CN1775456A - 一种Al－Cu－Sn系无铅焊锡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的Al－Cu－Sn系无铅焊锡，其组分及重量百分比含量为：0.1～3.0％Al，0.1～10.0％Cu，其余为Sn和不可避免的杂质。该Al－Cu－Sn系无铅焊锡接近于共晶成分，其熔点在228～233℃。且成分简单，Sn、Al、Cu原料资源丰富，成本低，用石英玻璃管和真空感应熔炼炉熔炼的同一成分的无铅焊锡的熔点相同。
Description
技术领域
本发明涉及焊锡材料，特别是一种适合用于电子组装与封装及电器设备、通讯器材等领域的Al-Cu-Sn系无铅焊锡材料。
背景技术
用Sn63Pb37焊锡制造的电子产品中不可避免地含有铅，这样的电子产品被废弃或回收过程中，对环境造成污染、对人类的健康带来危害。为了消除废弃电子产品中铅对环境的污染和对人健康的危害。我国信息产业部于2003年3月制定了《电子信息产品污染防治管理办法》明确规定：“生产者应当采取措施逐步减少并淘汰电子信息产品中铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯(PBB)、聚合溴化联苯乙醚(PBDE)及其它有毒有害物质的含量”。因此，按照《电子信息产品污染防治管理办法》，必须用无铅焊锡代替有铅焊锡。电子信息产品涉及电子通信产品、计算机产品、家用电子产品、电子材料产品等诸多领域，而这些产品不可避免地要用到焊锡。目前应用较多的Sn96.5Ag3.5无铅焊锡，因含有银，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本较低、对环境友好的Al-Cu-Sn系无铅焊锡。
本发明的Al-Cu-Sn系无铅焊锡，其组分及重量百分比含量为：0.1～3.0％Al，0.1～10.0％Cu，其余为Sn和不可避免的杂质。
制备Al-Cu-Sn系无铅焊锡的方法，有以下两种：
方法1，步骤如下：
1)以纯Al、纯Cu、纯Sn为原料，按重量百分比0.1～3.0％Al，0.1～10.0％Cu，其余为Sn，配制合金料；
2)将合金料装入直径为10～20mm的石英玻璃管中，抽真空，火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入电炉中，然后以1～3℃/分钟的速率升温至800～900℃，保温1～4小时，冷却至200～300℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡。
方法2，步骤如下：
1)以纯Al、纯Cu、纯Sn为原料，按重量百分比0.1～3.0％Al，0.1～10.0％Cu，其余为Sn，配制合金料；
2)将合金料装入真空感应熔炼炉中，抽真空，然后充入氩气，在850～1100℃温度下熔炼，熔化后浇铸，得到无铅焊锡合金锭。
本发明的有益效果是：
发明的Al-Cu-Sn系无铅焊锡接近于共晶成分，成分简单，根据成分含量的不同，其熔点在228～232℃。Sn、Al、Cu原料资源丰富，成本低，用石英玻璃管和真空感应熔炼炉熔炼的同一成分的无铅焊锡的熔点相同。
附图说明
图1是本发明实施例1无铅焊锡在升温和降温过程的示差扫描量热(DSC)曲线；
图2是本发明实施例2无铅焊锡在升温过程的DSC曲线；
图3是本发明实施例3无铅焊锡在升温和降温过程的DSC曲线。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明。
实施例1
1)以纯Al、纯Cu、纯Sn为原料，按重量百分比配制1kg合金料，其中30.0gAl、10.0gCu，其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入真空感应熔炼炉中，抽真空，然后充入氩气；
3)调节感应熔炼炉功率，使炉温达到950℃进行熔炼后，浇铸成直径为28mm的棒材，机械加工成直径为5mm的拉伸试样，并取样进行示差扫描量热(DSC)曲线的测量，无铅焊锡样品的成分为3.0％Al、1.0％Cu，其余为Sn和不可避免的杂质。
DSC测样品的熔点为231.1℃，拉伸强度为6.0MPa，延伸率为23.1％，图1是该样品升温、降温过程的DSC曲线。
实施例2
1)以纯Al、纯Cu、纯Sn为原料，按重量百分比配制50克合金料，其中0.5gAl、2.0gCu，其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入直径为12mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以2℃/分钟的速率升温至900℃，保温2小时后断电，随炉冷却至300℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品，成分为1.0％Al、4.0％Cu，其余为Sn和不可避免的杂质。
将样品机械加工成直径为5mm的拉伸试样，并取样进行示差扫描量热(DSC)曲线的测量，该试样的熔点为231.9℃，拉伸强度为31.0MPa，延伸率为21.0％，图2是该样品升温过程的DSC曲线。
实施例3
1)以纯O、纯Cu、纯Sn为原料，按重量百分比配制1kg合金料，其中10.0gAl、60.0g Cu，其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入真空感应熔炼炉中，抽真空，然后充入氩气；
3)调节感应熔炼炉功率，使炉温达到1000℃进行熔炼后，浇铸成直径为28mm的棒材，无铅焊锡样品的成分为1.0％Al、6.0％Cu其余为Sn和不可避免的杂质。
由DSC测得样品的熔点为228.3℃，图3是该样品升温、降温过程的DSC曲线。
实施例4
1)以纯Al、纯Cu、纯Sn为原料，按重量百分比配制50克合金料，其中0.5gAl、3.0g Cu其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入直径为12mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以2℃/分钟的速率升温至800℃，保温2小时后断电，随炉冷却至300℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品，成分为1.0％Al、6.0％Cu，其余为Sn和不可避免的杂质。
由示差扫描量热(DSC)测量该试样的熔点为228.7℃，与实施例3测得的熔点相同。
实施例5
1)以纯Al、纯Cu、纯Sn为原料，按重量百分比配制1kg合金料，其中30.0gAl、20.0gCu，其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入真空感应熔炼炉中，抽真空，然后充入氩气；
3)调节感应熔炼炉功率，使炉温达到900℃进行熔炼后，浇铸成直径为28mm的棒材，机械加工成直径为5mm的拉伸试样，并取样进行示差扫描量热(DSC)曲线的测量，无铅焊锡样品的成分为3.0％Al、2.0％Cu其余为Sn和不可避免的杂质。
由DSC测得样品的熔点为230.8℃，拉伸强度为60MPa，延伸率为18.0％。
实施例6
1)以纯Al、纯Cu、纯Sn为原料，按重量百分比配制100克合金料，其中1.0gAl、8.0gCu其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入直径为15mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以2℃/分钟的速率升温至850℃，保温2小时后断电，随炉冷却至300℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品，成分为1.0％Al、8.0％Cu，其余为Sn和不可避免的杂质。
由示差扫描量热(DSC)测量该试样的熔点为227.9℃。
实施例7
1)以纯Al、纯Cu、纯Sn为原料，按重量百分比配制100克合金料，其中1.0gAl、10.0gCu其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入直径为15mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以2℃/分钟的速率升温至900℃，保温2小时后断电，随炉冷却至300℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品，成分为1.0％Al、10.0％Cu，其余为Sn和不可避免的杂质。
由示差扫描量热(DSC)测量该试样的熔点为231.7℃。
表1列出了Sn-Al-Cu系无铅焊锡的典型成分和熔点的温度。
表1
| No | 成分(重量％) | 熔点(℃) | ||
| Al | Cu | Sn | ||
| 1 | 3.0 | 1.0 | 余量 | 231.1 |
| 2 | 1.0 | 4.0 | 余量 | 231.9 |
| 3 | 1.0 | 6.0 | 余量 | 228.3 |
| 4 | 3.0 | 2.0 | 余量 | 230.8 |
| 5 | 1.0 | 8.0 | 余量 | 227.9 |
| 6 | 2.0 | 10.0 | 余量 | 231.7 |
| 7 | 0.1 | 7.0 | 余量 | 231.8 |
| 8 | 3.0 | 0.1 | 余量 | 232.5 |
Claims (1)
1.一种Al-Cu-Sn系无铅焊锡，其特征在于它的组分及重量百分比含量为：0.1～3.0％Al，0.1～10.0％Cu，其余为Sn和不可避免的杂质。
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