本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种合金、无铅焊锡材料及其制备方法和应用。
背景技术：
焊锡作为一种重要工业原材料，广泛应用于电子工业、家电制造业、汽车制造业、维修业和日常生活中。业内相关应用领域使用的传统焊锡主要成分为锡铅，不满足环保法规的无铅要求。含铅锡渣不仅造成污染，进入人体后损伤人体内的骨髓造血系统、神经系统和肾脏，无铅化是焊锡的发展方向。
针对玻璃部件的焊接，由于玻璃的特殊性质，常规的焊接过程中焊接会嵌入玻璃中，破坏玻璃的应力，导致玻璃部件极易发生破裂。因此，需要研究针对玻璃等材料进行焊接时使用的无铅焊锡，一方面要保证粘接力满足规范要求，同时还必须不能影响到焊接载体本身的物理特性。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的无铅焊锡存在的上述问题，提供一种用于无铅焊锡材料的合金、无铅焊锡材料及其制备方法和应用，该无铅焊锡材料具有良好的焊接性能，特别适用于玻璃部件的焊接。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于无铅焊锡材料的合金，其中，该用于无铅焊锡材料的合金包括40-95重量％的铟、3-5重量％的银、0.2-1重量％的铜和0.5-55重量％的锡，以及不可避免的杂质。
优选地，所述用于无铅焊锡材料的合金包括60-95重量％的铟、3-5重量％的银、0.2-1重量％的铜和0.5-35重量％的锡，以及不可避免的杂质。
优选地，所述用于无铅焊锡材料的合金包括60-80重量％的铟、3.5-4.5重量％的银、0.4-0.6重量％的铜和15-35重量％的锡，以及不可避免的杂质。
优选地，所述用于无铅焊锡材料的合金包括80-95重量％的铟、3.5-4.5重量％的银、0.5-1重量％的铜和0.5-15重量％的锡，以及不可避免的杂质。
优选地，所述用于无铅焊锡材料的合金用于焊接玻璃部件。
本发明第二方面提供一种无铅焊锡材料，该无铅焊锡材料包括上述本发明的用于无铅焊锡材料的合金。
优选地，所述无铅焊锡材料为焊锡丝、焊锡条或焊锡膏。
优选地，所述无铅焊锡材料为直径3-8mm的焊锡丝。
本发明第三方面提供一种无铅焊锡材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：将金属材料熔解并成型得到无铅焊锡材料，其中，所述金属材料包括40-95重量％的铟、3-5重量％的银、0.2-1重量％的铜和0.5-55重量％的锡，以及不可避免的杂质。
优选地，所述金属材料包括60-95重量％的铟、3-5重量％的银、0.2-1重量％的铜和0.5-35重量％的锡，以及不可避免的杂质。
优选地，所述金属材料包括60-80重量％的铟、3.5-4.5重量％的银、0.4-0.6重量％的铜和15-35重量％的锡，以及不可避免的杂质。
优选地，所述金属材料包括80-95重量％的铟、3.5-4.5重量％的银、0.5-1重量％的铜和0.5-15重量％的锡，以及不可避免的杂质。
优选地，该方法还包括测定熔解后金属材料中各元素的含量。
优选地，该方法还包括调整熔解后的金属材料中各元素的含量。
优选地，所述熔解的条件包括：温度为124-138℃，时间为0.5-1h。
优选地，所述成型方法包括浇铸和/或压铸。
本发明第四方面提供上述本发明的无铅焊锡材料或者上述本发明的制备方法制得的无铅焊锡材料在焊接玻璃部件中的应用。
通过上述技术方案，本发明的无铅焊锡材料能够降低焊接的工艺要求，提供良好的焊接粘接力，并且不影响焊接载体本身的物理特性，尤其适用于玻璃部件的焊接，不会破坏玻璃的应力，保证玻璃部件焊接后的强度，此外，本发明的无铅焊锡材料在后期老化过程中也能长时间保持良好的焊接强度。
具体实施方式
本发明中所称的“玻璃部件的焊接”或者“焊接玻璃部件”，指的是将金属部件焊接到玻璃上的过程。
本发明提供一种用于无铅焊锡材料的合金，该用于无铅焊锡材料的合金包括40-95重量％的铟、3-5重量％的银、0.2-1重量％的铜和0.5-55重量％的锡，以及不可避免的杂质。
从提高无铅焊锡材料的焊接粘接力和保证焊接物的物理性质的角度考虑，优选地，所述用于无铅焊锡材料的合金包括60-95重量％的铟、3-5重量％的银、0.2-1重量％的铜和0.5-35重量％的锡，以及不可避免的杂质；更优选地，所述用于无铅焊锡材料的合金包括60-80重量％的铟、3.5-4.5重量％的银、0.4-0.6重量％的铜和15-35重量％的锡，以及不可避免的杂质。优选地，所述用于无铅焊锡材料的合金包括80-95重量％的铟、3.5-4.5重量％的银、0.5-1重量％的铜和0.5-15重量％的锡，以及不可避免的杂质；优选地，所述用于无铅焊锡材料的合金包括90-95重量％的铟、3.5-4.5重量％的银、0.5-1重量％的铜和0.5-1重量％的锡，以及不可避免的杂质。
通过上述特定的合金组成，本发明的无铅焊锡材料可以达到良好的焊接效果，尤其是在进行玻璃部件的焊接时，不影响玻璃的应力，同时降低了焊接操作的难度，焊接操作性强。
作为本发明的合金中铟的含量，例如可以为40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％或者95重量％。
作为本发明的合金中银的含量，例如可以为3重量％、3.2重量％、3.4重量％、3.6重量％、3.8重量％、4重量％、4.2重量％、4.4重量％、4.6重量％、4.8重量％或者5重量％。
作为本发明的合金中铜的含量，例如可以为0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％或1重量％。
作为本发明的合金中锡的含量，例如可以为1重量％、5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％或者70重量％。
在本发明中，所述合金可以包含不可避免的杂质。作为上述杂质的总含量，最高可以为1重量％以下，优选为0.5重量％以下，更优选为0.2重量％以下，进一步优选为0.1重量％以下，特别优选为0.05重量％以下。通过使本发明的合金由铟、银、铜和锡以及不可避免的杂质组成，可以提高焊接处的粘合性。
根据本发明，本发明的用于无铅焊锡材料的合金特别适合用于焊接玻璃部件。
本发明还提供一种无铅焊锡材料，该无铅焊锡材料包括上述本发明的用于无铅焊锡材料的合金。
根据本发明，该无铅焊锡材料可以为焊锡丝、焊锡条或焊锡膏。作为焊锡丝，可以直接使用本发明的无铅焊锡材料成型为所需的形状即可。作为焊锡条或者焊锡膏，可以在本发明的无铅焊锡材料中进一步配合助焊剂等其它添加剂形成。
作为助焊剂，可以使用松香、有机卤化物、有机酸或有机酸酐、有机胺盐、烷烃等有机溶剂等。所述有机酸有机酸酐例如可以为辛酸、辛二酸、戊二酸、己二酸、葵二酸、3-甲基丁酸、苯乙酸、十四酸、十六酸、丁二酸酐、顺丁烯二酸酐中的一种或多种，所述有机胺盐包括脂肪胺盐、醇胺盐、芳香胺盐等，例如二已胺盐酸盐、环已胺盐酸盐、盐酸二甲胺和盐酸胺中的一种或多种，所述有机溶剂包括乙醇、乙二醇苯醚、二乙醇单丁醚、松节油、乙二醇苯酚醚中的至少一种，所述松香可以为氢化松香和/或水白松香。
根据本发明的一个优选的实施方式，从便于使用的角度考虑，所述焊锡材料为直径3-10mm的焊锡丝。所述焊锡丝的直径可以根据焊接需求具体选择，例如可以为5-8mm、3-5mm等。
本发明还提供一种无铅焊锡材料的制备方法，该方法包括：将金属材料熔解并成型得到无铅焊锡材料，其中，所述金属材料包括40-95重量％的铟、3-5重量％的银、0.2-1重量％的铜和0.5-55重量％的锡，以及不可避免的杂质。
优选地，所述金属材料包括60-95重量％的铟、3-5重量％的银、0.2-1重量％的铜和0.5-35重量％的锡，以及不可避免的杂质。更优选地，所述金属材料包括60-80重量％的铟、3.5-4.5重量％的银、0.4-0.6重量％的铜和15-35重量％的锡，以及不可避免的杂质。
优选地，所述金属材料包括80-95重量％的铟、3.5-4.5重量％的银、0.5-1重量％的铜和0.5-15重量％的锡，以及不可避免的杂质。更优选地，所述金属材料的合金包括90-95重量％的铟、3.5-4.5重量％的银、0.5-1重量％的铜和0.5-1重量％的锡，以及不可避免的杂质。
通过使用上述组成的金属材料制备焊锡材料，可以达到良好的焊接效果，尤其是在进行玻璃部件的焊接时，不影响玻璃的应力，同时降低了焊接操作的难度，焊接操作性强。
作为本发明的金属材料中铟的含量，例如可以为40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或者95重量％。
作为本发明的金属材料中银的含量，例如可以为3重量％、3.2重量％、3.4重量％、3.6重量％、3.8重量％、4重量％、4.2重量％、4.4重量％、4.6重量％、4.8重量％或者5重量％。
作为本发明的金属材料中铜的含量，例如可以为0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％或1重量％。
作为本发明的金属材料中锡的含量，例如可以为1重量％、5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％或者70重量％。
在本发明中，所述金属材料可以包含不可避免的杂质。作为上述杂质的总含量，最高可以为1重量％以下，优选为0.5重量％以下，更优选为0.2重量％以下，进一步优选为0.1重量％以下，特别优选为0.05重量％以下。通过使用铟、银、铜和锡以及不可避免的杂质组成的金属材料制备无铅焊锡材料，可以提高焊接处的粘合性。
作为本发明中的熔解条件，可以包括：温度为124-138℃，时间为0.5-1h，优选地，温度为128-137℃，时间为0.55-0.8h。
根据本发明优选的实施方式，该方法还包括测定熔解后金属材料中各元素的含量。为了精确控制得到的焊锡材料中各成分的含量，优选地，需要进行上述测定熔解后金属材料中各元素的含量的步骤。
作为测定熔解后金属材料中各元素的含量的方法，可以采用测定法(例如采用多元素分析仪测定)、质谱法等，其中优选采用测定法。
为了精确控制得到的焊锡材料中各成分的含量，优选地，该方法还包括调整熔解后的金属材料中各元素的含量。作为具体的调整方法，可以加入少量金属材料再次熔解混合即可。再次熔解混合的条件可以采用与上述熔解条件相同即可。
在本发明中，作为成型的方法，没有特别的限定，只要能够得到所需形状的焊锡材料即可，优选地，所述成型方法包括浇铸和/或压铸。其中,作为制备焊锡丝的方法，优选使用浇铸和压铸。具体地，通过浇铸制备铸锭，再通过压铸将铸锭制成直径更小的丝状焊锡丝。
作为浇铸的条件，可以包括：温度为650-750℃，优选地，温度为690-740℃。作为浇铸的其它条件，可以得到所需尺寸的无铅焊锡材料即可，可以配合压铸的需要具体选择。
作为压铸的条件，能够得到所需尺寸的无铅焊锡材料即可，可以使用现有的能够用于焊锡材料制备的压铸方法。
本发明还提供了上述本发明的无铅焊锡材料或者根据上述本发明的制备方法制得的无铅焊锡材料在焊接玻璃部件中的应用。
通过使用本发明的无铅焊锡材料，可以在焊接玻璃部件过程中最大限度的保护玻璃部件，不破坏玻璃部件的应力，使得到的焊接产品保持玻璃部件良好的性能，不容易破碎或者损坏，并且降低了玻璃焊接的难度，提高了可操作性。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
制备例
本制备例用于说明焊锡丝的制备。
(1)根据表1所示配方比例调配金属材料；
(2)将金属材料在130℃下熔融0.5h并混合，混合后使用多元素分析仪检测各元素的比例，如不满足要求需通过加入少量金属材料再次熔融混合的方法微调比例；
(3)在熔融混合条件下将熔融混合的金属材料浇铸成直径10mm的圆柱状；
(4)用压铸机在室温下进行压铸，通过压铸依次得到直径10mm—8mm—6mm的材料，然后再用申线机拉丝为直径5mm的焊锡丝。
测试例
分别使用上述实施例和对比例的焊锡丝，将汽车后挡风玻璃与设置玻璃上的金属电器装置进行焊接，得到测试零件。
用以下评价标准评价焊接性能，结果如表1所示。
评价标准：
◎：焊接后强度很高(破坏拉脱力≥180n)，老化测试性能保持性好
○：焊接后强度较高(破坏拉脱力≥155n且＜180n)，老化测试性能保持性好
△：焊接后强度高(破坏拉脱力≥135n且＜155n)，老化测试性能保持性好
□：焊接后强度高(破坏拉脱力＞135n且＜180n)，但在老化测试过程中，会出现元素松散，导致焊接力不够
×：能够完成焊接，焊接后强度差(破坏拉脱力＜135n)，或者焊接过程中玻璃极易破裂，难以完成焊接过程
破坏拉脱力测试条件：将上述测试零件分别在高温(120℃)、高湿(湿度90％)、高低温循环(-40℃持续24小时，然后120℃持续24小时)、持续通电及间歇性通电这5个工况下，用测试拉力器一端连接已焊接的器件，另一端用重物固定，从而显示拉力器的值，测试500小时，每组12个样件，要求测试过程不允许有脱落，测试前后的破坏拉脱力(垂直/剪切)。每个样件结果平均值如表1所示。
老化测试条件：将测试零件置入老化房中，升温至60℃，每24小时重复测试上述破坏拉脱力测试(即24小时作为1个周期)，破坏拉脱力降低至初始值的90％以下为不合格。
表1
*单位：重量％
通过使用本发明的无线焊锡材料，焊接过程可操作性强，焊接强度高，并且不影响玻璃的性能，并且在后期的长时间老化过程中性能保持不变，耐老化性能良好，非常适合需要长期在户外使用的玻璃部件的焊接。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。