CN110369913A - 一种锡铋合金焊丝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊丝制备技术领域，具体公开了一种锡铋合金焊丝的制备方法，所述连轧步骤中，选择在特定的变形速率和变形温度下对锡铋合金进行热轧，在高温条件下，铋原子可以较大幅度地固溶与锡的晶格当中，降低铋相的当量，提高合金的塑性；在本发明特定的条件下，锡的变形能力显著增加，屈服强度降低，软化能力大大增强，在外在应力时能迅速发生形变，化解应力冲击，使基体不发生裂纹，随着变形的进行，虽然铋相在“滚动”和相互摩擦中发生断裂会产生细纹，但较慢的变形速度下，该细纹也会迅速被锡填充，宏观上合金表现出良好地塑性，为后续的连续拉丝提供了有利条件。

Description

一种锡铋合金焊丝的制备方法

技术领域

本发明涉及焊丝制备技术领域，具体涉及一种锡铋合金焊丝的制备方法。

背景技术

铅锡钎料主要含铅、锡及少量其他合金元素，具有熔点低、强度高、工艺性能好、资源丰富及价格便宜等优点，是一种极为理想的电子焊接材料，在电子工业中得到广泛应用。而据调查显示，目前90％以上电子产品在消费者使用一定时间后，便会由废品收购商回收，其中部分电子产品在没有任何防护措施下进行拆解，这些电子产品中所含的金属铅具有强烈的毒性，长期接触会严重危害人体健康。随着人类环保意识的日益增强，人们已经意识到含铅钎料对环境的污染，禁止使用含铅钎料的呼声越来越高，各个国家也相继出台了禁止在消费电子产品中使用含铅原料的相关法案。因此，研制新型无铅钎料取代传统的铅锡钎料成为钎焊界关注的热点。在已知的低温无铅钎料领域，共晶锡铋合金(铋57wt％)，常压下熔点仅有139℃，其流动性好，抗氧化性能突出，具有极好的低温钎焊性能，受到众多研究者和生产者的青睐。

然而，室温条件下，锡铋合金的共晶组织为锡与铋的机械混合物，锡铋两相相互的固溶度很低，而铋的塑性差，在一般条件下几乎没有塑性，在锡铋的共晶组织中，具有很少滑移系的斜方晶系晶体结构的铋相阻滞位错运动的进行，而位错运动恰恰是材料变形的基本途径，因此，锡铋合金在一般条件下塑性极差，延伸率不足0.5％，被公认为一种脆性材料，难以塑性成型。

作为电子产品领域的钎料，焊丝一般直径为Φ0.5～Φ1.5mm，先制杆，再依靠多道次拉伸，最终制成各种规格的丝材。但由于锡铋合金塑性极差，在目前焊丝生产技术下，很难实现较大程度的拉伸变形，极大限制了锡铋合金焊丝产品的推广应用。为此，现有技术公开了一种Sn-58Bi焊丝的制备方法，其将液态的Sn-58Bi合金浇铸成杆状坯料后通过预热后的模具连续挤压成形，最终得到所述焊丝。然而，采用该方法生产时，存在挤压坯锭之间端面焊合不良引起的裹芯问题，严重影响了锡铋合金焊丝产品的质量。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术采用挤压拉丝制备锡铋合金焊丝存在因挤压坯锭之间端面焊合不良引起裹芯问题的缺陷，从而提供一种锡铋合金焊丝的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种锡铋合金焊丝的制备方法，包括熔炼、连铸、连轧和连续拉丝的步骤，其中，所述连轧步骤中，将锡铋合金铸杆浸入60～110℃的热浴介质进行连续轧制，得到锡铋合金线材，所述锡铋合金线材的出线速度为10～30m/min。

进一步地，所述热浴介质为乳液，热浴温度为60～90℃；或者，

所述热浴介质为润滑油，热浴温度为60～110℃。

进一步地，所述连续轧制的道次变形量为10～20％，轧制总变形量＞85％。

更进一步地，采用孔型轧机进行所述连轧，所述孔型轧机为两辊孔型或多辊孔型。

进一步地，所述锡铋合金线材的直径为1.6～2.5mm。

进一步地，所述连铸步骤中，将锡铋合金液以下引铸造方式进行连续铸造，得到所述锡铋合金铸杆。

更进一步地，所述下引铸造可以同时引铸一根或多根所述锡铋合金铸杆。进一步地，所述锡铋合金铸杆的直径为6～12mm。

更进一步地，所述连铸步骤中，锡铋合金液的液面高度为100～300mm；铸造温度为170～250℃；出杆温度为20～35℃；出杆速度为20～120mm/min。

进一步地，还包括对所述锡铋合金铸杆进行连续卷取的步骤。

更进一步地，采用收卷机进行所述卷取。

进一步地，加热熔融锡锭和铋锭原料，搅拌，得混合均匀的锡铋合金液，浇铸成型，得锡铋合金铸锭；再对所述锡铋合金铸锭进行熔炼。

进一步地，所述连续拉丝步骤中，对所述锡铋合金线材进行全浸式润滑方式连续拉丝，道次伸长率为1.05～1.1。

更进一步地，采用无滑动或微滑动连续拉丝机进行所述拉丝。

更进一步地，所述拉丝可以在一台拉丝机上一次完成，也可分两次或多次完成。

本发明的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的锡铋合金焊丝的制备方法，包括熔炼、连铸、连轧和连续拉丝的步骤，所述连轧步骤中，选择在特定的变形速率和变形温度下对锡铋合金进行热轧，一方面，在高温条件下，铋原子可以较大幅度地固溶与锡的晶格当中，降低铋相的当量，提高合金的塑性；另一方面，在本发明特定的条件下，锡的变形能力显著增加，屈服强度降低，软化能力大大增强，在外在应力时能迅速发生形变，化解应力冲击，使基体不发生裂纹，随着变形的进行，虽然铋相在“滚动”和相互摩擦中发生断裂会产生细纹，但在本发明较慢的变形速度下，该细纹也会迅速被“很软”的锡填充，宏观上合金表现出很好地塑性；另外，在此过程中，铋相受到极大的破碎作用，其尺寸不断减小，晶粒得到细化，弥散分布更均匀，变形能力也会得以提高，最终使锡铋合金整体上塑性得到大幅提升，为后续的连续拉丝提供了有利条件。

2.本发明提供的锡铋合金焊丝的制备方法，采用乳液或润滑油的热浴介质对锡铋合金铸杆进行加热，不仅具有加热速度快、温度恒定等优点，而且该热浴介质同时还可以起到润滑的作用，有效避免发生粘膜问题。

3.本发明提供的锡铋合金焊丝的制备方法，采用下引铸造的连续铸造方式，利用熔体自身重力，有效提高铸杆的致密度，提高了产品的质量。

4.本发明提供的锡铋合金焊丝的制备方法，通过控制出杆温度以迅速提高锡铋合金的屈服强度，防止其发生失稳蠕变而发生形变。

5.本发明提供的锡铋合金焊丝的制备方法，对所述锡铋合金铸杆进行连续卷取，增大道次单重，提高了生产效率。

6.本发明提供的锡铋合金焊丝的制备方法，采用预制合金及两次熔化的方式，使锡铋合金成分均匀，有利于适应合金的不间断连续熔炼及连续铸造。

7.本发明提供的锡铋合金焊丝的制备方法，采用多道次连续热轧，避免传统拉丝过程中线材表面产生的沟槽及粗糙，确保了产品前道坯料致密性，热轧工序得到的锡铋合金线材直径为1.6～2.5mm，大大减少后续拉丝道次及难度，提高了成品率和生产效率。本发明的方法，改善了锡铋合金的加工性能，有效缩短了加工周期，摈弃了操作较为复杂、耗能较大的挤压工序，杜绝了因挤压造成的压余缺陷；整个生产过程采用卷式法生产，几乎无任何废料产生，成品率高，便于工业化批量生产。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例提供了一种直径为0.5mm的锡铋合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)预制合金

按铋和锡的质量比为58:42，配制好原料，置于铁锅电炉中，加热，待锡锭和铋锭完全熔化后，充分搅拌数分钟，停止搅拌后浇铸成小铸锭，小铸锭为1千克左右的长条形状。

(2)连续熔炼及下引连铸

将上述预先制备好的锡铋合金锭在带有下引连续铸造装置的电阻炉中进行熔化，铸造装置装有八个直径为6mm的下引结晶器。所述电阻炉采用铁坩埚为容器，坩埚有效高度为300mm，坩埚内壁设置液位高度标尺。将熔炼温度设定为250℃，投入预制合金锭，使液面高度在200mm左右。待熔体的温度和液位稳定后，调节铸造参数为120mm/min，启动下引铸造机，并调节八个下引结晶器的冷却水流量和水温，使出水温度保持在25～35℃范围，一次性连续引铸八根直径为6mm规格的铸杆，制得的锡铋合金铸杆采用收卷机进行卷取。

(3)连续热浴轧制

将上一步骤制得的锡铋合金铸杆浸入60℃的乳化液中进行连续热浴轧制，采用平立辊布置的两辊轧机，共有18对辊，也即18道次，将锡铋合金轧至直径为1.6mm的锡铋合金线材，平均道次变形量为13.6％，轧制总变形量92.9％，轧制出线速度30m/min。

(4)连续拉丝

将上一步骤制得的锡铋合金线材在两台浸淋润滑式无滑动拉丝机上进行连续拉丝，其中第一台分16道次将合金线材拉至直径为0.8mm，道次伸长率1.09，总伸长率4.0；第二台分18道次将合金线材从直径为0.8mm拉至直径为0.5mm，道次伸长率为1.05，总伸长率为2.56。

经观察和测试，所制得的直径为0.5mm的锡铋合金焊丝表面光洁，抗拉强度80MPa以上，产品润湿性优良，拉丝过程中断线率极低，制备过程几乎不产生废料。

实施例2

本实施例提供了一种直径为1.2mm的锡铋合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)预制合金

按铋和锡的质量比为58:42，配制好原料，置于铁锅电炉中，加热，待锡锭和铋锭完全熔化后，充分搅拌数分钟，停止搅拌后浇铸成小铸锭，小铸锭为1千克左右的长条形状。

(2)连续熔炼及下引连铸

将上述预先制备好的锡铋合金锭在带有下引连续铸造装置的电阻炉中进行熔化，铸造装置装有一个直径为12mm的下引结晶器。所述电阻炉采用铁坩埚为容器，坩埚有效高度为400mm，坩埚内壁设置液位高度标尺。将熔炼温度设定为170℃，投入预制合金锭，使液面高度在300mm左右。待熔体的温度和液位稳定后，调节铸造参数为20mm/min，启动下引铸造机，并调节八个下引结晶器的冷却水流量和水温，使出水温度保持在25～35℃范围，连续引铸单根直径为12mm规格的铸杆，制得的锡铋合金铸杆采用收卷机进行卷取。

(3)连续热浴轧制

将上一步骤制得的锡铋合金铸杆浸入110℃的机械润滑油中进行连续热浴轧制，采用Y型线材三辊连轧机，共有14对辊，也即14道次，将锡铋合金轧至直径为2.5mm的锡铋合金线材，平均道次变形量为20％，轧制总变形量95.6％，轧制出线速度20m/min。

(4)连续拉丝

将上一步骤制得的锡铋合金线材在两台浸淋润滑式无滑动拉丝机上进行连续拉丝，其中第一台分14道次将合金线材拉至直径为1.7mm，道次伸长率1.056，总伸长率2.16；第二台分14道次将合金线材从直径为1.7mm拉至直径为1.2mm，道次伸长率为1.05，总伸长率为2.0。

经观察和测试，所制得的直径为1.2mm的锡铋合金焊丝表面光洁，抗拉强度80MPa以上，产品润湿性优良，拉丝过程中几乎没有断线率，制备过程几乎不产生废料。。

实施例3

本实施例提供了一种直径为1.0mm的锡铋合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)预制合金

按铋和锡的质量比为58:42，配制好原料，置于铁锅电炉中，加热，待锡锭和铋锭完全熔化后，充分搅拌数分钟，停止搅拌后浇铸成小铸锭，小铸锭为1千克左右的长条形状。

(2)连续熔炼及下引连铸

将上述预先制备好的锡铋合金锭在带有下引连续铸造装置的电阻炉中进行熔化，铸造装置装有八个直径为8mm的下引结晶器。所述电阻炉采用铁坩埚为容器，坩埚有效高度为300mm，坩埚内壁设置液位高度标尺。将熔炼温度设定为200℃，投入预制合金锭，使液面高度在100mm左右。待熔体的温度和液位稳定后，调节铸造参数为80mm/min，启动下引铸造机，并调节八个下引结晶器的冷却水流量和水温，使出水温度保持在25～35℃范围，一次性连续引铸八根直径为8mm规格的铸杆，制得的锡铋合金铸杆采用收卷机进行卷取。

(3)连续热浴轧制

将上一步骤制得的锡铋合金铸杆浸入70℃的乳化液中进行连续热浴轧制，采用Y型线材三辊连轧机，共有14对辊，也即14道次，将锡铋合金轧至直径为2.0mm的锡铋合金线材，平均道次变形量为18％，轧制总变形量93.75％，轧制出线速度10m/min。

(4)连续拉丝

将上一步骤制得的锡铋合金线材在一台浸淋润滑式无滑动拉丝机上进行连续拉丝，分15道次将合金线材拉至直径为1.0mm，道次伸长率约为1.10，总伸长率4.0。

经观察和测试，所制得的直径为1.0mm的锡铋合金焊丝表面光洁，抗拉强度80MPa以上，产品润湿性优良，拉丝过程中几乎没有断线率，制备过程几乎不产生废料。

对比例1

本对比例提供了一种直径为1.0mm的锡铋合金焊丝的制备方法，其步骤基本同实施例3，不同之处在于，本对比例中，连续热浴轧制步骤中，乳化液的温度为40℃，轧制出线速度50m/min。

经观察和测试，所制得的锡铋合金焊丝表面有大量裂纹，抗拉强度不足30MPa，拉丝过程中有较多断线现象。

对比例2

本对比例提供了一种直径为1.0mm的锡铋合金焊丝的制备方法，其步骤基本同实施例3，不同之处在于，本对比例中，连续热浴轧制步骤中，轧制出线速度50m/min。

经观察和测试，所制得的锡铋合金焊丝表面有少量裂纹，抗拉强度为58MPa，拉丝过程中有少量断线现象。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种锡铋合金焊丝的制备方法，包括熔炼、连铸、连轧和连续拉丝的步骤，其特征在于，所述连轧步骤中，将锡铋合金铸杆浸入60～110℃的热浴介质进行连续轧制，得到锡铋合金线材，所述锡铋合金线材的出线速度为10～30m/min。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热浴介质为乳液，热浴温度为60～90℃；或者，

所述热浴介质为润滑油，热浴温度为60～110℃。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述连续轧制的道次变形量为10～20％，轧制总变形量＞85％。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锡铋合金线材的直径为1.6～2.5mm。

5.根据权利要求1-4任一所述的制备方法，其特征在于，所述连铸步骤中，将锡铋合金液以下引铸造方式进行连续铸造，得到所述锡铋合金铸杆。

6.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，所述锡铋合金铸杆的直径为6～12mm。

7.根据权利要求1-6任一所述的制备方法，其特征在于，所述连铸步骤中，锡铋合金液的液面高度为100～300mm；铸造温度为170～250℃；出杆温度为20～35℃；出杆速度为20～120mm/min。

8.根据权利要求1-7任一所述的制备方法，其特征在于，还包括对所述锡铋合金铸杆进行连续卷取的步骤。

9.根据权利要求1-8任一所述的制备方法，其特征在于，加热熔融锡锭和铋锭原料，搅拌，得混合均匀的锡铋合金液，浇铸成型，得锡铋合金铸锭；再对所述锡铋合金铸锭进行熔炼。

10.根据权利要求1-9任一所述的制备方法，其特征在于，所述连续拉丝步骤中，对所述锡铋合金线材进行全浸式润滑方式连续拉丝，道次伸长率为1.05～1.1。