专利名称：一种合金丝及采用该合金丝的温度保险丝的制作方法
技术领域：
本发明属于电路保护技术领域，尤其涉及一种合金丝及采用该合金丝的温度保险
丝
背景技术：
各种电子和电器产品在使用中常会由于过流、过热等原因而导致电路的破坏，从而影响产品的正常使用。例如现有使用较广泛的随身携带的手机、数码相机等电子产品通常都使用锂离子电池供电，当发生过流、过热时，如不及时切断供电，可能导致电池爆炸等严重危害，现有为了保证锂电池的使用安全，一般都会在锂电池上设有温度保险丝。当电池断路或过充时，温度保险丝熔断从而保护电路以及产品。 —般温度保险丝为包裹有助熔剂的低熔点合金丝，若装有该保险丝的电器装置异常发热时，所释放的热量会使低熔点合金丝熔融。当一定量的合金丝转变为液相时，由于助熔剂的存在使液相金属在表面张力的作用下向两端收縮，最终分离为两球状液滴，实现电路关断动作。 其中，作为关键部件的低熔点合金丝现有一般采用污染少性能优良的In-Sn-Bi三元合金，或选择性添加金属Ag、 Cu、 Zn等，但现有百分比的合金丝由于从加工性能考虑，一般控制Bi含量较低，但制备的温度保险丝熔断温度较高，最低只能达到9(TC左右，特别是针对现有功率较大的电器装置，其工作电流较大，在大电流下由于电阻较高现有保险丝很难有效控制电流引起的自体发热，导致熔断温度误差变大，安全性能下降，使电器装置不能很好的得到保护，不能满足现有电器装置的需求，因此，找到适合现有发展的较适宜的低工作温度的低温保险丝仍然是现在拭待解决的问题。同时合金丝的固液共存区的温度范围较大， 一般是15°C以上，导致制备的温度保险丝熔断温度差异较大，精度较低等，最终影响电器装置的性能，例如，电池的安全性能降低，特别是难以同时满足电池的过充测试和温度冲击实验，不利于产品的质量控制和提高电池的安全性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有合金丝的液相限温度较高，固液共存区的温度范围较大，导致制备的温度保险丝的熔断温度较高，一致性、精度较差的缺点；提供一种液相限温度较低，固液共存区的温度范围较小的合金丝及含有这种合金丝的熔断温度较低，熔断温度精度较高的温度保险丝。 —种合金丝的质量百分组成包括In23-27%， Bi55-59%， Snl5_20%。
合金在温度上升过程中，由于在固液共存区内已有液相生成，故理论上在液相限温度(设为T)以下，熔融过程仍未完成，当合金具有充分流动性且表面张力足够大时，保险丝已具备熔断条件。设液相限以下至液相限处满足熔断条件的温度区间为AT(即属于固液共存区的温度范围)，为满足保险丝工作温度精度，要求A T尽可能小，即制作合金丝所需之金属固液共存区尽可能小。同时，在合金固液转变期间，任何相变化——包括固相转变，晶型转变等——均有可能影响合金相关物理性能。在选择制备合金丝的低温合金时应尽可能规避此类转变，因此，在满足AT尽可能小又需避免合金的相变化。
本发明的发明人意外的发现，通过调剂In-Sn-Bi三元体系的百份含量，特别是提升Bi的含量到55-59%时，能很好的控制合金固、液共存区宽度、液相限温度及固相转变峰的位置，且加工性能仍然满足现有工艺的要求。实验表明，当采用本发明的技术方案时，可使合金丝的液相限温度达到78-88°C，固液共存区的温度区间可以达到6°C，固、液共存温度范围区间狭窄，制备的温度保险丝熔断温度较低，熔断温度范围偏差较小，温度保险丝可以只在严格的设定温度下工作。 本发明同时提供了 一种温度保险丝，包括如上所述的合金丝，其中，合金丝上敷有助熔剂；合金丝和助熔剂被绝缘膜包覆；合金丝的两端分别引出导电端子，导电端子部分被绝缘膜包覆。 本发明的额定动作温度是指在标准规定条件下，温度保险丝改变其导电状态的温度，UL标准规定在额定值+0/-101:范围内动作，简称Tf。熔断温度是指接通10mA以下
电流，在每分钟以o. 5 rc速度升温的油池中温度保险丝断开的温度称为实际熔断温度。
保持温度是指在温度保险丝中通以额定电流，能够连续维持168小时的最高温度，在UL中简称Th。 本发明所提供的温度保险丝的熔断温度可以达到83 ± rc ，熔断温度较低，精度较高，能进一步满足安全性能要求较高的电器设备的要求。本发明提供的温度保险丝的上述保持温度Th可以达到6(TC，额定电流为2A，实际额定动作温度可限定为88t:，温度较低，满足现有发展的需要。
图1为本发明温度保险丝一种优选实施方式的结构示意图； 图2为本发明温度保险丝一种优选实施方式的导电片的结构示意图； 图3为本发明合金丝一种优选实施方式的结构示意图； 图4为本发明温度保险丝一种优选实施方式的立体分解结构示意图； 图5为本发明实施例1的合金丝的DSC(差示扫描量热法)曲线图。
具体实施例方式
本发明的目的是为了克服现有合金丝的液相限温度较高，固液共存区的温度范围较大，导致制备的温度保险丝的熔断温度较高，一致性、精度较差的缺点；提供一种液相限温度较低，固液共存区的温度范围较小的合金丝，合金丝的质量百分组成包括In23-27X，Bi55-59%， Snl5-20%。 本发明通过调剂In-Sn-Bi三元体系的百份含量，特别是提升Bi的含量到55_59%时，能很好的控制合金固、液共存区宽度、液相限温度及固相转变峰的位置，且加工性能并没有明显降低仍然满足现有工艺。实验表明，当采用本发明的技术方案时，可使合金丝的液相限温度达到78-88°C，固液共存区的温度区间达到6°C，固、液共存温度范围区间狭窄，制备的温度保险丝的熔断温度范围的偏差小，温度保险丝可以只在严格的设定温度下工作。
其中，合金丝可以根据实际需要添加一些功能添加剂，例如为了增加合金的塑性，
4可以添加金属Ag、 Cu、 Zn中的一种或者几种的组合，添加剂金属的质量百分含量占合金丝总量的1_5%。 其中，本发明的合金丝的质量百分组成可进一步优选为In25_27%， Bi56_58%，
Znl-2%， Snl5% _18%，合金丝的液相限温度更低，固液共存区的温度范围更小，制备的温
度保险丝的工作温度更低低，熔断温度精度更高，更能满足现有技术的发展需要。 上述合金丝允许含有在各原料坯块的制造上、原料的熔融搅拌上等处理步骤带来
的不可避免的杂质。 本发明同时提供了 一种温度保险丝，包括如上所述的合金丝，其中，合金丝上敷有助熔剂；合金丝和助熔剂被绝缘膜包覆或部分包覆；合金丝的两端分别引出导电端子，导电端子部分被绝缘膜包覆。 其中，绝缘膜本发明没有特别限制，材料和形状均可为本领域技术人员公知，例如绝缘膜可为一筒体，合金丝处于筒体内；本发明优选绝缘膜包括绝缘底膜、绝缘上膜，绝缘底膜、绝缘上膜本发明可采用绝缘塑料制备得到，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、PEN等薄膜材料，可以采用双向拉伸法。绝缘上膜以热压、超声波的方式与绝缘底膜相连，构成一完整绝缘密闭空间将合金丝及助熔剂与外界隔离，该绝缘上膜应具有良好的热传导性能以降低膜内外温差。 其中，导电端子从合金丝两端引出，延伸出绝缘膜，目的是在温度保险丝工作时导通电流，可以为本领域技术人员公知的各种导电体，例如纯镍或镍基合金或镍铁铜复合材料的导电片，形状也没有限制，可以通过半硬态镍带冲压制成。 其中，助熔剂由松香、硬脂酸、液态醇类以及小分子酸按如下重量百分比混合而成松香50 70，硬脂酸5 20，液态醇类10 40，小分子酸0. 5 16。液态醇类为乙醇、正丁醇、异丁醇中的一种或者几种的混合。小分子酸为分子量为40-100的酸，如甲酸、冰乙酸、苯乙酸中的一种或者几种的混合。松香为氢化松香、岐化松香、聚合松香、普通松香中的一种或者几种的混合，松香的重量百分含量占助熔剂总量的50 70%。助熔剂的作用是当一定量的合金丝转变为液相时，由于助熔剂的存在使液相金属在表面张力的作用下向两端收縮，最终分离为两球状液滴，实现电路关断动作，同时助溶剂还可保护合金丝不被氧化。其中制备助熔剂本发明没有特别限制，例如原料在熔融情况下混合，保温脱水。通过保温温度和保温时间控制正丁醇挥发程度，通过硬脂酸与乙酸配平最终产物，进而控制其表面张力，以实现其对合金丝的熔断控制功能。助熔剂的施加量应保证填充绝缘膜与合金丝之间的空间，以抑制气泡的出现。 合金丝的形状本发明没有特别限制，可以根据实际需要进行设置，例如，采用冷热压挤出、牵引或注射等方式加工成丝，并进一步加工成具有一定形状、尺寸要求的熔丝元件，例如通过滚轧方式等加工成鼓形截面丝，本发明的温度保险丝，所使用的熔丝元件，可为外径为①350i!m-①700iim的圆形丝或同等截面积的扁平丝。在制备温度保险丝的过程中，在通过成型焊丝设备将熔丝元件焊至两导电片的同时，使其具有特定形状，以尽量减少由于自身内阻发热造成的对熔断温度的不良影响，同时为保证焊接效果，可预先在导电片待焊接位置镀锡或铜。 下面结合附图对本发明做进步详细描述 —种温度保险丝，包括导电片31、32、绝缘底膜1和绝缘上膜2、助熔剂5以及合金丝4，其中导电片31、32位于绝缘底膜1上，合金丝4两端分别与导电片31、32相连接，合金丝4上敷有助熔剂5，助熔剂5上覆有绝缘上膜2，如图1。两导电片31、32呈直线排列，中间保留一定间距；合金丝4连接于两导电片相对的一端处；合金丝4全部被助熔剂5包裹；最外层由起绝缘保护作用的绝缘上膜2和绝缘底膜11紧密结合成封闭状态，如图1。两导电片的端处采用局部镀锡以提高焊接性能，图2中的网格区为镀锡部分。保险丝的合金丝与导电片连接。 下面结合具体实施例进行进一步地说明
实施例1 采用主要组分为In26X、Bi57X、Zn2X，Snl5X的合金，采用热压挤出的方式将此合金加工成0 0. 65mm圆截面丝，采用滚轧方式将上述圆截面丝加工为厚度0. 2mm的鼓形截面丝，采用热压焊接的方式，将如图1所示的纯镍导电片31、32焊接至PET绝缘底膜1上，两两相对并在两片间留有一定间距，采用热压焊接的方式，将上述鼓形截面丝4焊接至上述两导电引片之上，将两导电引片连通。同时使合金丝外形、尺寸均保证可尽量降低连通电阻。为保证焊接效果，可预先在导电片待焊接位置镀锡或铜。采用超声波焊接的方式，将如图1所示的PET绝缘上膜2焊接至底膜1上，将上述合金元件4、助熔剂5及局部导电片密封封装。合金元件被助熔剂包覆，位于上膜预先冲压成的空间中。该空间应保证合金在液态下完全分离，并承托于空间中导电片的电镀区域上。
实施例2 采用与实施例l相同的方法制备温度保险丝，不同的是合金的组分为In25%、Bi58%、Ag2%， Snl5%。
实施例3 采用与实施例l相同的方法制备温度保险丝，不同的是合金的组分为In23%、Bi57%、Zn2%， Snl8%。
实施例4 采用与实施例l相同的方法制备温度保险丝，不同的是合金的组分为In26%、Bi55%、Zn2%， Snl7%。
实施例5 采用与实施例l相同的方法制备温度保险丝，不同的是合金的组分为In24%、Bi55%、Zn2%， Snl9%。
实施例6 采用与实施例l相同的方法制备温度保险丝，不同的是合金的组分为In24%、Bi59%、Zn2%， Snl5%。
对比例1 采用与实施例1相同的方法制备温度保险丝，不同的是合金的组分为In52. 2%、BilO%、Znl. 5%， Sn36. 3%。
性能测试 采用DSC (差示扫描量热法)测试实施例1-6及对比例1的合金丝的液相限温度，固体完全转变为液体时的温度为计量温度，这个温度就是液相限温度，可从DSC图上分析得到(在本实验的DSC曲线上吸热峰与水平线的前一个交点是固相限的点，后一个交点是
6液相限的点)。理论上合金丝完全转变为液相后才能熔断，液相限温度就是保险丝的理论熔 断温度。 熔断温度采用水浴或油浴，产品夹于万用表欧姆档，置于加热液(水或硅油)中，
以0. 5-l°C /min的速度加热，直至保险丝熔断，记录下此时的浴液(水或硅油)温度即为温
度保险丝熔断温度。 测试结果具体见表1和图5。 表1
实施 例1实施 例2实施 例3实施 例4实施 例5实施 例6对比例 1
组成In26% Bi57% Zn2% Snl5%In25% Bi58% Ag2% Snl5%In23% Bi57% Zn2% Snl8%In26% Bi55% Zn2% Snl7%In24% Bi55% Zn2% Snl9%In24% Bi59% Zn2% Snl5%In52. 2% Bi腦 Znl. 5% Sn36. 3%
合金丝液相 限温度/°c86878888848898
固液共存区 的温度范围80-8680-8780-8879-8878-8380-8880-98
温度保险丝 熔断温度83858584818694
温度保险丝 熔断温度精 度,c+ 1+ 1+ 2+ 2+ 2+ 3+ 4 从测试结果可以看出本发明的温度保险丝的熔断温度较低，甚至可以达到
83士rc，进一步满足现有人们对温度保险丝大规模应用的不同需求。且本发明的温度保险
丝的熔断温度范围较对比例的值要小的多，本发明可以达到86t:的液相限温度，8(rC的固 相限温度，明显降低了固液共存区的温度范围，即明显降低了固液共存区的温度区间，甚至 可以达到6°C ，很大程度提高合金丝的一致性，提高温度保险丝的精度，提高电器装置的品 质等安全性能。且本发明将对熔断精度的不良影响降到最低，有利于其在大电流环境下稳 定工作。
权利要求
一种合金丝，以质量百分含量计，组分包括，In23-27％，Bi55-59％，Sn 15-20％。
2. 根据权利要求1所述的合金丝，其特征在于，所述合金丝还包括添加剂金属Ag、 Cu、 Zn中的一种或几种，添加剂金属的质量百分含量占合金丝总量的1% -5%。
3. 根据权利要求l所述的合金丝，其特征在于，所述合金丝的质量百分组成包括 In25-27%， Bi56-58%， Znl-2%， Sn 15% -18%。
4. 根据权利要求l-3任意一项所述的合金丝，其特征在于，所述合金丝的液相限温度 为78-88°C，固液共存区的温度区间小于10°C。
5. —种温度保险丝包括合金丝，所述合金丝上敷有助熔剂；所述合金丝和助熔剂被绝 缘膜包覆；所述合金丝的两端分别引出导电端子，所述导电端子部分被绝缘膜包覆；特征 在于所述合金丝为权利要求l-4任意一项所述的合金丝。
6. 根据权利要求5所述的温度保险丝，其特征在于，所述绝缘膜包括绝缘底膜、绝缘上 膜，所述合金丝设置于绝缘底膜与绝缘上膜之间。
7. 根据权利要求5或6所述的温度保险丝，其特征在于，所述温度保险丝的熔断温度为83±rc。
8. 根据权利要求5或6所述的温度保险丝，其特征在于，所述温度保险丝的保持温度Th 为6(TC，额定电流为2A。
9. 根据权利要求5或6所述的温度保险丝，其特征在于，所述助熔剂由松香、硬脂酸、液 态醇类以及小分子酸按如下重量百分比混合而成松香 50 70硬脂酸 5 20液态醇类 10 40小分子酸 0. 5 16所述液态醇类选自乙醇、正丁醇、异丁醇中的一种或几种； 所述小分子酸为分子量为40-100的酸；所述松香选自氢化松香、岐化松香、聚合松香、普通松香中的一种或几种。
全文摘要
本发明提供了一种合金丝，以质量百分含量计，组分包括，In23-27％，Bi55-59％，其余为Sn，本发明的合金丝的液相限温度较低，固液共存区的温度范围较小。同时提供了含有这种合金丝的温度保险丝，提供的熔断温度较低，熔断温度精度较高，进一步提高了保险丝的安全性能，满足现有人们对温度保险丝大规模应用的不同需求。
文档编号C08K5/09GK101783270SQ20091010511
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者刘子岳, 吴强, 姜琳莉, 徐云湘, 粟利杰 申请人:比亚迪股份有限公司