一種制備Sn-Bi合金絲的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備Sn-Bi合金絲的方法及裝置，屬于無鉛焊料的制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]焊料從發(fā)明到使用已有幾千年歷史，含鉛電子產(chǎn)品存在污染環(huán)境的問題，各個(gè)國家已積極通過立法來減少和禁止鉛等有害元素的使用以及進(jìn)行無鉛焊料的開發(fā)研宄活動(dòng)。目前，錫銀、錫銅、錫鋅、錫鉍合金是常用的無鉛焊料，當(dāng)前公認(rèn)的無鉛釬料設(shè)計(jì)要求包括以下幾點(diǎn):(I)熔點(diǎn)應(yīng)低于或相當(dāng)于Sn-Pb共晶合金的熔點(diǎn)(183°C);(2)無毒無污染；(3)成本不太高；(4)具有與Sn-Pb相當(dāng)或更好的性能。Sn-Bi合金系則被認(rèn)為是唯一滿足前三項(xiàng)要求、已應(yīng)用于生產(chǎn)的無鉛焊料。Sn-58Bi共晶釬料熔點(diǎn)低，具有良好的流動(dòng)性和熱疲勞性能，是一種很有潛力的無鉛焊料。
[0003]此外Sn-Bi系焊料含有較低的Sn含量，從而降低了高錫風(fēng)險(xiǎn)(如錫須)。但鉍也帶來其他的問題，包括其成分對(duì)合金機(jī)械特性的影響變化較大，容易產(chǎn)生低熔點(diǎn)問題(偏錫后會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶)，界面層不穩(wěn)定導(dǎo)致可靠性較差，特別是Sn-Bi焊料在偏離共晶成分時(shí)由于熔程較大，在凝固過程中易出現(xiàn)枝晶偏析和組織粗大化，加之應(yīng)力不平衡導(dǎo)致易剝離危害，以及自然供應(yīng)不多、儲(chǔ)量有限等，這使得Sn-Bi系焊料的研宄和使用一直低靡。
[0004]目前無鉛低熔點(diǎn)溫度保險(xiǎn)絲合金中都含有大量的鉍，由于鉍的脆性及在合金凝固過程中易出現(xiàn)偏析，使合金對(duì)應(yīng)變速率非常敏感。因此小線徑含鉍無鉛合金絲很難用傳統(tǒng)的鑄造-擠壓工藝進(jìn)行制備。
[0005]由于Sn-58Bi共晶合金線材成型困難，有關(guān)Sn_58Bi共晶合金絲的研宄報(bào)道也很少。多倫多大學(xué)Divya Bhardwaj等米用OCC (Ohno Continuous Casting)連鑄工藝成功制備出了直徑2mm的高鉍含量(含鉍量44%-77%)的合金絲。但這種連鑄工藝使得錫鉍合金中脆性相Bi的分散不均勻，在工藝流程過程中工藝很容易中斷，錫鉍合金絲沒有很好的塑性，產(chǎn)品缺陷多，易脆斷。操作復(fù)雜、參數(shù)控制不穩(wěn)定，生產(chǎn)成本高。(據(jù)檢索發(fā)現(xiàn)如下與本申請(qǐng)相關(guān)的專利文獻(xiàn)，在專利文獻(xiàn)CN103639620中公開了一種Sn-Bi脆性合金預(yù)成型焊片的制備方法，包括配料、熔鑄、熱軋、沖裁等步驟。包括:(1)配料，將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Sn42%和Bi58 %原料配好。(2 )熔鑄，將上述步驟(I)所得原料放入保護(hù)預(yù)合金化體系的坩禍內(nèi)，在N2保護(hù)氣氛下加熱到180°C?200°C熔化成均勻的液態(tài)Sn-Bi合金，并澆鑄到錠模內(nèi)形成棒型Sn-Bi合金鑄錠；(3)熱軋，將上述步驟(2)中制得的棒型Sn-Bi合金鑄錠采用熱軋機(jī)壓延為帶材；(4)沖裁，將上述步驟(3)中熱軋所得的帶材通過模具沖裁得到預(yù)成型焊片。其中CN102296208A公開了一種用于制作溫度保險(xiǎn)絲的熔斷芯的無鉛低溫合金，原料構(gòu)成及其百分比范圍分別為:Bi:34% -36% ；Zn:3.5% ~4.5% ；Sn:余量；其制備方法的步驟如下:將金屬錫放入不銹鋼坩禍中，在電爐上加熱，待錫熔化后，在250°C ~280°C下，加入金屬鋅，待熔清后，再加入金屬鉍，熔清后進(jìn)行常規(guī)的加入脫氣劑脫氣，除渣，澆鑄成所需尺寸的低溫合金棒。此專利的制備方法為熔煉再鑄造。在熔煉的過程中，由于Bi的密度大，合金凝固后偏析非常嚴(yán)重，而且存在粗大的Bi相，使得合金脆性大，塑性極低，基本不能制得錫鉍微細(xì)合金絲。(專利文獻(xiàn)CN102912204A公開一種無鉛低溫合金及其制備方法和應(yīng)用，該低溫合金由錫鉍銦三種金屬組成，各組成重量百分比如下:錫:15% -17% ;鉍:32%-34% ;余量為銦，其制備方法步驟為:(1)熔錫(2)熔鉍(3)熔銦(4)脫氣(5)澆鑄。專利文獻(xiàn)CN103146955A公開了一種198°C保險(xiǎn)絲熔斷芯的無鉛低溫合金及其制備方法。其原料構(gòu)成及其重量百分比范圍分別為:Cu:0.4% -0.6%, Ag:1.8% -2.2%，In:7.5% -8.5%,B1:0.8% -1.2%，Sn余量。其制備方法步驟如下:(1)熔錫:按重量配比將金屬放入不銹鋼坩禍內(nèi)，在電爐上加熱至錫熔化；(2)澆鑄:在280°C~320°C下，加入金屬銅，待熔清后，加入金屬銀，熔清后再加入鉍，熔清后加入脫氣劑脫氣除渣澆鑄成直徑25mm的低溫合金棒；(3)擠壓成型:用100噸的立式擠壓機(jī)擠壓，擠壓溫度為80°C，模具直徑為25mm的五孔擠壓，擠壓出直徑1.0mm的低溫合金絲作為溫度保險(xiǎn)絲的熔斷芯來使用。專利文獻(xiàn)CN103146955A中運(yùn)用了熔煉-澆鑄-擠壓的方法，經(jīng)過擠壓晶粒得到了細(xì)化，但仍然存在脆性相Bi的偏析嚴(yán)重的問題，在制備過程中，制品塑性差，不能連續(xù)生產(chǎn)。
[0006]Sn-58Bi合金焊料用于電子封裝已有20年的歷史。近年來隨著LED顯示技術(shù)的發(fā)展及LED顯示器的市場不斷擴(kuò)大，對(duì)溫度較敏感的LED器件的焊接需要使用Sn-58Bi共晶合金絲，其市場需求量將越來越大。因此如何高效率成型Sn-58Bi共晶絲材，成為研宄者的研宄熱點(diǎn)之一。Sn-58Bi錫鉍合金是一種高Bi含量的合金，本專利運(yùn)用噴射沉積連續(xù)擠壓方法制備出的錫鉍共晶合金絲，脆性相Bi受到了極大的破碎作用，晶粒更加細(xì)小，在隊(duì)的作用下彌散分布更均勻，解決了嚴(yán)重的偏析問題。噴射沉寂連續(xù)擠壓工藝簡單，易操作，設(shè)備占地面積小，可高效率成型錫鉍合金絲材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種錫鉍合金絲噴射沉積連續(xù)擠壓的制備方法，該方法能夠有效使Bi硬脆相更加細(xì)小、彌散分布更均勻，提高其合金絲的斷裂延伸率，能夠達(dá)到高效率成型Sn-58Bi共晶絲材，具體包括以下步驟:
(1)將原料Sn、Bi加熱熔化成均勻的液態(tài)Sn-Bi合金，通入霧化氣體，把熔液霧化；
(2)通過噴射沉積連續(xù)擠壓成型技術(shù)制備Sn-Bi合金絲:在流型控制器的作用下將霧化后的Sn-Bi合金熔液噴射沉積到擠壓輪的輪槽里，在軋擠力的作用下通過預(yù)熱后的模具續(xù)擠壓擠出Sn-Bi合金絲。
[0008]本發(fā)明所述液態(tài)Sn-Bi合金的溫度為220 V -300 °C，模具預(yù)熱溫度為70 0C ?100 °C ο
[0009]本發(fā)明所述霧化氣體的壓力為0.3MPa~0.5MPa，流型控制器中電機(jī)的轉(zhuǎn)速為800r.min_1~1000r.mirf1;擠壓輪的轉(zhuǎn)速控制在 2r.min _1~5r.mirT1 之間。
[0010]本發(fā)明所述的制備Sn-Bi合金絲的方法所用裝置，包括金屬熔煉裝置1、霧化裝置
2、流行控制器3、支架4、擠壓輪5、堵頭6、擠壓機(jī)腔體7，金屬熔煉裝置I固定于支架4上，霧化裝置2位于熔煉裝置的下面且固定于支架4上，霧化裝置2的下面設(shè)有流行控制器3，流行控制器3固定于擠壓機(jī)腔體7上；擠壓機(jī)腔體7位于擠壓輪5的外面，擠壓輪5的表面設(shè)有擠壓輪槽9 ;擠壓機(jī)腔體7上設(shè)有堵頭6，堵頭6的一端堵住擠壓輪槽9，堵頭6的內(nèi)部設(shè)有模具8。
[0011]所述流行控制器3包括兩個(gè)銅盤10和兩個(gè)電機(jī)11，銅盤10和電機(jī)11連接，兩個(gè)銅盤10之間呈30° ~45°夾角。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
(I)本發(fā)明低溫合金為含Sn、Bi的無鉛低溫合金，可以用于制作溫度保險(xiǎn)絲的熔斷芯；該種低溫合金為共晶合金，具有成分均勻、晶粒細(xì)小、延伸率高、適用范圍廣的特點(diǎn)。
[0013](2)本發(fā)明的低溫合金為無鉛環(huán)保材料以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錫鉛合金，且具有很好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。
[0014](3)本發(fā)明無鉛低溫Sn-Bi合金的制備方法簡單，易于操作，省去了鑄、乳、拉、拔等制造工序，生產(chǎn)成本更加合理，生產(chǎn)效率更高。提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為無鉛焊絲的生產(chǎn)帶來了廣泛的理論基礎(chǔ)，不僅如此，用噴射沉積連續(xù)擠壓機(jī)還可以根據(jù)不同的需要生產(chǎn)出不同微細(xì)尺寸的Sn-Bi合金絲。
【附圖說明】
[0015]圖1為Sn-Bi合金絲制備流程圖；
圖2為噴射沉積連續(xù)擠壓原理圖；
圖3為流行控制器原理圖；
圖4為實(shí)施例1中Sn