本发明属于钎料制备技术领域，尤其涉及一种向sn基钎料中添加易氧化元素的方法。
背景技术
合金化一直都是提高合金性能的有效方法之一，被广泛用于各种合金的制备。添加微量元素是改善sn基钎料性能的重要方法之一。在sn基钎料合金中，一些合金元素或微量元素是通过直接添加或先制备中间合金之后二通过次添加实现的。然而不论是直接添加还是制备中间合金，对于易氧化的添加物而言，都很难直接将易氧化元素直接添加到熔融金属中，其原因在于易氧化元素在室温下或接触熔融金属的瞬间即发生氧化甚至燃烧。其次，添加物表面的氧化物则会阻止添加物溶解或与熔融金属反应。因此很多易氧化的元素都是通过真空熔炼来制备的，这将大幅度增加企业的成本。
对于易氧化、易燃的微量元素而言(如p、ce、al等)，都是在惰性气体保护的条件下直接进行添加，因此合金制备的成本大幅度上升。实际生产中，很多钎料生产企业在大气环境下向熔融的sn基金属中直接添加微量元素，因此不可避免的发生了微量元素大幅度损耗、产生有毒气体等弊端。以微量元素p为例，p被普遍用作sn基钎料的抗氧化微量元素。在生产过程中，如果直接向熔融sn基合金中添加白磷，需要sn基合金温度在600℃左右，而白磷的着火点为40℃，因此在直接添加的过程中不可避免的发生氧化、燃烧，同时产生有毒的五氧化二磷。如果在惰性气氛中添加，则会大幅度提高企业的制造成本。
技术实现要素：
针对以上技术问题，本发明公开了一种向sn基钎料中添加易氧化元素的方法，制备过程中始终不与氧气接触，实现了大气环境下直接添加易氧化元素的目的，且具有更好的元素添加效果。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种向sn基钎料中添加易氧化元素的方法，其包括以下步骤：
步骤s1，将母体sn基钎料制成片层结构，得到片层金属；
步骤s2，将片层金属对折后，将两侧进行冷压焊合，制备成一端开口的口袋式结构；
步骤s3，在惰性气体保护下，将易氧化元素的添加物由口袋式结构的开口处放入到金属夹层中间；
步骤s4，在惰性气体保护下，将口袋式结构的开口处冷压焊合，制成母材金属包覆添加物的包覆结构；
步骤s5，将母材金属包覆添加物浸入到熔融的母体金属中，包覆层外部金属溶解，内部添加物与熔融金属接触并溶解或反应；其中，熔融的母体金属的温度不低于所述添加物的熔融温度。进一步的，步骤s5在大气环境下进行。
采用此技术方案，在惰性气体的保护下，利用冷压焊的原理将易氧化元素添加物包覆在母体金属中；随后可以不需要在惰性气体环境系，可以在大气环境下使用机械臂将包覆结构浸入到熔融的母体金属中，包覆结构外部合金溶解，内部添加物与熔融金属接触并溶解。由于浸入到母体金属中的包覆结构外层为母体金属，内只含有惰性气体与易氧化元素添加物，外部金属熔化、以及易氧化元素溶解过程中均无氧气，所以易氧化元素不会发生氧化。
进一步的，步骤s5之后，可以将步骤s5得到的添加了添加物的母体金属再按照比例配置钎料合金。
作为本发明的进一步改进，所述片层金属的厚度d为500μm～10mm。片层面以可以完全包覆添加物并且留有5-10mm周边余量为宜。所述片层金属的厚度d小于500μm，片层金属会容易破损，太厚会造成浪费。进一步优选的，所述片层金属的厚度d为500μm～8mm。
作为本发明的进一步改进，步骤s2中，将片层金属对折后将两侧送入辊压机进行冷压焊合；辊压机两个挤压混的间距dg与片层金属的厚度d的关系为：d×2％≤dg≤2d×20％。如果辊压机两个挤压混的间距dg大于2d×20％，两层金属不能完整的焊合，达不到封口的效果；进一步的，2d×5％≤dg≤2d×20％。
作为本发明的进一步改进，步骤s4中，使用间距为dg的辊压机将开口处冷压焊合，辊压机两个挤压混的间距dg与片层金属的厚度d的关系为：d×5％≤dg≤2d×20％。
作为本发明的进一步改进，步骤s2和步骤s4中，焊合宽度为2～10mm。
作为本发明的进一步改进，步骤s5中，使用机械臂将母材金属包覆添加物浸入到熔融的母体金属中。
作为本发明的进一步改进，步骤s5中所述熔融的母体金属的温度与常规制备该添加物的sn基钎料的温度一致。
作为本发明的进一步改进，所述sn基钎料为sn-ag-cu、sn-ag、sn-cu、sn-bi或sn-zn用于电子封装领域的钎料合金。
作为本发明的进一步改进，所述易氧化元素的添加物为p、ce或al。进一步的，所述添加物占母体金属的质量百分比为0.05～3％。
上述方法可用于添加微量元素，或制备中间合金。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，利用冷压焊的原理提出一种新的易氧化元素的添加方法，大大提高了添加物的利用率，使添加物中更多的元素能与母体金属反应，融入到母体金属中，具有更好的元素添加效果；而且该方法制备工艺简单、成本低廉，可用于易氧化、易燃的易氧化元素的添加。在制备过程中始终不与氧气接触，最后大气环境下将母材金属包覆添加物浸入到熔融的母体金属中，实现了大气环境下直接添加易氧化元素的目的，可以大幅度降低钎料生产企业的成本。
附图说明
图1是本发明的冷压焊封口示意图。
图2是本发明的合金包覆过程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1
p为常用的抗氧化元素，通常在钎料中添加sn-p中间合金以实现向钎料中添加p元素的目的。本实施例在纯sn中添加2％的白磷，制备sn-p中间合金。选取纯sn：10kg作为母体合金，p：200g。取一部分纯sn，通过冷压变形制备成200×300×4mm的片层结构。如图1和图2所示，将片层纯sn以长边对折后使用辊压机将两侧边进行冷压焊合制成口袋式结构，挤压辊间距为1.2mm，焊合宽度为5mm。
如图2所示，将两侧边焊合的sn合金放入到ar气氛的手套箱中，并将200g的p从开口中装入。使用手动辊压机将开口处冷压焊合，制成sn包覆p的块体结构。挤压辊间距为1.2mm，焊合宽度为5mm。
大气环境中，将纯sn在石墨坩埚中加热至580
实施例2
本实施例在sn-3ag-0.5cu中添加0.1％的ce。选取纯sn：965g作为母体合金，ag：30g，cu：5g，ce：1g。取一部分纯sn，通过冷压变形制备成100×100×2mm的片层结构。将片层sn对折后使用辊压机将侧边进行冷压焊合，挤压辊间距为0.6mm。焊合宽度为5mm。
将侧边焊合的sn合金放入到ar气氛的手套箱中，并将10gce粒从开口装入。使用手动辊压机将开口处冷压焊合，制成sn包覆ce的块体结构。挤压辊间距为0.6mm。焊合宽度为5mm。
sn在石墨坩埚中加热至1000
对比例1
本对比例与实施例1进行对比。其制备过程如下：本对比例在纯sn中添加2％的白磷，制备sn-p中间合金。选取纯锡10kg作为母体合金，白磷200g。大气环境中，将纯sn在石墨坩埚中加热至580
对比例2
本对比例与具体实施例二进行对比。其制备过程如下：本实施例在sn-3ag-0.5cu中添加0.1％的ce。选取纯sn：965g作为母体合金，ag：30g，cu：5g，ce：1g。将纯sn在石墨坩埚中加热至1000
将上述各实施例和对比例制备的合金进行元素分析(化学分析法)，分析所添加的元素在最终合金中的成分比例，分析结果见表1所示。由表可知，相比于直接向熔融金属中添加易氧化的物质，使用本发明的方法制备的合金，元素添加效果良好。
表1各实施例和对比例的添加物成分检测结果
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。