光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于Sn-Pb焊带对环境和人身体的危害，近年来各国都致力于研究出性能能与Sn-Pb焊带相媲美的光伏焊带。经过近几年的研究，获得了很多成果，其中以Sn-Zn系无铅焊带最为显著。现有技术公开了多种Sn-Zn系无铅焊带，Sn-Zn-Al三元合金，Al的加入会在合金的表面形成一层氧化膜，减少Zn的氧化，但加入量过多，氧化膜过厚，不利于焊接。目前，Al的含量在0.45到6之间时，抗氧化性和润湿性能都很好，但是需要活性较强的助焊剂或者是惰性气体的保护，极大地提高了生产成本，降低了生产效率。
[0003]Sn-Zn-Ag三元合金，Ag的加入使合金性能得到了很好的提升，但是Ag的含量大多在1.5到4之间，极大地提高了生产的成本，另外合金的熔点还远高于之前常用的Sn-Pb合金的熔点。
[0004]Sn-9wt.%Zn-3wt.%Bi润湿性能、热疲劳性能良好，但是降低了塑性，提高了生产成本，恪点还是略高于Sn-Pb合金。
[0005]Sn-Zn-1n各方性能均良好，熔点也低，但In属于稀有金属储存量少，其价格远远高于一般的金属。
[0006]Sn-9 wt.%Zn-(2-8) wt.%Cu焊带，Cu的加入提高了润湿性，抗拉强度先增加后减少，降低了延伸率，同时也提高了合金的熔点，并且由于Cu的熔点很高，在合金配制过程中会出现很严重的氧化问题。
[0007]因此，目前需要一种成本较低、性能较好、且熔点与Sn-Pb合金较为相似、甚至更低的无铅焊带用合金。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金及其制备方法，本发明提供的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金成本较低、性能良好且熔点接近于Sn-Pb合金。
[0009]本发明提供了一种光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金，包括:
7wt%?10wt%的Zn；
lwt%?5wt%的Cu；
0.01wt%~0.05wt%的Al；
0.3wt%~0.5wt%的Bi；
余量的Sn。
[0010]Sn-Zn无铅钎料共晶温度为199°C与Sn-Pb钎料比较接近，机械性能良好，价格低廉，是最有潜力的无铅钎料。但是，由于Zn原子活性较高极易氧化，并且Sn-Zn表面张力较大，造成钎料润湿性较差，降低了做光伏焊带的焊料的可行性。
[0011]在本发明中，Cu的加入会与Sn-Zn合金中的富Zn相生成化合物，使其活性降低，减少氧化，同时极大的降低了合金的表面张力，增加了润湿性。随着Cu含量的增加润湿性增加，抗拉强度先增大后减小，含量为2%时达到最大。但Cu的加入提高了合金熔点，增加了焊程。另外，由于Cu的熔点较高，配制过程中也会造成Sn和Zn的氧化。因此，需首先配制出熔点较低的Sn-5wt%Cu。为了降低合金的氧化在配制时加入少量的Al，在表面形成一层较薄的致密的氧化膜，增加润湿性能及抗氧化性。Bi原子的活性也较强，加入少量的Bi能够降低熔点，增加润湿性。
[0012]在一个实施例中，所述光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金包括:
8wt%?9wt%的Zn；
2wt%?3wt%的Cu；
0.03wt°/c^Al ；
0.45wt°/c^Bi;
余量的Sn。
[0013]在一个实施例中，所述光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金的熔点为175°C~185°C。
[0014]本发明还提供了一种上述技术方案所述的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金的制备方法，包括:
将Cu熔融后加入第一质量份的Sn，搅拌均匀后使合金凝固；
向凝固的合金中加入Zn、B1、第二质量份的Sn和Al，表面用松香覆盖后将其熔融，搅拌均匀后，降温至200°C，浇注成焊条。
[00?5] 为了减少氧化，所述第一质量份的Sn和Cu的质量比为95:5，即首先配制Sn_5wt%Cu合金。具体而言，首先将Cu加入熔炉中，升温至1200°C使Cu熔化，按照Sn-5wt%Cu的比例加入第一质量份的Sn，搅拌均匀后，关闭熔炉，待合金凝固。
[0016]待合金凝固后，向其中加入Zn、B1、第二质量份的Sn和Al，表面用松香覆盖防止氧化，升温至500°C使金属熔化，搅拌均匀后将温度降至200°C，浇注成焊条，即可得到上述技术方案所述的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金。
[0017]得到焊条后，再采用热浸镀工艺将所述焊条制备得到光伏焊带。
[0018]与现有技术相比，本发明提供的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金包括:7wt%~10wt%的Zn; lwt%?5wt%的Cu;0.01wt%?0.05wt%的Al ；0.3wt%~0.5wt%的Bi ;余量的Sn。在本发明中，Cu的加入会与Sn-Zn合金中的富Zn相生成化合物，使其活性降低，减少氧化，同时极大的降低了合金的表面张力，增加了润湿性。为了降低合金的氧化在配制时加入少量的Al，在表面形成一层较薄的致密的氧化膜，增加润湿性能及抗氧化性。Bi原子的活性也较强，加入少量的Bi能够降低熔点，增加润湿性。本发明提供的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金熔点接近于Sn-Pb合金的熔点，无需对原有焊接设备焊接温度进行较大改动，利于生产焊接;本发明未使用贵金属，生产成本较低;本发明提供的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金配方合理，得到的光伏焊带性能良好、电阻率低。
【具体实施方式】
[0019]实施例1 原料配方:
9wt%的Zn;
3wt%的Cu;
0.03wt°/c^Al ；
0.45wt°/c^Bi;
余量的Sn。
[0020]制备方法如下:
在熔炉里加入Cu，将温度升至1200°C，Cu熔化后按Sn-5wt.%Cu比例加入Sn，搅拌均匀后关闭熔炉，待合金凝固之后，按上述成分比例加入Zn、B1、余量的Sn、Al，表面用松香覆盖防止氧化，将温度升至500°C待金属融化后搅拌均匀，将温度降至200°C，浇注成焊Sn条。再通过热浸镀工艺制作出光伏焊带。
[0021]对所述光伏焊带进行性能测试，其熔点为184°C、抗拉强度2170Mpa、电阻率<1.9*10—8 Ω.πι0
[0022]实施例2
8wt%的Zn;
2wt%的Cu;
0.03wt°/c^Al ；
0.45wt°/c^Bi;
余量的Sn。
[0023]制备方法如下:
在熔炉里加入Cu，将温度升至1200°C，Cu熔化后按Sn-5wt.%Cu比例加入Sn，搅拌均匀后关闭熔炉，待合金凝固之后，按上述成分比例加入Zn、B1、余量的Sn、Al，表面用松香覆盖防止氧化，将温度升至500°C待金属融化后搅拌均匀，将温度降至200°C，浇注成焊Sn条。再通过热浸镀工艺制作出光伏焊带。
[0024]对所述光伏焊带进行性能测试，其熔点为177°C、抗拉强度2170Mpa、电阻率<1.9*10—8 Ω.πι0
[0025]实施例3 8.5wt%的Zn;
2.5wt%的Cu;
0.03wt°/c^Al ；
0.45wt°/c^Bi;
余量的Sn。
[0026]制备方法如下:
在熔炉里加入Cu，将温度升至1200°C，Cu熔化后按Sn-5wt.%Cu比例加入Sn，搅拌均匀后关闭熔炉，待合金凝固之后，按上述成分比例加入Zn、B1、余量的Sn、Al，表面用松香覆盖防止氧化，将温度升至500°C待金属融化后搅拌均匀，将温度降至200°C，浇注成焊Sn条。再通过热浸镀工艺制作出光伏焊带。
[0027]对所述光伏焊带进行性能测试，其熔点为179°C、抗拉强度2170Mpa、电阻率<1.9*10—8 Ω.πι0
[0028]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金，其特征在于，包括: 7wt%?10wt%的Zn； lwt%?5wt%的Cu； 0.01wt%~0.05wt%的Al； 0.3wt%~0.5wt%的Bi； 余量的Sn。2.根据权利要求1所述的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金，其特征在于，包括: 8wt%?9wt%的Zn； 2wt%?3wt%的Cu； 0.03wt°/c^Al; 0.45wt°/c^Bi; 余量的Sn。3.根据权利要求1所述的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金，其特征在于，熔点为175°C?185。。。4.权利要求1所述的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金的制备方法，其特征在于，包括: 将Cu熔融后加入第一质量份的Sn，搅拌均匀后使合金凝固； 向凝固的合金中加入Zn、B1、第二质量份的Sn和Al，表面用松香覆盖后将其熔融，搅拌均匀后，降温至200°C，浇注成焊条。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一质量份的Sn和Cu的质量比为95: 5ο6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，将Cu在1200°C下熔融。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，向凝固的合金中加入Zn、B1、第二质量份的Sn和Al，表面用松香覆盖后在500°C下将其熔融。
【专利摘要】本发明提供了一种光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金，包括：7wt%~10wt%的Zn；1wt%~5wt%的Cu；0.01wt%~0.05wt%的Al；0.3wt%~0.5wt%的Bi；余量的Sn。本发明提供的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金熔点接近于Sn-Pb合金的熔点，无需对原有焊接设备焊接温度进行较大改动，利于生产焊接；本发明未使用贵金属，生产成本较低；本发明提供的光伏焊带用Sn-Zn系无铅多元合金配方合理，得到的光伏焊带性能良好、电阻率低。
【IPC分类】C22C13/00, B23K35/26, B23K35/40
【公开号】CN105499830
【申请号】CN201610121483
【发明人】余鹏飞, 王娟, 马晓华
【申请人】保定爱廸新能源股份有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年3月4日