專利名稱：：一種無鉛噴金焊料及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
：本發明涉及噴涂焊料，尤其涉及一種無鉛噴金焊料及其制備方法和應用，特別是用于電器分立器件中金屬化聚脂薄膜電容器端面噴涂的無鉛錫基多元合金材料
技術領域：
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背景技術：
：傳統的噴金料一般為鉛基合金材料，如Sn35PbSbZn，Sn30PbSbZn，Sn28PbSbZn，Sn38PbSbZnBi等鉛基四元或鉛基五元噴金料，這種噴金料含有較多的鉛，鉛含量在57%-65%，但鉛有毒，當廢棄電子電器填埋處理時，焊料中的Pb遇酸雨或地下水，形成Pb2、溶于地下水，進入人們的供水鏈從而進入人體內，導致鉛中毒;而目前出現的無鉛噴金料其原料組合不能克服原料性能本身固有缺陷，性能不夠優越。
發明內容本發明的所要解決的技術方案是提供一種無鉛噴金焊料及其制備方法和應用，尤其提供適用于電器分立器件中金屬化薄膜電容器端面噴涂的無鉛錫基多元合金材料。本發明就是根據鉛基五元噴金料的性能和特點開發出了一種新型無鉛噴金料，在使用原噴金機設備的情況下，調整了原料和制備工藝參數，可以實現無鉛化噴涂，由于多種金屬元素相輔相成的協同互補效應，使本無鉛噴金焊料具有現有噴金料不具有的技術效果。該噴金焊料具有抗氧化能力強、潤濕性好、機械物理性能優良，導電性、可焊性好的優點。本發明所要解決的技術方案是通過以下技術方案來實現的本發明提供的一種無鉛噴金焊料，為含以下重量份組分的合金微量CU，Ni，P，Er，In，Bi，Sb，40-80的Sn,20-50的Zn。所述組分優選為以下重量份組分Cu0.010.5;M0.0010.5;PO.0010.1;Er0.0010.5;In0.0010.5;Bi0.0755;Sb0.015;Sn49-71;余量為Zn至100份。所述組分尤其為以下重量份組分Cu0.1;Ni0.1;P0.005;Er0.005;In0.005;Bi2;Sb2.5;Sn60;余量為Zn至100份。本發明還提供了所述無鉛噴金焊料的制備方法，包括以下步驟(1)按重量比將氯化鉀氯化鋰為(11.6):(0.81.2)的混合鹽在450r550。C下熔化后澆在稱好的Sn(錫)上；(2)將溫度升至60(TC80(rC，待錫熔化后，將稱量好的Cu(銅)、Ni(鎳)、In(銦)、Bi(鉍)、Sb(銻)加入到熔融的錫液當中，攪拌，形成合金；(3)待其熔化均勻后，用壁上帶孔的不銹鋼鐘罩將市售P(磷)元素和稀土Er(鉺)迅速壓入上述熔融的合金中，轉動鐘罩；待P元素和稀土Er完全熔化后，再將Zn加入到熔融的合金當中，攪拌；待Zn完全熔化后，保溫12小時，攪拌，使合金均勻化，靜置出爐，凝固后去除表面的混合鹽，即得所述焊料。本發明還提供了所述無鉛噴金焊料在電器分立器件中金屬化聚脂薄膜電容器端面噴涂方面的應用。本發明最佳無鉛噴金焊料的配比協同原理1、本發明在噴金料中加入了0.001%-0.P/。的元素P。由于噴金料中的Zn易在合金冶煉和噴涂過程中被空氣中的氧氣氧化，導致噴金料的潤濕性變差，易形成焊渣。本發明在噴金料中添加0.001%-0.1%的元素P可以有效地阻止噴金料合金的氧化。這是因為元素P的集膚效應，在噴金料鍋內熔融焊料合金的上表面形成一層連續的集化膜保護層，另一方面，噴金料中元素Cu的存在也促進了P的集膚效應，可以阻礙焊料合金繼續直接與周圍的空氣相互接觸，保護焊料合金不被繼續氧化，改進其潤濕性。P在焊料表面發生的氧化反應為4尸+502—2尸205，5"<9+尸205—5"0*尸2<95。但P的含量必須適量，當微量元素P添加量過少時，其含量不足以在液面形成連續的表面保護層，故合金的抗氧化性不足，反之，當微量元素添加太多時，由于其本身溶解度較小，易于形成高熔點的第二相或夾雜物，從而影響噴金料的一些基本物理性能，如粘度、流動性等液態物理性能，以及凝固后的顯微組織及力學性能等。合適的添加量應保持在這兩者之間，既添加含量足以在表面形成一層連續而致密的表面保護膜，同時又不在體相內產生不希望的高熔點第二相或其他夾雜物。2、本發明在噴金料合金中添加0.01%0.5%的銅后，可以在引線軟釬焊操作過程中抑制母材銅導線向噴金料的滲透，減小存在于釬焊區域內的銅濃度差，從而使脆性化合物層減緩生i。同時，Cu的添加能增加噴金料的機械強度。如果Cu的含量少于0.01%，在機械強度方面Cu不具有大的作用。但如果Cu的含量大于0.5%，Cu會顯著增加噴金料的熔化溫度，同時噴金料的潤濕性會變差。3、本發明在噴金料中加入了0.001%0.5%的鎳。因為銅與錫反應而形成金屬間化合物如Cu6Sn5禾QCu3Sn，具有高的熔點，妨礙噴金料的流動性，噴涂后從熔融噴金料中脫離出來會流下針狀的突出物，形成涂層缺陷。鎳能與銅無限互溶，因此加入鎳，抑制銅向噴金焊料中的溶解，降低銅向噴金料中的溶解速度溶解金屬間化合物，抑制銅與錫的反應。同時，元素Ni能和Sn形成金屬間化合物，改進噴金料的機械強度。但是Ni含量過大，會提高噴金料的液相線溫度。結果，在給定的工藝溫度下，噴金料的流動性會變小。因此，Ni建議含量為0.001%-0.50/0，優選0.001%0.01%。4、本發明在無鉛噴金料中加入了0.001%0.5%的In。由于鉛基噴金料的固相線是166。C左右，而無鉛噴金料的固相線比鉛基噴金料的固相線高，為使無鉛噴金料的熔點與傳統的鉛基噴金料更接近，因此有必要再降低無鉛噴金料合金的熔點。In的作用是降低焊料合金的熔點，減緩Zn的氧化、抗蝕以及廢渣的形成。但焊料中添加了In后，在微觀結構中形成了不規則的針狀枝晶，從而降低了機械強度，結果減弱了焊點最終的結合強度，因此本發明中還加入了一定量的微量元素Bi。5、本發明在無鉛噴金料中加入了0.1%5%的Bi。加入微量元素Bi，可抑制針狀枝晶的形成從而具有不同的微觀結構，使得無鉛噴金料具有適當的融化溫度和凝固溫度范圍以及改進的機械強度。但是如果Bi的添加量太大，則融化溫度大大降低，使得熔化溫度范圍變得太寬。因此，Bi的含量最好控制在0.1%-1.5%。由于大比例的Bi的存在，使噴金料具有不好的延展性，易脆并且機械強度差。因此本發明還向錫中添加了0.1%5%的銻(Sb)，以防止錫熔融時產生3-a變態，改善無鉛噴金料的脆性。6、本發明在無鉛噴金料中加入了0.001%0.5%的稀土Er。稀土Er的作用是，稀土元素Er可以促進無鉛噴金料在凝固過程中的形核，使無鉛噴金料凝固組織中的粗大富Sn相得到抑制，對無鉛噴金料的組織起著變質均勻化的作用，細化晶粒，從而提高無鉛噴金料合金的力學性能及抗蠕變疲勞特性，便于無鉛噴金絲的拉絲加工。本發明無鉛噴金料具有以下優點1、本發明是針對上述因無鉛化的趨勢而帶來的噴金涂層高溫氧化嚴重的問題、與傳統噴金機裝置難相匹配的問題，以及傳統鉛基、噴金料造成的嚴重污染的問題，提供了一種新型的無鉛噴金料。具有抗氧化性能好，潤濕性好，機械強度高，抗蠕變性能好，熔點與鉛基噴金料熔點相當，不銅析。2、本發明無鉛含噴金焊料，與現有的鉛基噴金料相比，無論在噴金料的凝固組織、力學性能、抗蠕變疲勞特性、導電性能以及與聚酯薄膜的潤濕性方面都顯示了優越的特性。它解決了已有的無鉛噴金料存在的潤濕性差和抗氧化能力低的問題。完全能適應當今金屬化聚酯薄膜電容器端面無鉛化噴涂的需求及擠壓拉絲工藝。具體實施例方式實施例1無鉛噴金焊料原料(kg):Cu0.01、Ni0.01、P0.001、Er0.003、In0.005、Bi0.1、Sb0.05、Sn60、Zn39.821。制備方法按重量比將氯化鉀氯化鋰以1.6:1.2的混合鹽在50(TC下熔化后，適量澆在稱好的錫上；將溫度升至70(TC，待錫熔化后，將稱量好的銅、鎳、銦、鉍、銻加入到熔融的錫液當中，攪拌,形成合金；待其熔化均勻后，用壁上帶孔的不銹鋼鐘罩將市售P元素和稀土Er迅速壓入上述熔融的合金中，轉動鐘罩；待P元素和稀土Er完全熔化后，再將稱量好的Zn加入到熔融的合金中，攪拌。待Zn完全熔化后，保溫1.5小時，攪拌，使合金均勻化，靜置出爐，凝固后去除表面的混合鹽。實施例2無鉛噴金焊料原料(kg):Cu0.05、Ni0.5、P0.003、Er0.001、In0.001、Bi0.15、Sb1.1、Sn49、Zn49.195。制備方法按重量比將氯化鉀氯化鋰以l:1.2比例混合鹽在45(TC下熔化后，適量澆在稱好的錫上；將溫度升至60(TC，待錫熔化后，將稱量好的銅、鎳、銦、鉍、銻加入到熔融的錫液當中，攪拌，形成合金；待其熔化均勻后，用壁上帶孔的不銹鋼鐘罩將市售P元素和稀土Er迅速壓入上述熔融的合金中，轉動鐘罩；待P元素和稀土Er完全熔化后，再將稱量好的Zn加入到熔融的合金中，攪拌。待Zn完全熔化后，保溫1小時，攪拌，使合金均勻化，靜置出爐，凝固后去除表面的混合鹽。實施例3無鉛噴金焊料原料(kg):CuO.5、NiO.5、PO.1、ErO.5、In0.005、Bi2、Sb2、Sn71、Zn23.395。制備方法按重量比將氯化鉀氯化鋰以1.6:0.8的混合鹽在55(TC下熔化后，適量澆在稱好的錫上；將溫度升至80(TC，待錫熔化后，將稱量好的銅、鎳、銦、鉍、銻加入到熔融的錫液當中，攪拌，形成合金；待其熔化均勻后，用壁上帶孔的不銹鋼鐘罩將市售P元素和稀土Er迅速壓入上述熔融的合金中，轉動鐘罩；待P元素和稀土Er完全熔化后，再將稱量好的Zn加入到熔融的合金中，攪拌。待Zn完全熔化后，保溫2小時，攪拌，使合金均勻化，靜置出爐，凝固后去除表面的混合鹽。實施例4無鉛噴金焊料原料(kg):CuO.1、MO.1、P0.005、Er0.005、In0.5、Bi5、Sb2.5、Sn63、Zn28.79。制備方法同實施例l，不同在于按重量比將氯化鉀氯化鋰以1:0.8比例混合。實施例5無鉛噴金焊料原料(kg):CuO.03、Ni0.004、P0.001、Er0.001、In0.1、Bi0.075、SbO.01、Sn69、Zn30.779。制備方法同實施例l。實施例6無鉛噴金焊料原料(kg):Cu0.01、Ni0.001、P0.1、Er0.2、In0.001、Bil.5、Sb2.5、Sn56、Zn39.688。制備方法同實施例l。實施例7無鉛噴金焊料原料(kg):微量Cu，Ni，P，Er，In，Bi，Sb適量比例即可，40的Sn，20的Zn。制備方法同實施例l。實施例8無鉛噴金焊料原料(kg):微量Cu，Ni，P，Er，In,Bi，Sb適量比例即可，80的Sn，50的Zn。制備方法同實施例2，也可制得符合要求的無鉛噴金焊料。實施例9無鉛噴金焊料原料(kg):CuO.1;NiO.l;P0.005;Er0.005;In0.005;Bi2;Sb2.5;Sn60;余量為Zn至100。制備方法同實施例3。實施例10:配制試驗用對比含鉛焊料原料(kg):Sn38、Sbl、Zn2、BiO.4、Pb58.6。制備方法按重量比將氯化鉀氯化鋰=(11.6):(0.81.2)的混合鹽在45(TC55(TC下熔化后澆在稱好的錫上；將溫度升至60(TC800t:，待錫熔化后，將稱量好的鉛(Pb)加入到熔融的錫液當中，攪拌，形成合金；待鉛(Pb)完全熔化后，再將稱好的Sb、Zn、Bi加入到熔融的錫鉛合金液當中，攪拌形成最終合金。保溫12小時，攪拌，使合金均勻化，靜置出爐，凝固后去除表面的混合鹽。實施例11無鉛噴金料為某種使用較多的國產無鉛噴金料，經檢驗合金成分為Sn47.60%，Sbl.20%，CuO.25%，Zn50.91%，其余為雜質占O.04%。為證明和評估本發明無鉛噴金料的上述性能，用實施例1實施例5和實施例10、實施例11配制對比試驗用含鉛焊料及實施例11現用無鉛噴金料進行了評估評估結果見表l。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表1中的測試數據可以看出，無鉛噴金料的固相線溫度和液相線溫度均比鉛基噴金料要高，但無鉛噴金料的機械、電氣性能都有很大程度的提高，剪切強度和延伸率的改善，給擠壓拉絲加工工藝帶來了方便，由于稀土元素的加入使噴金后的產品更加均勻，細膩穩定。較低的電阻率使導電性能更好，出渣率較低，噴涂后的電容器損耗較小，經有關部門測試在100KHz條件下，介質損耗率均低于2%，能確保電容器的產品質量，可以滿足電容器無鉛噴涂工藝的要求。由于與鋁焊接后抗蝕性大大提高，從而保證了產品的高可靠性。實施例12本發明還提供了實施例卜9之一的無鉛噴金焊料在電器分立器件中金屬化聚脂薄膜電容器端面噴涂方面的應用。結果顯示本發明噴金焊料具有抗氧化性能好，潤濕性好，機械強度高，抗蠕變性能和電氣性能優于鉛基五元噴金焊料和同類產品。權利要求1、一種無鉛噴金焊料，為含以下重量份組分的合金微量Cu，Ni，P，Er，In，Bi，Sb，40-80的Sn，20-50的Zn。2、根據權利要求1的無鉛噴金焊料，所述組分為以下重量份組分:Cu0.010.5;Ni0.0Q10.5;P0.0010.1;Er0.0010.5;In0.0010.5;Bi0.0755;Sb0.015;Sn49-71;余量為Zn至100份。3、根據權利要求1或2的無鉛噴金焊料，所述組分為以下重量份組分Cu0.1;Ni0.1;P0.005;Er0.005;In0.005;Bi2;Sb2.5;Sn60;余量為Zn至IOO份。4、權利要求1-2之一的無鉛噴金焊料的制備方法，包括以下步驟(1)按重量比將氯化鉀氯化鋰為(11.6):(0.81.2)的混合鹽在450"C55(TC下熔化后澆在稱好的Sn錫上；(2)將溫度升至60(TC80(rC，待錫熔化后，將稱量好的Cu銅、Ni鎳、In銦、Bi鉍、Sb銻加入到熔融的Sn錫液當中，攪拌，形成合金；(3)待其熔化均勻后，用壁上帶孔的不銹鋼鐘罩將市售P元素和稀土Er迅速壓入上述熔融的合金中，轉動鐘罩；待P元素和稀土Er完全熔化后，再將Zn加入到熔融的合金當中，攪拌；待Zn完全熔化后，保溫12小時，攪拌，使合金均勻化，靜置出爐，凝固后去除表面的混合鹽，即得所述焊料。5、權利要求1-3之一的無鉛噴金焊料在電器分立器件中金屬化聚脂薄膜電容器端面噴涂方面的應用。全文摘要本發明公開了一種無鉛噴金焊料及其制備方法和應用，該噴金焊料各組分的組成按重量份為Cu0.01-0.5，Ni0.001-0.5，P0.001-0.1，Er0.001-0.5，In0.001-0.5，Bi0.075-5，Sb0.01-2.5，Sn49-71，余量為加Zn至100份。本發明噴金焊料具有抗氧化性能好，潤濕性好，機械強度高，抗蠕變性能和電氣性能優于鉛基五元噴金焊料和同類產品。文檔編號B23K35/28GK101104228SQ20071014627公開日2008年1月16日申請日期2007年8月31日優先權日2007年8月31日發明者飛丁,丁繼義,仵桂德,敏馮,劉力萍,孟廣壽,張建民,張樹謙,云李,峰李,楊筆毫,王致嶺,葛立良,陳國民,焱黃,黃云海申請人:北京市航天焊接材料廠