混合，加入熔炼炉内，混合加热至300℃，获得混合熔体。
(2)加入熔炼覆盖剂(KCl与LiCl重量比为1∶1)覆盖在混合熔体表面，保温搅拌20min。
(3)将混合熔体表面熔炼覆盖剂刮去，并通过碳/碳复合多孔材料过滤器进行过滤，得到熔融焊料。
(4)在室温下进行浇铸，并将该实施例制备的焊料制成焊带。
本实施例制备的焊料的熔点为163℃。本实施例制备的焊料合金组织形貌见图2。从图2可见，加入0.1wt％的Al元素有效地改善细化晶粒，同时提高加入的Bi含量可以有效减少大块β-Sn相的数量，各相之间的腐蚀电位差较实施例1有所提升。
图5为实施例2制备的焊料制成焊带后焊带表面的耐腐蚀结果，从图5可见，焊带表面基本上没有出现腐蚀产物，除去少部分盐雾试验中NaCl残留，根据GB/T 6461-2002评级为10级，抗腐蚀性能达到用途要求。
实施例3
(1)按照质量比500∶400∶99.9∶0.1分别称取Sn粉、Pb粉、Bi粉、铝箔，搅拌使其充分混合，加入熔炼炉内，混合加热至300℃，获得混合熔体。
(2)加入熔炼覆盖剂(KCl与LiCl重量比为1∶1)覆盖在混合熔体表面，保温搅拌20min。
(3)将混合熔体表面熔炼覆盖剂刮去，并通过碳/碳复合多孔材料过滤器进行过滤，得到熔融焊料。
(4)在室温下进行浇铸，并将该实施例制备的焊料制成焊带。
本实施例制备的焊料的熔点为155℃。本实施例制备的焊料合金组织形貌见图3。从图3可见，本实施例的Al含量较实施例1和2少，焊料合金组织较为粗大，在白色Sn相与富Pb相、富Bi相之间存在原电池，对于耐腐蚀性有一定影响。
图6为实施例3制备的焊料制成焊带后焊带表面的耐腐蚀结果，从图6可见，随着Al含量降低，该焊带表面出现部分腐蚀产物，如图中白色点状物所示。根据国标GB/T 6461-2002，实施例3制备的焊料焊带为8级，仍具有较强的抗腐蚀性。
本发明中Sn、Pb、Bi三种主要元素和微量元素Al的含量比值，在所述取值范围内可另任意组合，实施例中的含量比值仅为举例。
本发明的光伏焊带用耐腐蚀焊料，通过控制Sn-Pb-Bi三种主要元素和微量元素Al的含量比值，熔点能够达到150-180℃之间，有效地降低了焊料熔点与生产温度，适用于一些对于温度较为敏感的光伏组件上；本发明的焊料具有高耐腐蚀性，焊接可靠性高，符合所需的用途要求。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料，其特征在于，所述焊料含有以下重量百分比的组分：所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.1wt％的Al，9.9wt％的Bi，40wt％的Pb，余量为Sn。
2.根据权利要求1所述的含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料，其特征在于，所述含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料熔点在150-180℃之间。
3.根据权利要求1所述的含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料的制备方法，其特征在于，所述焊料含有以下重量百分比的组分：0.1wt％的Al，9.9wt％的Bi，40wt％的Pb，余量为Sn；所述制备方法包括以下步骤：
1)将适量的锡、铅、铋、铝按所述百分比混合加热至280-300℃，获得混合熔体；
2)加入熔炼覆盖剂，保温搅拌20-30min；
3)除去所述混合熔体表面的熔炼覆盖剂，并用过滤器进行过滤，得到熔融焊料；
4)将过滤后的熔融焊料浇铸，即得含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料；
在步骤2)中所述的熔炼覆盖剂，为KCl、LiCl混合熔盐，KCl与LiCl重量比为1:1或2:1。
4.根据权利要求3所述的含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料的制备方法，其特征在于，在步骤1)中所述的锡、铅、铋为粉末，其中锡粉为300目，铅粉200目，铋粉100目。
5.根据权利要求3所述的含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料的制备方法，其特征在于，在步骤1)中所述的Al为铝箔，厚度为0.01-0.1mm。
6.根据权利要求3所述的含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述的焊料浇铸在室温下进行。
7.根据权利要求3所述的含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料的制备方法，其特征在于，制备得到的所述含Al的光伏焊带用Sn-Pb-Bi耐腐蚀焊料熔点在150-180℃之间。
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