专利名称：一种Sn-Cu-Ni-Ce-Cr无铅焊料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锡铜系无铅焊料，特别涉及一种Sn-Cu-N1-Ce-Cr无铅焊料。
背景技术：
在焊料的无铅化进程中，无铅焊料主要有SnAg系、SnCu系、SnZn系、SnBi系二元合 金以及SnAgCu系三元合金等体系，与传统的SnPb焊料相比都存在固有缺点。SnAg(SnAgCu) 系焊料在耐疲劳性和抗拉强度方面优于SnPb焊料，蠕变性和延展性皆好，但其熔点偏高， 含银较多，成本偏高，且抗氧化腐蚀性能差。SnCu系焊料相对其他无铅焊料成本最低，但在 合金熔点、焊接可靠性、工艺良率和抗氧化方面存在不足。SnBi系焊料熔点低，抗拉伸强度 和蠕变性能优越，润湿性良好，但是成本偏高、热稳定性能不足。SnZn系焊料成本低，熔点与 SnPb焊料最为接近，但是易氧化、出渣多，焊剂难配制。
针对上述无铅焊料的诸多缺陷，添加其他金属元素或是引入第二相等方法可在一 定程度上增强和改善焊料性能。其中，在中国专利200510011703. 5 一种SnCuNiCe合金焊 料中，通过在SnCu合金中加入适量Ce和Ni，较好地克服了熔点高，润湿性差等缺点，较好地 降低了生产成本，但是在生产过程中抗氧化能力差的缺点仍旧明显，出渣率高达每吨原料 会产出45-55公斤锡渣。发明内容
本发明的目的是针对SnCuNiCe合金焊料抗氧化性差的缺点，提出一种保持了 SnCuNiCe合金焊料原有熔点低、润湿性好、成本低等优点，又能改善抗氧化和电性能的无铅 焊料，很好地降低焊锡的出渣率。
本发明的目的是通过下述技术方案达到的一种Sn-Cu-N1-Ce-Cr无铅焊料，其特征在于它采用了下述重量百分比的原料制成Cu O. 5-5. 0%, Cr O. 06-1. 0%, Ce O. 01-1. 0%, Ni O. 01-0. 15%,其余为 Sn。
所述的一种Sn-Cu-N1-Ce-Cr无铅焊料，其特征在于Cr的重量百分比为O.2-0. 7%。
本发明在原有SnCuNiCe合金焊料的基础上加入了 Cr元素，Cr在合金中有着良好 的抗氧化性和抗腐蚀能力。在稀土元素Ce的影响下，熔融状态的Cr元素由于表面张力的 作用，聚集在合金表面，与氧元素形成致密的Cr2O3氧化膜，有效提高了高温抗氧化性。氧化 膜极薄，可以清晰的看到合金焊料的光泽。Cr作为一种表面活性元素，在焊接时起到降低液 态金属的表面张力和液-固界面能的作用，提高了润湿性能。同时Cr、Ni两种元素的组合 能够提高合金本身的电极电位，降低化学腐蚀和电化学腐蚀的可能性。
SnCuNiCeCr合金焊料中Cr的含量小于O. 06wt%时，由于Sn的Gibbs自由能低， Ni的扩散速度也比Cr大，在合金表面形成分层的氧化物，氧化膜稀薄不均，不能有效的阻 挡空气中氧的进入以及与Sn元素的接触，抗氧化能力没有明显改变，熔炉过程中生成的锡 渣多。当Cr含量高于1. 0wt%时，合金表面的氧化膜薄厚不均，降低了润湿性和延展性能。而控制Cr的含量在O. 06-1. 0wt%之间时，合金表面发生选择性氧化，形成单一致密的Cr2O3 氧化层，阻止Sn和Ni的进一步氧化,提高了焊料的抗氧化性能、机械性能、电性能。控制焊料中Cr的含量为O. 2-0. 7wt%，得到的合金含量性能较好，抗氧化性能等保持稳定，润湿性倉泛击是1 。
本发明提供的Sn-Cu-N1-Ce-Cr合金焊料可以由下述方法制备而成Cl)将含锡99. 95%的精锡加入石墨坩埚内进行熔化后升温至105(Tll50°C，加入含铜 99. 95%的精铜，其铜用量与锡的重量比为10:90，用木质搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡铜合金，静置30分钟后铸成含铜10%的锡铜中间合金锭；(2)将含锡99.95%的精锡加入石墨坩埚内进行熔化后升温至90(T950°C，加入氯化钾覆盖液面，再加入含铈99. 99%的金属铈，其铈用量与锡的重量比为10:90，再将金属铈揿入液态锡内，用木质搅拌棒搅拌熔炼成液态锡铈合金后，静置30分钟后铸成含铈10%的锡铈中间合金锭；(3)将含锡99.95%的精锡加入石墨坩埚内进行熔化后升温至155(Tl650°C，再加入含镍99. 95%的金属镍，其镍用量与锡的重量比为10:90，用木质搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡镍合金，静置30分钟后铸成含镍10%的锡镍中间合金锭；(4)将含锡99.95%的精锡加入石墨坩埚内进行熔化后升温至195(T2050°C，再加入含铬99. 95%的金属铬，其铬用量与锡的重量比为10:90，用木质搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡铬合金，静置30分钟后铸成含铬10%的锡铬中间合金锭；(5)取(I)项的锡铜中间合金锭5-50重量份，(2)项的锡铈中间合金锭O.1-10重量份，(3)项锡镍中间合金锭O. 1-1. 5重量份和(4)项锡铬中间合金锭O. 6-10重量份和补加余量锡的不足锡量28. 5-94. 2重量份，加入不锈钢锅内进行熔炼，浇注成无铅焊料棒，得到含有铜、铈、镍、铬、余量为锡的无铅焊料。经后续拉条拉丝工艺，可制成无铅锡条、无铅锡 丝。
从图1的测试结果可以看出，本发明所述的Sn-Cu-N1-Ce-Cr焊料合金有优良的抗氧化性能、电性能，均匀的金相结构，润湿性好，成本低，整个工艺过程出渣率低。
图1为原料力学性能、焊点拉伸、剪切应力、润湿性能、扩展率、锡渣率、金相检测结果。
具体实施方式
实施例1取本发明提供的制备方法中所述的锡铜合金锭50kg，锡铬合金锭10kg，锡铈合金锭 IOkg,锡镍合金锭1. 5kg和不佳余量锡的不足锡量28. 5kg加入不锈钢锅内进行熔炼,烧铸成无铅焊料，得到由锡92. 85%、铜5%、铬1%、铈1%、镍O. 15%为原来制成的本发明产品。
实施例2取本发明提供的制备方法中所述的锡铜合金锭40kg，锡铬合金锭8kg，锡铈合金锭O.8kg,锡镍合金锭O. 8kg和补加余量锡的不足锡量50. 4kg加入不锈钢锅进行熔炼,烧铸成无铅焊料，得到由锡95. 04%、铜4%、铬O. 8%、铈O. 08%、镍O. 08%为原料制成的本发明产品。
实施例3取本发明提供的制备方法中所述的锡铜合金锭30kg，锡铬合金锭5kg，锡铈合金锭 8kg,锡镍合金锭1. 2kg和补加余量锡的不足锡量55. 8kg加入不锈钢锅内进行熔炼,烧铸成 无铅焊料，得到由锡95. 58%、铜3%、铬O. 5%、铈O. 8%、镍O. 12%为原料制成的本发明产品。
实施例4取本发明提供的制备方法中所述的锡铜合金锭10kg，锡铬合金锭7kg，锡铈合金锭 5kg,锡镍合金锭1. Okg和补加余量锡的不足锡量77kg加入不锈钢锅内进行熔炼,烧铸成无 铅焊料，得到由锡97. 7%、铜1%、铬O. 7%、铈O. 5%、镍O. 1%为原料制成的本发明产品。
实施例5取本发明提供的制备方法中所述的锡铜合金锭15kg，锡铬合金锭O. 8kg，锡铈合金锭 2kg,锡镍合金锭O. 3kg和补加余量锡的不足锡量81. 9kg加入不锈钢锅内进行熔炼,烧铸成 无铅焊料，得到由锡98. 19%、铜1. 5%、铬O. 08%、铈O. 2%、镍O. 03%为原料制成的本发明产品O
实施例6取本发明提供的制备方法中所述的锡铜合金锭8kg，锡铬合金锭2kg，锡铈合金锭O.5kg,锡镍合金锭O. 5kg和补加余量锡的不足锡量89kg加入不锈钢锅内进行熔炼,烧铸成 无铅焊料，得到由锡98. 9%、铜O. 8%、铬O. 2%、铈O. 05%、镍O. 05%为原料制成的本发明产品。
实施例7取本发明提供的制备方法中所述的锡铜合金锭5kg，锡铬合金锭O. 6kg，锡铈合金锭O.1kg,锡镍合金锭O.1kg和补加余量锡的不足锡量94. 2kg加入不锈钢锅内进行熔炼,烧铸 成无铅焊料，得到由锡99. 42%、铜O. 5%、铬O. 06%、铈O. 01%、镍O. 01%为原料制成的本发明女口广叩ο
对比例取本发明提供的制备方法中所述的锡铜合金锭7kg，锡铈合金锭O. 1kg，锡镍合金锭 Ikg和补加余量锡的不足锡量91. 9kg加入不锈钢锅内进行熔炼，浇铸成无铅焊料，得到由 锡99. 19%、铜O. 7%、铈O. 01%、镍O. 1%为原料制成的锡铜镍铈无铅焊料。
经检测，熔点在225_226°C左右，原料力学性能、焊点拉伸、剪切应力、最大润湿力、 锡丝扩展率，不添加高温抗氧化剂产生的锡渣含量，金相结构如表I所示。从图1中可以看 出，与锡铜镍铈合金焊料相比，原料力学性能、拉伸强度、剪切强度均较稳定，润湿性有较好 的提升，锡渣产率明显下降。
权利要求
1.一种Sn-Cu-N1-Ce-Cr无铅焊料，其特征在于它采用了下属重量百分比的原料制成 Cu O. 5-5. 0%, Cr O. 06-1. 0%, Ce O. 01-1. 0%, Ni O. 01-0. 15%，其余为 Sn。
2.根据权利要求1所述的一种Sn-Cu-N1-Ce-Cr无铅焊料，其特征在于Cr的重量百分比为 O. 2-0. 7%。
全文摘要
本发明公开了一种Sn-Cu-Ni-Ce-Cr无铅焊料，其组分及重量百分比构成为Cu0.5-5.0%，Cr0.06-1.0%，Ce0.01-1.0%，Ni0.01-0.15%，其余为Sn。进一步优化Cr的含量为0.2-0.7wt%。该无铅焊料的特点在于相对Sn-Cu-Ni-Ce无铅焊料锡渣产率高，利用了Cr元素的特性，调节Cr的含量改善了锡渣产率，得到机械性能良好、润湿性优良、抗氧化能力强的无铅焊料，可广泛用于电子材料技术领域。
文档编号B23K35/40GK102990250SQ20121054222
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者胡洁, 李曼娇 申请人:郴州金箭焊料有限公司