本发明涉及金属抗氧化保护
技术领域：
，具体涉及一种基于钇铋磷的抗氧化镀锡液，主要用于光伏焊带。
背景技术：
：随着电子行业的迅猛发展，锡基合金因具有熔点低、耐腐蚀性好、与金属基体结合性好等优点，被广泛应用于光伏焊带、电子封装等领域。然而，熔融状态下的液态锡合金极易氧化形成锡渣、锡块，其中包含了大量未氧化的锡，导致原料利用不充分，生产浪费，增加生产成本，还会影响产品的质量。此外，在光伏焊带的生产过程中，锡炉中锡合金的氧化还会在焊带表面产生色差，影响外观，并且在后期的运输及储存过程中容易形成黑斑，导致产品报废。为了保证焊接的可靠性，需要提高锡基合金的抗氧化性能。目前解决熔体锡的氧化措施主要有熔体覆盖法、保护气氛法和熔体改性法。熔体覆盖法中的覆盖剂容易残留，并且受热容易挥发、碳化、冒烟、污染环境，此外，一般覆盖剂为无机盐类，容易对生产设备造成严重腐蚀，影响生产秩序。气氛保护法处理设备庞大，生产成本高。熔体改性法则只需在保证焊锡自身润湿性能、钎焊性能的前提下，通过添加合金元素对锡熔体改性，以提高其抗氧化性能，具有生产操作简单、投入成本低、不受外界环境影响等优点。然而市场上现有的抗氧化剂成本较高，针对性较强，抗氧化的成效不甚理想，且主要以有机溶剂为主，会带来废液回收、环境污染等问题，通过无机元素添加的方法来提高锡熔体的抗氧化性能也很少有实际使用案例。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种成本低、适用性强的基于钇铋磷的抗氧化镀锡液，主要用于光伏焊带；该抗氧化镀锡液的抗氧化性能高，可有效减少锡渣/锡块的产生量，提高锡的利用率。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。一种基于钇铋磷的抗氧化镀锡液，其特征在于，包含以下成分：钇、铋、磷、锡。优选地，以所述锡的重量为百分之百基准，所述钇的重量百分比为0.005％-0.02％，所述铋的重量百分比为0.004％-0.05％，所述磷的重量百分比为0.01％-0.05％。进一步优选地，所述钇的重量百分比为0.01％-0.02％。进一步优选地，所述铋的重量百分比为0.01％-0.04％。进一步优选地，所述磷的重量百分比为0.02％-0.04％。由于锡液的工业温度较低，在添加抗氧化元素钇、铋、磷时，这些元素均不能快速融化，因此，需要将其配置成一定含量的锡基合金。优选地，所述钇以钇-锡中间合金的形式熔化制备所述抗氧化镀锡液。优选地，所述铋以铋-锡中间合金的形式熔化制备所述抗氧化镀锡液。优选地，所述磷以磷-锡中间合金的形式熔化制备所述抗氧化镀锡液。优选地，所述钇-锡中间合金的钇的含量为所述钇-锡中间合金质量的1％。优选地，所述铋-锡中间合金的铋的含量为所述铋-锡中间合金质量的1％。优选地，所述磷-锡中间合金的磷的含量为所述磷-锡中间合金质量的5％。与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明向镀锡液中加入钇、铋、磷，可有效抑制镀锡液的氧化、提高镀锡液的润湿性能、减少锡渣的产生、提高锡产品成材率、提高热镀锡产品的生产率，并且不影响镀锡产品的其他物理力学性能；本发明的抗氧化镀锡液成本低，不改变现有的生产工艺，不影响现有设备日常维护与保养，符合环保要求，不影响生产场所的工作环境。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。本发明提供了一种基于钇铋磷的抗氧化镀锡液，包含以下成分：钇、铋、磷、锡。其中，以所述锡的重量为基准，钇的重量百分比为0.005％-0.04％，铋的重量百分比为0.004％-0.05％，磷的重量百分比为0.01％-0.05％。实施例1取100g镀锡液两份，分别记为1#、2#，在温度230℃的条件下，向1#镀锡液中同时加入钇、铋、磷；其中，以镀锡液重量为基准，所加入的钇、铋、磷的重量百分比分别为0.02％、0.04％、0.02％，钇以钇-锡中间合金的形式加入，且钇含量为所述钇-锡中间合金质量的1％；铋以铋-锡中间合金的形式加入，且铋含量为所述铋-锡中间合金质量的1％；磷以磷-锡中间合金的形式加入，且磷含量为所述磷-锡中间合金质量的5％。2#镀锡液为空白对照组，将1#、2#镀锡液分别氧化5小时后(氧化条件为：室温加热至230℃，恒温5小时后空冷至室温)，分别测试1#、2#镀锡液的重量，并得到氧化前后的增重量，以增重量来表征其抗氧化性能，试验结果如表1所示，由表1可知，向镀锡液中加入钇、铋、磷，可显著提升锡液的抗氧化性能。对上述1#和2#镀锡液在铜表面的润湿性进行检测，以镀锡液在无氧紫铜表面的铺展面积来表征，测试方法为：将退火的紫铜薄板用砂纸打磨去除氧化层，并用乙醇擦净，取10g镀锡液置于紫铜薄板上，用松香或其他助焊剂覆盖，升温至230℃，保温60s后取出，待冷却至室温后测量铺展面积(具体采用拍照，并利用Imge-Proplus软件计算面积)，1#和2#镀锡液的润湿性能试验各做3组，铺展面积取其平均值，以2#号空白对照组的润湿面积为100％换算1#镀锡液的润湿相对面积，试验结果见表1。由表1可知，1#镀锡液的润湿性能与空白对照组镀锡液的润湿性能相比有明显提升，可见锡液中同时添加钇、铋、磷，钇、铋、磷可协同产生作用，进而提升了镀锡液的润湿性能。对上述1#和2#镀锡液试件的熔点进行测试，熔点采用差示扫描量热仪(DSC)进行测试，测试结果见表1。由表1可知，锡液中同时添加钇、铋、磷，对镀锡试件的熔点不产生影响。对上述1#和2#镀锡液试件的屈服强度和抗拉强度进行测试，测试方法为常规方法，测试结果见表1。由表1可知，锡液中同时添加钇、铋、磷，对镀锡液试件的屈服强度和抗拉强度基本不产生影响。表1镀锡液编号1#2#5h氧化后的增重量(g)0.1850.350铺展相对面积(％)140100屈服强度(MPa)6465抗拉强度(MPa)212190熔点(℃)183183对比例1取100g镀锡液五份，编号为1#、2#、3#、4#，并在温度230℃的条件下，向1#镀锡液中加入镀锡液重量0.02％的钇，向2#镀锡液中加入镀锡液重量0.04％的铋，向3#镀锡液中加入镀锡液重量0.02％的磷，4#镀锡液中不添加任何元素，作为空白对照组，氧化5小时(氧化条件为：室温加热至230℃，恒温5小时后空冷至室温)后分别测试1#、2#、3#、4#镀锡液的重量，以各组镀锡液氧化前后的增重率来表征其抗氧化性能，试验结果如表2所示。对上述1#、2#、3#、4#镀锡液在铜表面的润湿性进行检测，以镀锡液在无氧紫铜表面的铺展面积来表征，测试方法同实施例1，测试结果见表2。对上述1#、2#、3#、4#镀锡液的试件熔点、屈服强度和抗拉强度进行测试，测试方法同实施例1，测试结果见表2。表2镀锡液编号1#2#3#4#3h氧化后的增重量(g)0.1960.3010.2720.350铺展相对面积(％)75165102100屈服强度(MPa)65656565抗拉强度(MPa)190190190190熔点(℃)183183183183由表2可知，镀锡液中加入钇或铋或磷，均对镀锡液的抗氧化性能有小幅度的提升。对比实施例1的氧化试验结果可知，本申请的基于钇铋磷的抗氧化镀锡液的抗氧化性能明显优于单独加入钇、铋、磷后镀锡液的抗氧化性能。由表2可知，钇的加入可显著提升镀锡液的抗氧化性能，但是其润湿性能明显下降，这可能有几方面的原因：其一，钇的加入降低了镀锡液的表面张力，有益于改善基材的润湿性；其二，由于钇的氧化活性大于锡及锡液中的其他成分，因此钇在镀锡液的表面优先氧化成膜，不利于润湿；其三，过量的钇会在镀锡液表面偏聚，表面的正吸附趋于饱和，当钇的加入量超过一定值时，将会降低镀锡液的润湿性能，其四，钇与镀锡液中其他元素形成的化合物或共晶相也可能降低其润湿性。同时，从表2中可以看出，镀锡液中加入钇或铋或磷，均对镀锡试件的熔点和物理力学性能没影响。但是将对比例1的试验结果与实施例1相比，可以看出，实施例1中同时加入钇铋磷的锡基合金，在显著提升镀锡液抗氧化性的同时，也显著提升了其润湿性，同时不影响镀锡产品的物理力学性能。实施例2本实施例以工业镀锡铜生产线为例，镀锡铜生产线的锡炉中盛有20kg的锡熔体，温度为225-235℃，在搅拌开始时，向盛有20kg锡熔体的锡炉中加入1％钇-锡中间合金0.2kg-0.4kg、1％铋-锡中间合金0.2kg-0.8kg、5％磷-锡中间合金0.08kg-0.16kg，即得基于钇铋磷的抗氧化镀锡液；然后以80m/min速度对无氧紫铜带进行热镀锡。对比例2本实施例以工业镀锡铜生产线为例，镀锡铜生产线的锡炉中盛有20kg的锡熔体，温度为225-235℃，直接将锡液以80m/min速度对无氧紫铜带进行热镀锡。一体机日产锡渣占比率0.56％，半自动机日产锡块占比率约15.58％。实施例2与该对比例2相比较，日产锡渣占比率下降至0.25％左右，日产锡块占比率下降至11.5％左右，大大提高了锡的使用率并提高了镀锡铜线的成材率，同时减少了生产时的“捞渣”工序，提高了生产率。将实施例2和对比例2的试样进行盐雾试验，盐雾试验的条件如下：温度35℃，湿度大于90％，浓度为10％的NaCl溶液，试验时间为48小时。观察加速腐蚀后各试件的腐蚀情况可知，对比例2的试件在盐雾环境下，48小时后陆续出现氧化黑斑，而实施例2的试件在72小时后仅出现少量黑点。本发明中分，钇元素与氧原子亲和能较小，在氧环境下，优先于氧原子形成Y2O3，形成一层致密的保护膜，阻碍氧原子的继续内扩散，阻止了锡液的氧化；另外，钇原子会在晶界处沉积，“钉扎”位错，起到细晶强化的作用。铋和磷有助于提高铜和锡的润湿性，能有效改善锡熔体的抗氧化性能。综上，本发明中，向镀锡液中加入钇、铋、磷三种元素，这三种元素可在镀锡液表面生成一种致密的氧化膜，阻碍氧原子向锡液内部扩散，防止锡液的继续氧化，从而有效改善镀锡液的抗氧化性能，同时，可提升镀锡液的的润湿性，且基本不影响镀锡产品的其他物理力学性能；成本低，不改变现有的生产工艺，不影响现有设备日常维护与保养；符合环保要求，不影响生产场所的工作环境。虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。当前第1页1 2 3