低银亚共晶无铅焊料的熔铸设备及利用其制造焊料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及锡基合金烙炼吸铸技术领域，尤其设及到低银亚共晶无铅焊料半固态 合金烙铸生产设备及利用该设备制造焊料的方法。
【背景技术】
[0002] 从降低烙点角度来考虑，Sn-Ag-化系合金中的Ag质量含量一般在3. 5%左右为宜， 在平衡凝固条件下，在221°C发生共晶反应，其凝固过程为：L一Ag3Sn+eSn，在室溫条件 下从Sn-3. 5Ag合金的组织由0Sn、0Sn和Ag3Sn形成的共晶体组成。但由于白银在地球 含量少，属稀缺金属，而且焊料合金的制造和对焊料进行焊接时不可避免部分焊料中的银 元素被氧化烧损，Sn-Ag-Cu系焊料中的耗银量超过其牌号中标注的含银量，焊料成本价格 高是制约其全面推广的障碍。
[0003] 当Ag的含量小于3. 5wt. %时，亚共晶Sn-Ag-化焊料虽然价格成本低，在常规铸造 工艺条件下发生亚共晶反应，形成亚稳态的粗大晶粒组织，导致焊料塑性和抗拉强度较低， 且烙点偏高。通常期望焊料合金析出微细A的Sn金属化合物和细化晶粒来改善其性能，如 采用大的冷却速率或通过加入合金元素来改善低银亚共晶无铅焊料的性能，添加Bi可W 降低烙点和改善润湿性，但Bi元素超过质量百分比为7%的Bi使合金本身的塑性下降，使 合金脆化，使焊料不能加工成线材使用，而且还能促进A的Sn粗化。
[0004] 现有技术中，AIM的US6525577专利和US6352407专利，公开了Sn-Ag-Cu-訊系无 铅焊料，在Sn-Ag合金中加入訊，合金组织多了Ag3 (Sb，Sn)，运种Ag3 (訊，Sn)金属化合物 对Sn-Ag合金基体起到弥散强化作用，从而提高焊料的抗蠕变性，还可抑制粗大A的Sn的生 长，但Sb使合金烙点增加。专利CN102029479A公开了一种低银无铅焊料合金及其制造方 法和装置，采用快速冷却和振动相结合的制造方法，有效地减少了烙程而使合金迅速凝固 的方法，但运种单一机械振动模式难W破碎半固态合金的粗大树枝组织，运对锡基焊料合 金的机械性能的提高受到了限度。专利CN103447506A公开了一种低烙点合金超声和机 械揽拌复合烙炼设备，超声波工作头从侧面导入至金属烙体的方式会导致金属烙池溫度分 布不均；工作头与相蜗有间隙，间隙需通过耐热氣橡胶密封，人工固化密封过程至少需要8 小时W上，且缺乏铸造成形装置，制造和生产效率较低；采用的机械揽拌法的生产效率低、 易卷入气体、揽拌棒的寿命短及揽拌棒腐蚀易污染半固态金属浆料。
【发明内容】
阳0化]本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种生产效率高的低银亚共晶 无铅焊料的烙铸设备，利用该烙铸设备制造的焊料铸件合金塑性好，烙点低。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低银亚共晶无铅焊料的烙铸 设备，其特征在于：包括保溫加热烙炼装置、超声波揽拌系统、电磁波振荡系统、诱注系统、 吸铸冷却系统和抽真空系统；保溫加热烙炼装置包括相蜗、与相蜗配合的相蜗上盖、控溫装 置、测溫探头和相蜗保溫加热装置，测溫探头和相蜗保溫加热装置分别与控溫装置电连接； 吸铸冷却系统包括密封装置、真空吸铸室、设置在真空吸铸室内的成型模具和设置在成型 模具上的循环冷却液管，成型模具的上端通过通气孔与真空吸铸室相连通，抽真空系统与 真空吸铸室相连通；诱注系统包括诱口套、锥形阀杆和能驱动锥形阀杆上下移动液压驱动 系统，液压驱动系统通过控制锥形阀杆的移动打开/关闭诱口；保溫加热烙炼装置设置在 吸铸冷却系统上方，诱口套安装在相蜗底面上且使相蜗与成型模具型腔相连通，液压驱动 系统和超声波揽拌系统安装在相蜗上盖上，电磁波振荡系统设置在相蜗保溫加热装置内。
[0007] 进一步地，所述超声波揽拌系统包括调频超声波发生器、超声波换能器、变幅杆和 工作头，超声波换能器和变幅杆安装在所述相蜗上盖上，工作头置于所述相蜗内。所述调频 超声波发生器的超声波可调频率为15-25KHZ。
[0008] 进一步地，所述相蜗保溫加热装置包括保溫座体和设置保溫座体上的感应加热 丝，所述电磁波振荡系统包括安装在保溫座体内的变频电源和电磁感应器，电磁感应器与 超声波工作头方向相互垂直，电磁波振荡系统的磁场强度为0.1-1.0特斯拉。
[0009] 进一步地，所述抽真空系统包括依次通过管道相连的真空表、真空调节器、真空 罐、真空累和机械累，真空度可调范围为0. 2X10 2Pa-50KPa。
[0010] 进一步地，所述的诱口套4-3材料为304不诱钢或石墨，诱口比相蜗底部略高约 l-2mm，所述锥形阀杆采用热模具钢锻铁材料；所述相蜗、成型模具均由奥氏体304不诱钢 材料制成。
[0011] 本发明还公开一种利用上述低银亚共晶无铅焊料的烙铸设备制造焊料的方法，其 特征在于：包括如下步骤：1)利用常规烙铸工艺制备中间合金；2)开启抽真空系统，对真空 吸铸室进行抽真空处理；3 )将合金原材料放入烙炼相蜗内，合上上盖进行加热烙炼，合金烙 融至液态后，冷却呈半固态，保溫一定时间，在合金液态到半固态的过程中不间断施加超声 波和电磁波振荡；4)开启冷却系统，开启诱口套，半固态合金在真空压力差和自身重力的综 合作用下，迅速充满型腔，直至金属烙体完全凝固，得到铸件。 阳012] 进一步地，当所述焊料为SnAg。.3化。.7焊料时，所述制造焊料的方法包括如下步骤： 1)利用常规烙铸工艺，550 °C制造含20%化的Sn-化中间合金；2)开启真空吸铸室的真 空系统，将真空室抽真空至0. 6X10 2Pa;3)将Sn、Ag和Sn-化中间合金3种材料按质量 百分比：Ag为0. 3%，化为0. 7%，Sn为余量进行计算称量，混合放入不诱钢相蜗，合上上盖后 加热到500°C至烙融状态，并在表面覆盖一层烙盐KCl:LiCl=l. 3:1保护；待金属烙体的溫 度降低到235-225Γ，进行保溫5-10分钟，并不间断施加超声波和电磁波振荡揽拌；4)开启 冷却系统，开启诱口，半固态合金在真空压力差和自身重力的综合作用下，迅速充满型腔， 直至金属烙体完全凝固，得到铸件。 阳01引进一步地，当所述焊料为SnAg。.3化。jBiiz焊料，所述制造焊料的方法包括如下步 骤：1)利用常规烙铸工艺，550 °C制造含20%化的Sn-化中间合金；2)开启真空吸铸室的 真空系统，将真空室抽真空至0. 6X10 2Pa;3)将Sn、Ag、Bi和Sn-化中间合金3种材料按 质量百分比Ag为0. 3%，化为0. 7%，Bi为12%，Sn为余量进行计算称量，混合放入不诱钢相 蜗，合上上盖后加热到500°C至烙融状态，并在表面覆盖一层烙盐KCl:LiCl=l. 3:1保护，待 金属烙体的溫度降低到212-2〇rC，保溫8-15分钟，在合金液态到半固态的过程中，不间断 施加超声波和电磁波振荡揽拌；4)开启冷却系统，开启诱口，半固态合金在真空压力差和自 身重力的综合作用下，迅速充满型腔，直至金属烙体完全凝固，得到铸件。
[0014] 进一步地，当所述焊料为SnAg。.3化。.7訊4.5焊料，所述制造焊料的方法包括如下步 骤：1)利用常规烙铸工艺，450 °C制造含20%訊的Sn-訊中间合金，550 °C制造含20%化的 Sn-化中间合金；2)开启真空吸铸室的真空系统，将真空室抽真空至1. 2X10 2Pa;3)将Sn、 Ag、Sn-Sb中间合金和Sn-Cu中间合金按质量百分比Ag为0. 3%，Cu为0. 7%，訊为4. 5%，Sn 为余量进行计算称量，混合放入不诱钢相蜗，合上上盖后加热到550°C至烙融状态，并在表 面覆盖一层烙盐KC1:LiCl=l. 3:1保护，待金属烙体的溫度降低到240-232°C，保溫5-10分 钟，在合金液态到半固态的过程中不间断施加超声波和电磁波振荡揽拌；4)开启水冷系统， 开启诱口，半固态合金在真空压力差和自身重力的综合作用下，迅速充满型腔，直至金属烙 体完全凝固，得到铸件。 阳015] 进一步地，当所述焊料为SnAg(j.3化。.7訊4.sBii2焊料，所述制造焊料的方法包括如下 步骤：1)利用常规烙铸工艺，450 °C制造含20%訊的Sn-Sb中间合金，550 °C制造含20%化 的Sn-化中间合金；2)开启真空吸铸室的真空系统，将真空室抽真空至16X10 2Pa;3)将 5]1、4邑、13;[、5]1-訊中间合金、5]1-化中间合金按质量百分比4邑为0.3%，化为0.7%，訊为4.5〇/〇， Bi为12%，Sn为余量进行计算称量，混合放入不诱钢相蜗，合上上盖后加热到550°C至烙融 状态，并在表面覆盖一层烙盐KC1:LiCl=l. 3:1保护，待金属烙体的溫度降低到210-204°C， 保溫8-15分钟，在合金液态到半固态的过程中不间断施加超声波和电磁波振荡揽拌；4) 开启水冷系统，开启诱口，半固态合金在真空压力差和自身重力的综合作用下，迅速充满型 腔，直至金属烙体完全凝固，得到铸件。
[0016] 本发明的有益效果是： (1)本发明通过可将半固态技术和底漏式真空吸铸方法相结合，在锡合金半凝固过程 切入电磁揽拌和超声揽拌，两种相互垂直无干扰的揽拌方式共同实施，可消除烙池里的任 何死区，使液态金属母液某些初生相均匀悬浮浆料中，具有破碎枝晶、增强元素扩散，降低 溫度梯度和成分过冷W及清除烙体中的气体，两者结合可实现晶粒在各个方向上均匀长 大；冷却系统