埚模具与保温座体分离;五、将坩埚模具置于冷却水中进行冷却，直至金属熔体完 全凝固，得到铸件。
[0029]实例六：当SnSb6.OCuNi合金，所述制造合金的方法包括如下步骤:一、利用常规熔 铸技术，450 °C制备含20%Sb的Sn-Sb中间合金，550 °C制备含20% Cu的Sn-Cu中间合金，650 °C制备含5% Ni的Sn-Ni中间合金。二、将纯Sn和Sn-Sb、Sn-Cu、Sn-Ni中间合金材料按照质量 百分比Sb为6.0%，Cu为1.0%，Ni为1.0%，Sn为余量的配比计算重量，用天平称量好后先将原 料坩埚模具中加热温度设为600 °C，合上炉盖进行熔炼，直到合金呈液态时，在熔液表面覆 盖一层熔盐KCl:LiCl=l.3:1作为防氧化剂，冷却合金至245-239°C范围内，呈半固态粘稠状 态，在合金液态至半固态期间不间断施加超声波和机械搅拌5-10分钟；四、开启承载下托盘 的升降系统，将坩埚模具与保温座体分离;五、将坩埚模具置于冷却水中进行冷却，直至金 属熔体完全凝固，得到铸件。
[0030] 实例七：当Sn-o. lAg-0.7Cu合金，所述制造合金的方法包括如下步骤:一、利用常 规熔铸技术，550 °C制备含20% Cu的Sn-Cu中间合金，将Sn、Ag和Sn-Cu中间合金3种材料按 质量百分比:Ag为0. l%，Cu为0.7%，Sn为余量进行计算，混合放入不锈钢i甘埚，合上上盖后加 热到540°C至熔融状态，并在表面覆盖一层熔盐KC1:LiCl=l. 3:1保护，在230°C_222°C区间 内保温3-8分钟，对液态和半固态合金不间断超声波振荡和机械搅拌。二、开启承载下托盘 的升降系统，将坩埚模具与保温座体分离;三、将坩埚模具置于淬火油中进行油冷，直至金 属熔体完全凝固，得到铸件。
[0031 ] 实例八：当Sn-0.3Ag-0.7Cu合金，所述制造合金的方法包括如下步骤:一、利用常 规熔铸技术，550 °C制备含20% Cu的Sn-Cu中间合金，将Sn、Ag和Sn-Cu中间合金3种材料按 质量百分比:Ag为0.3%，Cu为0.7%，Sn为余量进行计算，混合放入不锈钢i甘埚，合上上盖后加 热到530°C至熔融状态，并在表面覆盖一层熔盐KC1: LiCl=l. 3:1保护，待到温度降低到227 °C-220°C时，对合金熔液（固相线温度为217.16°C，液相线温度为228.86)进行机械搅拌和 超声波振荡3-8分钟。二、开启承载下托盘的升降系统，将坩埚模具与保温座体分离出来； 三、将坩埚模具置于淬火油中进行油冷，直至金属熔体完全凝固，得到铸件。
[0032] 实例九：当SnAg3. OCuO. 5合金，所述制造合金的方法包括如下步骤：
[0033] 一、利用常规浇铸技术，550°C制备含20% Cu的Sn-Cu中间合金，将Sn、Ag和Sn-Cu中 间合金3种材料按质量百分比:Ag为3.0%，Cu为0.5%，Sn为余量进行计算，混合放入不锈钢i甘 埚模具中，合上上盖后加热到550°C至熔融状态，并在表面覆盖一层熔盐此1:1^(：1=1.3 :1保 护，待到温度降低到225-221°C时，对合金熔液进行超声波和机械搅拌8-10分钟。二、开启承 载下托盘的升降系统，将坩埚模具与保温座体分离;三、将坩埚模具置于冷却水中进行冷 却，直至金属熔体完全凝固，得到铸件。
[0034]上述制造方法中所提及的常规熔铸工艺，具体步骤是将合金中的各种纯金属和中 间合金混合，加热至高于熔点20 °C-50 °C以上，熔融至液态金属后进行机械搅拌，保温，扒 渣，浇注，空冷，获得铸件。
[0035]利用WDW-100型微机电子万能拉伸机对拉伸试样进行拉伸，拉伸时第一阶段的速 率控制在0.5 kN/sec，第二阶段为位移控制1.5 mm/sec。拉断后目测断面是否有缺陷(气孔 等），是否在标距内断裂，再测量伸长后的标距长度，计算并获得伸长率。拉伸结束后，导出 数据和拉伸曲线，可得抗拉强度。采用不同的熔铸工艺获得的合金熔点和性能如下表所示。
[0036]
[0037] 由上表可见，采用常规的熔炼注浆铸造工艺获得的Sn-Bi合金，由于Bi粗大结晶 偏析导致合金出现脆性大，铸件的伸长率低，采用本案的熔铸设备和方法获得的铸件延伸 率均得到大幅度提高，其中Sn-52Bi、Sn-58Bi、Sn-62Bi合金采用半固态超声和机械搅拌熔 炼后，水冷后的铸件伸长率比常规熔铸的分别提高了360.59%，110.95%，283.65%;拉伸强度 变化不大。
[0038] SnSbCuNi系合金常可广泛应用于双面电路板SMT组装时二次回流焊料。从上表可 看出，采用本案实施水冷获得的铸件，SnSb3.OCuNi铸态合金的伸长率和拉伸强度分别提高 了 96.05%和10.28%，SnSb4.5CuNi伸长率和拉伸强度分别提高了 90.99%和9.18%， SnSb6. OCuNi铸态合金的伸长率增加了92.31%，拉伸强度略有增加。SnSbCuNi系合金机械性 能的提高是由于本案制造工艺在合金半凝固态时切入了超声和机械搅拌，它们具有很高的 剪切效率，有效地破碎晶粒、增强元素扩散，降低温度梯度和成分过冷以及清除熔体中的气 体，实现晶粒在各个方向上均匀长大，水冷后形成细晶组织。
[0039] SnAgCu系合金是作为锡铅替代品已在电子工业大量使用。低银无铅焊料 SnAgO. ICuO . 7和SnAgO. 3CuO. 7在常规熔铸工艺条件下塑性和强度较低，采用本案设备和熔 铸技术后，伸长率分别提高了 174.65%和134.59%，拉伸强度分别提高了 37.67%和40.32%。 SnAg3.0Cu0.5接近共晶点熔程较小，在225-221°C条件下保温，并施加超声和机械搅拌8-10 分钟后，水冷后获得的铸件塑性和强度分别提高了 50.12%和16.92%。
[0040]最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用 新型保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或 者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
【主权项】
1. 一种基于半固态法锡基合金的熔铸一体化设备，其特征在于:包括保温加热熔炼成 形装置、超声波搅拌系统和机械搅拌系统； 保温加热熔炼成形装置包括坩埚上盖、保温加热座体、坩埚模具、探温器、下托盘和控 温仪器，坩埚上盖和下托盘分别设置在保温加热座体的上下方，坩埚模具放置在下托盘上 且能随着下托盘的上下移动进入和脱离保温加热座体，探温器设置在坩埚模具内且与控温 仪器相连接； 超声波搅拌系统包括调频超声波换能器、变幅杆、工作头和超声波发生器，超声波换能 器和变幅杆安装在所述坩埚上盖上，工作头置于所述坩埚模具内且上端安装在变幅杆上； 机械搅拌系统包括支架、搅拌杆、固定在搅拌杆下端的搅拌叶片和驱动搅拌杆转动的 驱动装置，搅拌杆设置在所述坩埚模具内且上端穿过所述坩埚上盖与支架相连接。2. 根据权利要求1所述的基于半固态法锡基合金的熔铸一体化设备，其特征在于:所述 保温加热座体包括保温座体和设置保温座体上的感应加热丝。3. 根据权利要求1或2所述的基于半固态法锡基合金的熔铸一体化设备，其特征在于： 所述调频超声波发生器的超声波可调频率为15-25KHZ。4. 根据权利要求3所述的基于半固态法锡基合金的熔铸一体化设备，其特征在于:所述 坩埚上盖和下托盘均采用保温材料制成，所述坩埚模具由奥氏体304不锈钢材料制成。5. 根据权利要求3所述的基于半固态法锡基合金的熔铸一体化设备，其特征在于:所述 搅拌杆由不锈钢材料制成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于半固态法锡基合金的熔铸一体化设备，包括保温加热熔炼成形装置、超声波搅拌系统和机械搅拌系统；保温加热熔炼成形装置包括坩埚上盖、保温加热座体、坩埚模具、探温器、下托盘和控温仪器，坩埚上盖和下托盘分别设置在保温加热座体的上下方，坩埚模具放置在下托盘上，探温器设置在坩埚模具内且与控温仪器相连接；利用本实用新型熔铸时，在锡合金半凝固过程切入机械搅拌和超声振荡，两种搅拌方式共同实施，可消除熔池里的任何死区，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，降低温度梯度和成分过冷以及清除熔体中的气体，可实现水冷或油冷等不同的凝固速率，实现细化晶粒的效果。
【IPC分类】B22D27/08, B22D27/04
【公开号】CN205254086
【申请号】CN201620014462
【发明人】陈海燕, 胡永俊, 谢光荣, 曾键波, 赖振民
【申请人】广东工业大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月8日