CN109719414B - 一种超极限锡合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接技术领域，公开了一种超极限锡合金及其制备方法，该锡合金为一种焊缝材料，包括锡合金基体，锡合金基体表面依次沉积有粘结层、陶瓷层、封严涂层、反射层、反折射层和绝缘层。本发明打破了当环境温度高于材料的使用温度便只能更换材料的传统思想的禁锢，通过在材料表面沉积涂层，提高材料的使用温度，使得超极限锡合金焊缝材料能够应用在超高温环境下长期使用，满足航空器等飞行器提速时发动机温度升高的使用需求，实现航空器等飞行器的提速。

Description

一种超极限锡合金及其制备方法

技术领域

本发明属于对焊接技术领域，具体涉及一种超极限锡合金及其制备方法。

背景技术

常规的锡与锑、银、铟、镓等金属组成的合金焊料具有熔点低、无毒、抗蚀的特点。锡合金焊料虽然具有较高的延展性和耐腐蚀性，但是常规状态下(常温常压低冲蚀)的锡合金焊料因为其较低的硬度和加工强度，限制了其使用范围。在超极限环境下(高温高压高冲蚀)，例如航空航天领域，航空器等飞行器随着技术的发展与社会的实际需求，航空器的速度越来越高，使得航空器处于一个高温高压和高冲蚀的环境下，锡合金焊料由于其较低的熔点和较低的强度，使得常规的锡合金焊料形成的焊缝在超极限温度(即超过其熔点温度)下很容易发生变形而导致失效。

因此要扩大锡合金的使用范围，就需要锡合金焊缝材料必须有良好的高温抗氧化性能和耐腐蚀性，同时具备更高的强度和硬度。在使用过程中不易脱落失效，便于长期的维护和保养，在极端环境下拥有高的稳定性能。但是现在的锡合金焊料已经很难在高温高压高冲蚀的环境下长期稳定的运行，需要一种更加稳定和实用的制造工艺来使锡合金焊缝材料的使用更加广泛。

发明内容

本发明意在提供一种超极限锡合金及其制备方法，以解决现有的锡合金焊缝材料在超极限温度环境下易发生变形而导致失效的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下基础方案：

一种超极限锡合金，该锡合金为一种焊缝材料，包括锡合金基体，锡合金基体表面依次沉积有粘结层、陶瓷层和封严涂层。

本技术方案的有益效果：

发明人通过大量的研究，研发了一种超极限锡合金焊缝材料，满足锡合金在超极限温度(超过其熔点温度)下使用。在研发过程中，通常人们会认为当环境温度高于合金的使用温度之后，便会认为该合金不能在该温度下进行使用，进而需要其他高熔点的合金进行使用，而发明人反其道而行，尝试对锡合金焊缝材料进行改进，以满足航空器制造的需求。在发明人不断尝试的过程中非常惊喜的发现，通过在锡合金基体表面沉积一定配比的涂层，能够将锡合金的使用温度提高至高于原熔点100-500℃，将大大的提高原锡合金焊缝材料的使用温度，从而使得这种锡合金焊缝材料在高温下长时间保持稳定，而不会出现开裂甚至脱落的问题，以满足制造航空器的需求；而在高温环境下，将锡合金焊缝材料的使用温度提升2-3℃都是非常困难的，因此申请人的这一研究是在锡合金的使用上非常大的进步。

本技术方案通过在锡合金基体上依次沉积粘结层、陶瓷层和封严涂层，能够大大的提高锡合金焊缝材料的使用温度，以适应锡合金焊缝材料在超极限温度的使用。

沉积粘结层，能够提高各涂层与锡合金基体之间的粘结效果，避免涂层在使用过程中脱落。沉积陶瓷层，能够降低热量的传导，从而提高锡合金焊缝材料的使用温度。沉积封严涂层目的是隔绝锡合金基体与外界的氧化或腐蚀气氛，使得外界气氛不能直接与内部的涂层与基体反应，提升涂层与基体的使用寿命。发明人通过多个实验验证，本技术方案通过各涂层的配合，使得锡合金焊缝材料的使用温度得到了大大的提高。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

1、采用常规的锡合金焊料得到的焊缝，在高温高压环境下长期服役时，由于传统锡合金焊缝强度和硬度较低，因此导致使用传统锡合金焊料焊接的部件在使用过程中应力变形严重，而本技术方案中多个涂层的引入能极大的提高锡合金焊接材料的强度，使得锡合金焊接材料的使用强度进一步提高。

2、采用常规的锡合金焊料得到的焊缝，虽然在常温下拥有较好的抗蚀性能，但是在高温环境中，其抗氧化性能较弱，而高温氧化主要原因为，氧向焊缝内扩散，而本技术方案中多个涂层的引入阻碍了外界氧的内扩散。

3、采用传统的锡合金焊料制备的焊缝在高温环境下长期使用时，会受到大量的红外线辐照，这大大的缩短了焊缝的使用时间，使得焊缝容易发生断裂等问题，而本技术方案中引入的多个涂层，能够在一定程度上减少焊缝受到的红外线辐照量，因此能够显著的提高焊缝的使用寿命，从而使整个焊缝在使用过程中极其稳定。

4、本发明提供的锡合金焊缝材料突破了传统锡合金材料的发展瓶颈，通过在锡合金基体材料表面沉积涂层，提高锡合金焊缝材料的使用温度，使得超极限锡合金焊缝材料能够应用在超高温环境下长期保持稳定，满足航空器等飞行器处于高温高压高冲蚀的环境下的使用需求，实现航空器等飞行器的提速。

进一步，所述粘结层的厚度为50-180μm，陶瓷层的厚度为50um～80um，封严涂层的厚度5um～15um，所述封严涂层上还沉积有厚度为5um～15um的反射层、厚度为5um～15um的反折射层和厚度为10μm～25μm的绝缘层。

有益效果：沉积反射层具有反射热辐射的效果，从而降低锡合金焊接材料的温度，以提高锡合金焊缝的使用温度。沉积反折射层，能阻挡红外线在涂层内的折射，从而减少红外线进入锡合金基体中的量，以降低锡合金焊缝材料的温度，因此使得制备的锡合金焊缝材料的使用温度提高。沉积绝缘层的效果在于，由于在超高速的环境中，材料的表面容易发生电离，而绝缘层能够隔绝电离产生的导电离子或电子进入到锡合金基体中，从而抵抗电荷对锡合金基体的侵蚀。发明人通过多个实验验证，本技术方案通过各厚度涂层的配合，使得锡合金焊缝材料的使用温度得到了大大的提高。

进一步，所述粘结层的成分为Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os中的一种或多种的合金构成。

有益效果：粘结层具有良好的粘结效果，使得陶瓷层与锡合金基体的粘结效果佳，降低陶瓷层的脱落概率；而贵金属本身具有抗氧化的特性，能有效的阻止，高温环境下，氧向粘结层和锡合金基体内扩散，从而提高锡合金焊缝材料的抗氧化性能，提高焊缝材料的使用寿命。

进一步，所述陶瓷层的成分为RETaO₄。

有益效果：RETaO₄具有高膨胀系数和低热导率的效果，其中低热导率能够减少外界热量传导到锡合金焊缝材料内，从而使得高温环境下，锡合金焊缝材料能够保持较低的温度；而对于高膨胀系数，由于涂层之间是作为一个整体使用的，并不是单一的在起作用，而高膨胀系数是为了与粘结层的热膨胀系数相匹配，由于贵金属粘结层的热膨胀系数也较大，这样在热循环过程中(即不断加热冷却的过程中)，陶瓷层与粘结层的热失配应力(热膨胀系数不同产生的应力)较小，进而提高涂层的使用寿命。(通俗来讲，当两个热膨胀系数相差较大的涂层沉积在一起时，升温或者降温时，两个涂层的膨胀程度严重不同，就会导致两个涂层之间的应力增大，从而导致两个涂层之间产生裂纹，甚至脱落的问题。)

进一步，所述封严涂层的成分为Ti₃SiC、REPO₄和BN的一种或多种的混合物。

有益效果：发明人通过实验的证明，Ti₃SiC、REPO₄和BN的一种或多种的混合物作为封严涂层的成分的阻隔效果较好。

进一步，所述反射层为REVO₄、RETaO₄、Y₂O₃中的一种或几种的混合物。

有益效果：REVO₄、RETaO₄、Y₂O₃的反射系数高，因此对热辐射的反射效果佳，极大的降低高温环境下，锡合金焊缝材料的温度，从而提高制备的锡合金焊缝材料的使用温度。

进一步，所述反折射层为石墨烯或碳化硼中的一种或两种的混合物，且石墨烯和碳化硼的空间分布均呈无序排列状态。

有益效果：由于石墨烯或碳化硼的空间分布呈无序排列的状态，虽然石墨烯或碳化硼具有较高的折射率，当红外光在照射到石墨烯反折射层上时，无序排列的石墨烯可以增强光在各个方向的折射，避免入射光在同一方向上发生折射，达到折射分散的效果，这样进入到涂层内的红外光的强度下降，从而降低涂层与锡合金焊缝材料的温度。

进一步，所述绝缘层为聚四氟乙烯、聚酰亚胺(PI)、聚苯醚(PPO/PPE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、双马来酰亚胺(BMI)、呋喃树脂、氰酸酯树脂(CE)、聚芳基乙炔基(PAA)中的一种或多种构成的有机涂层。

有益效果：以航空器为例，其在高速飞行过程中，航空器的外表面与空气发生摩擦，使得空气产生电离形成导电的离子或者电子，而发明人通过实验验证采用聚四氟乙烯、聚酰亚胺(PI)、聚苯醚(PPO/PPE)等有机涂层能够有效的抵抗电荷进入涂层和锡合金基体中，从而降低导电电子或者离子对锡合金焊缝材料的侵蚀。

本发明还提供另一技术方案，一种超极限锡合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在锡合金基体表面沉积粘结层，所述粘结层的厚度为50-180μm；

步骤2：在步骤1得到的粘结层表面制备陶瓷层，所述陶瓷层的厚度为50um～80um；

步骤3：在步骤2得到的陶瓷层表面制备封严涂层，所述封严涂层的厚度5um～15um；

步骤4：在步骤3得到的封严涂层表面制备反射层，所述反射层的厚度为5um～15um；

步骤5：在步骤4得到的反射层表面制备反折射层，反折射层的厚度为5um～15um；

步骤6：对步骤5得到的反折射层表面制备绝缘层，绝缘层厚度为10μm～25μm。

本技术方案的有益效果：

通过对沉积在锡合金基体上的各涂层的厚度进行控制，既能实现制备的超极限锡合金焊缝材料的使用温度提高至高于原锡合金熔点的100-500℃，并且具有极佳的耐腐蚀性。同时还能够避免涂层厚度较大导致的制备的超极限锡合金焊缝材料的重量增加较大的情况出现，从而使得超极限锡合金焊缝材料能满足航空器的使用。

进一步，所述步骤1中，在沉积粘结层之前，对锡合金基体表面进行喷砂处理，后对喷砂后的锡合金基体表面进行除尘处理；对采用所述步骤1～6沉积多个涂层后的锡合金焊缝材料进行时效处理，在50～80℃温度下静置5～10h。

有益效果：通过对锡合金基体表面进行喷砂处理，可提高锡合金基体表面的粗糙度，从而提高锡合金基体与粘结层的粘合强度，另外由于在喷砂过程中，还会在锡合金基体的表面产生大量的粉尘，因此需要在喷砂后，对锡合金基体表面进行除尘处理，以避免粉尘影响涂层与锡合金基体的粘结效果；时效处理是为了消除各涂层与锡合金基体内部及之间的残余应力，避免出现涂层在残余应力影响下开裂甚至脱落的问题。

附图说明

图1为本发明的实施例1中超极限锡合金焊缝材料的结构示意图；

图2为本发明的实验中锡合金焊缝材料式样的结构示意图；

图3为本发明实施例1与对比例11在350℃温度下的高温拉伸强度曲线图；

图4为本发明实施例1与对比例11的盐雾腐蚀实验曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：锡合金基体1、粘结层2、陶瓷层3、封严涂层4、反射层5、反折射层6、绝缘层7、焊接母材8、焊缝9。

本发明提供了一种超极限锡合金，如图1所示，包括锡合金基体1，锡合金基体1表面依次沉积有厚度为50-180μm的粘结层2、厚度为50um～80um的陶瓷层3、厚度为5um～15um的封严涂层4、厚度为5um～15um的反射层5、厚度为5um～15um的反折射层6和厚度为10μm～25μm的绝缘层7。

其中粘结层2的成分为铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、钌(Ru)、铱(Ir)、锇(Os)中的一种或多种合金，陶瓷层3的成分为RETaO₄(RE＝Nd，Eu，Gd，Dy，Er，Y，Yb)；封严涂层4的成分为Ti₃SiC，REPO₄(RE＝Nd，Eu，Gd，Dy，Er，Y，Yb)和氮化硼(BN)的一种或多种的混合物；反射层5的成分为REVO₄、RETaO₄、Y₂O₃中的一种或几种的混合物，其中RE＝Nd，Eu，Gd，Dy，Er，Y，Yb；反折射层6为石墨烯或碳化硼中的一种或两种的混合物，且石墨烯和碳化硼的空间分布均呈无序排列状态；绝缘层7为聚四氟乙烯、聚酰亚胺(PI)、聚苯醚(PPO/PPE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、双马来酰亚胺(BMI)、呋喃树脂、氰酸酯树脂(CE)、聚芳基乙炔基(PAA)中的一种或多种构成的有机涂层。

其中RETaO₄粉体采用以下方法进行制备，包括以下步骤：

步骤(1)：将稀土氧化物(RE₂O₃)粉末、五氧化二钽(Ta₂O₅)粉末进行预干燥，预干燥的温度为600℃，预干燥的时间为8h；按照RETaO₄的摩尔比称取干燥后的稀土氧化物(RE₂O₃)粉末、五氧化二钽(Ta₂O₅)粉末；将预干燥后的粉末加入到乙醇溶剂中，得到混合溶液，使得混合溶液中RE:Ta的摩尔比为1:1；再采用球磨机对混合溶液进行球磨10h，球磨机的转速为300r/min。

将球磨后得到的浆料采用旋转蒸发仪(型号：N-1200B)进行干燥，干燥温度为60℃，干燥的时间为2h，将干燥后的粉末采用300目的筛子过筛，得到粉末A。

步骤(2)：将步骤(1)中得到的粉末A采用高温固相反应法制得成分为RETaO₄的粉末B，反应温度为1700℃，反应时间为10h；并采用300目的筛子对粉末B进行过筛。

步骤(3)：将步骤(2)中过筛后的粉末B与去离子水溶剂、有机粘接剂混合得到浆料C，其中浆料C中粉末B的质量百分比为25％，有机粘接剂的质量百分比为2％，其余为溶剂，有机粘接剂采用聚乙烯醇或者阿拉伯树胶,；再利用高温喷雾裂解法对浆料C进行干燥，干燥时的温度为1000℃，干燥时间为60min，得到干燥的料粒D；

步骤(4)：将步骤(3)得到的料粒D在1200℃的温度下烧结8h，再采用300目的筛子对烧结后的料粒D过筛，得到粒径为10～50μm并且形貌呈球形的RETaO₄陶瓷粉体。

本发明利用RETaO₄作为陶瓷B层，具有低热导率、高膨胀率的效果，能实现降低热量的传导；并且通过上述方法制备的RETaO₄能够满足APS喷涂技术对粉体粒径和形貌的要求。

发明人通过大量的实验得出了在本发明的参数范围内，制备的超极限锡合金焊缝材料的使用温度提升最大，且锡合金焊缝材料的重量增加量小，各涂层成分与厚度最佳的超极限锡合金焊缝材料，而本发明中列举了其中的20组进行了说明。

本发明一种超极限锡合金及其制备方法的实施例1-20各参数如表1和表2所示：

表1为一种超极限锡合金及其制备方法的实施例1-10中各涂层的成分与厚度

表2为一种超极限锡合金及其制备方法的实施例10-20中各涂层的成分与厚度

现以实施例1为例，对本发明的另一技术方案，一种超极限锡合金的制备方法进行说明。

一种超极限锡合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备锡合金基体，选用两块型号为Q235钢板为焊接母材，选用型号为S221的锡合金焊丝将两块母材进行焊接，焊丝直径为2.5mm；焊接设备为MZ-1000自动埋弧焊机和MZ-1000时代逆变埋弧焊接电源，焊接工艺参数为电压30V，电流530～570A，焊速55m/h；采用该焊接设备制得锡合金基体。

步骤2：利用喷砂机对步骤1得到的锡合金基体表面进行喷砂处理，使用的喷砂机为JCK-SS500-6A自动传输式喷砂机，喷砂时采用的喷砂材料为石英砂，石英砂的规格为15～20目，本实施例中石英砂选用20目的规格；在喷砂处理之后采用空气压缩机对锡合金基体表面进行除尘处理。

步骤3：采用超音速火焰喷涂法，在步骤2表面处理后的锡合金基体表面喷涂铂铑粘结层，粘结层的厚度为75μm；其中超音速火焰喷涂的工艺参数为：氧气的压力和流量分别为0.4MPa和250L/min；C₂H₄的压力和流量分别为0.4MPa和55L/min，喷枪喷嘴长100mm，喷涂距离为100mm。

步骤4：采用大气等离子喷涂技术在步骤3得到的铂铑粘结层表面制备一层成分为YTaO₄的陶瓷层，其中YTaO₄陶瓷层的厚度为50um，大气等离子喷涂技术的工艺参数为：氩气的流量为40L/min；氢气的流量为5L/min，功率为30kW，送粉量为20g/min，喷涂距离为100mm。

步骤5：采用电子束物理气相沉积技术在步骤4得到的YTaO₄陶瓷层表面制备一层成分为NdPO₄的封严涂层，NdPO₄封严涂层的厚度10um；其中电子束物理气相沉积技术的工艺参数为：氩气压力为0.22MPa，功率为2KW，基体温度为400℃。

步骤6：采用电子束物理气相沉积技术在步骤5得到的NdPO₄封严涂层表面制备一层成分为YVO₄的反射层，YVO₄反射层的厚度为10um；其中电子束物理气相沉积技术的工艺参数为：氩气压力为0.22MPa，功率为2KW，基体温度为400℃。

步骤7：采用涂刷法对步骤6得到的YVO₄反射层表面制备石墨烯反折射层，石墨烯反折射层的厚度为15um；

由于石墨烯具有较高的比表面积，极其难溶在溶液中，因此石墨烯在涂敷之前需要进行超声分散和固液分离，即首先对石墨烯与微米级的碳粉材料相互均匀混合，然后将混合粉末导入溶液中进行超声波振动混合，本实施例中溶液为加入有1％分散剂的乙醇溶液，将混合均匀以后的溶液利用滤纸将微米级的碳粉分离出来，最后将混合有石墨烯的溶液涂敷于反射层的表面，后将涂有石墨烯反折射层的锡合金焊缝材料放入干燥箱内，在60℃温度下干燥2h。

另外石墨烯进行超声分散后，石墨烯的空间分布在各个方向进行重新排列，使得石墨烯的空间分布呈无序排列状态，这样石墨烯虽然具有较高的折射率，当入射光在照射到石墨烯反折射层上时，无序排列的石墨烯可以增强光在各个方向的折射，避免入射光在同一方向上发生折射，达到折射分散的效果，这样进入到涂层内的入射光强度下降。

步骤8：利用封釉处理对步骤7得到的石墨烯反折射层表面制备成分为双马来酰亚胺的绝缘层，绝缘层厚度为22μm。

封釉处理是一种制备电绝缘层的技术手段，封釉处理具体是用柔软的羊毛或海绵通过震抛机的高速震动和摩擦，利用石墨烯涂层特有的渗透性和黏附性把双马来酰亚胺的分子强力渗透到石墨烯涂层表面。

步骤9：对采用步骤1～8制备得到的锡合金焊缝材料在50～80℃温度下静置5～10h，进行时效处理，本实施例中采用的时效温度为60℃，时效处理的时间为8h。

实施例2-20的制备方法与实施例1的区别仅在于如表1所示的参数不同。

设置11组对比例与实施例1-20进行对比实验：

表3为对比例1-10各涂层的成分与厚度：

对比例1-10的制备方法与实施例1的区别仅在于如表3所示的各参数不同，对比例11为采用步骤1制备的锡合金焊缝材料，即锡合金基体的表面未沉积任何涂层。

利用实施例1～20、对比例1-11提供的锡合金焊缝进行以下实验：

1锡合金焊缝高温结合强度实验：

1.1锡合金焊缝材料制备

如图2所示，制备拉伸式样，将两块焊接母材8采用焊接设备焊接在一起，形成锡合金基体9，在锡合金基体9的表面上采用实施例1-20和对比例1-10提供的参数制备涂层，其中对比例11为未沉积涂层的锡合金基体。

将上述拉伸式样，利用型号为RMT-D5的电子式高温蠕变持久强度试验机进行高温蠕变实验，RMT-D5的电子式高温蠕变试验机的最大试验载荷为50KN，试验载荷控制精度为±5％以内，变形测量范围为0～10mm，速率调整范围为0～50mm/min^-1，变形分辨率为0.001mm，高温炉控温范围为900～1200℃，均热带长为150mm。

2.2锡合金焊缝高温拉伸强度检测

将采用实施例1-20、对比例1-11制备的锡合金焊缝材料式样放入上述试验机内，并且使试件处于无应力状态(在无应力状态下，试件可自由膨胀，而高温蠕变是在温度和应力共同作用下变形随时间增加，因此升温速率对蠕变没有影响)。将试验机调节至温度为350℃，每个试件的试验次数为5次，将每次得到的拉伸强度进行记录，如表4所示，表4中a表示试件的平均拉伸强度(MPa)。

以实施例1与对比例11制备的锡合金焊缝材料式样为例，如图2所示，为实施例1与对比例11的锡合金焊缝材料拉伸强度曲线图，图2中)表示对比例11中未沉积涂层的锡合金基体，图3中B表示表面采用实施例1中的参数沉积有复合涂层的锡合金焊缝材料。为了测试锡合金焊缝材料在温度极限条件下的力学性能，通过查找相关文献资料可知S221锡合金的熔点温度为220℃，因此将测试温度设置为350℃，其测试结果如下：

从图2中可以看出，在350℃条件下，A试件的拉伸强度非常低，未沉积涂层的锡合金基体几乎不能承受载荷，载荷未到40MPa时，锡合金基体即发生断裂，而B试件却可以在350℃的条件下保持较好的力学性能，具有优良的耐高温性能。

2盐雾腐蚀实验：

将实施例1-20、对比例1-11制备的锡合金焊缝材料式样加工成50mm×25mm×2mm的试件，再进行除油、除锈处理，并清洗、干燥。使用YWX/Q-250B盐雾腐蚀箱作为实验设备，并模拟GB/T2967.3-2008的大气腐蚀环境。

将实施例1-20、对比例1-11提供的试件悬挂在实验设备内，并将实验设备调节至温度为50±1℃、PH为3.0～3.1，再利用浓度为5±0.5％NaCl溶液连续向试件喷洒，并在表4中记录一定时间(8、24、48、72h)后，试件的失重率。

如图3所示，为实施例1与对比例11盐雾腐蚀失重量与腐蚀时间的关系曲线，图4中(A)表示对比例11中未沉积涂层的锡合金基体，图4中(B)表示实施例1中的参数沉积有复合涂层的锡合金焊缝材料。

从图3中可以看出，两种锡合金焊缝材料具有明显不同的腐蚀规律，对于(A)试件随着腐蚀时间的延长，腐蚀失重数值呈增大的趋势。其中，腐蚀初期(8-24h)，式样表面存在氧化膜，阻碍锡合金焊缝材料与溶液接触，腐蚀速率较小。腐蚀中期(24-48h)，溶液中的Cl^-(氯离子)已经穿透氧化膜，大量Cl^-吸附到基体上，使点蚀坑增加，原有的点蚀坑加深，明显加快了腐蚀速率。连续喷雾48h之后，腐蚀产物分布均匀，厚度增加，几乎覆盖式样整个表面，Cl^-需要穿过腐蚀产物才能与锡合金焊缝材料接触，降低了基体表面吸附Cl^-的数量，使腐蚀速率降低。总体看，未沉积涂层的锡合金基体的腐蚀失重量远高于表面沉积有涂层的锡合金焊缝材料，由于涂层的存在基本上没有发生腐蚀，其质量几乎没有发生变化。

表4中a表示试件的平均拉伸强度(MPa)；

b表示连续向试件喷洒NaCl溶液8h后试件的失重率(v/mg.cm²)；

c表示连续向试件喷洒NaCl溶液24h后试件的失重率(v/mg.cm²)；

d表示连续向试件喷洒NaCl溶液48h后试件的失重率(v/mg.cm²)；

e表示连续向试件喷洒NaCl溶液72h后试件的失重率(v/mg.cm²)。

表4为高温拉伸强度与盐雾试验的实验结果

通过表4可知，超出本发明的参数范围的对比例得到的锡合金焊缝材料，平均拉伸强度大幅下降，且耐腐蚀性能较差。

综上所述，通过在锡合金焊基体上沉积粘结层、陶瓷层、封严涂层、反射层、反折射层和绝缘层，能够将锡合金焊缝材料的使用温度提升至高于原熔点的100-500℃，并且耐腐蚀性也大大的提高。本发明提供的超极限锡合金制备方法制备的超极限锡合金焊缝材料的使用温度范围大、耐腐蚀性强，其中实施例1的各效果最佳。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (3)

1.一种超极限锡合金，该锡合金为一种焊缝材料，包括锡合金基体，其特征在于：锡合金基体表面依次沉积有粘结层、陶瓷层和封严涂层；粘结层的厚度为50-180μm，陶瓷层的厚度为50um～80um，封严涂层的厚度5um～15um，所述封严涂层上还依次沉积有厚度为5um～15um的反射层、厚度为5um～15um的反折射层和厚度为10μm～25μm的绝缘层；粘结层的成分为Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os中的一种或多种的合金构成；陶瓷层的成分为RETaO₄；封严涂层的成分为Ti₃SiC、REPO₄和BN的一种或多种的混合物；反射层的成分为REVO₄、RETaO₄、Y₂O₃中的一种或几种的混合物；反折射层为石墨烯或碳化硼中的一种或两种的混合物，所且石墨烯和碳化硼的空间分布均呈无序排列状态；绝缘层为聚四氟乙烯、聚酰亚胺(PI)、聚苯醚(PPO/PPE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、双马来酰亚胺(BMI)、呋喃树脂、氰酸酯树脂(CE)、聚芳基乙炔基(PAA)中的一种或多种构成的有机涂层。

2.根据权利要求1所述的一种超极限锡合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在锡合金基体表面沉积粘结层，所述粘结层的厚度为50-180μm；

步骤2：在步骤1得到的粘结层表面制备陶瓷层，所述陶瓷层的厚度为50um～80um；

步骤3：在步骤2得到的陶瓷层表面制备封严涂层，所述封严涂层的厚度5um～15um；

步骤4：在步骤3得到的封严涂层表面制备反射层，所述反射层的厚度为5um～15um；

步骤5：在步骤4得到的反射层表面制备反折射层，反折射层的厚度为5um～15um；

步骤6：对步骤5得到的反折射层表面制备绝缘层，绝缘层厚度为10μm～25μm。

3.根据权利要求2所述的一种超极限锡合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，在沉积粘结层之前，对锡合金基体表面进行喷砂处理，后对喷砂后的锡合金基体表面进行除尘处理；对采用所述步骤1～6沉积多个涂层后的锡合金焊缝材料进行时效处理，在50～80℃温度下静置5～10h。

Images