[发明专利]一种锡铅锌锑合金，及其用途和制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于玻璃/陶瓷等为母材的低温钎焊材料，尤其涉及一种锡铅锌锑合金态丝材钎料及其制备方法。

背景技术

玻璃/陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀等特征，被广泛应用到冶金、宇航、能源、机械、汽车、电子、光学等领域。一直以来陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属的连接技术是各领域的研究重点，也是生产陶瓷产品的关键技术之一。目前实现陶瓷与金属连接的方法有很多，主要有：机械连接法、静电连接法、热等静压法、钎焊法和固态扩散连接法等。钎焊连接具有接头可靠、重复性好等优点成为陶瓷与金属连接最常用的方法。而活性金属直接钎焊法更是由于具有适用性较广、技术简单、连接强度高、重复性好、生产成本相对较低等优点，成为各国研究和应用的重点。

陶瓷与金属钎焊的另一个问题是热应力。陶瓷的热膨胀系数小，与金属的热膨胀系数相差较大。钎焊连接陶瓷与金属时，接头中会产生残余应力，削弱了接头的力学性能，严重时还会导致连接后接头的破坏开裂。为了减小由于材料线胀系数差异所引起的残余应力，一般采用方法有：采用软钎料、软性中间层、与陶瓷线胀系数相近的硬金属作中间层、复合中间层以及采用低温连接等。

陶瓷材料主要有离子键和共价键，表现出非常稳定的电子配位。要使陶瓷表面被金属键的金属钎料润湿，在钎料和陶瓷之间必须要有化学反应发生。通过反应使陶瓷表面分解形成新相，产生化学吸附机制，进而形成较强的界面结合力。一般过渡金属通过化学反应可以在陶瓷表面产生分解，形成由金属与陶瓷复合物组成的反应层，其结构与金属相同，可以被熔化的金属润湿。

目前活性钎料中常用Ti作为活性元素。低温活性钎料一般以Sn或Pb为基体元素，如SnAgTi10-4，固液温度221-300℃。温度低于200℃的活性钎料更少。

发明内容

本发明的目的是提供一种锡铅锌锑合金，将其作为新的低温活性软钎料能直接用于陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属之间的钎焊连接，以解决200℃下的活性钎料的缺乏。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种锡铅锌锑合金，其成分组成及质量百分比： Pb，20-50%；Zn，1.0-10%；Sb，0.2-5%；Sn，余量。

用于低温活性软钎料的最佳锡铅锌锑合金成分各组分质量百分比为：Pb：36-37%，Zn：3.0-3.5%，Sb：1.0-1.5%，Sn：余量。将按该配比范围的高纯锡、铅、锌和锑原材料经至少两阶段过程升温至熔化，再将熔化的液体在温度250℃～280℃下充分搅拌，冷凝后获得熔化温度在175-185℃之间合金态钎料。

本发明的另一目的是提供一种锡铅锌锑合金的用途及其制备方法，用于加工低温活性软钎料，直接钎焊陶瓷和陶瓷或钎焊陶瓷和金属，其制备方法中考虑了陶瓷与金属钎焊中的热应力问题。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种锡铅锌锑合金的用途，作为低温活性软钎料，直接钎焊陶瓷和陶瓷，或钎焊陶瓷和金属。

一种锡铅锌锑合金的制备方法，首先制备锡铅锌锑合金铸锭，再挤压为锡铅锌锑合金态丝材，方法步骤如下：

1）按不超配比范围计算，称重备高纯锡、铅、锌和锑原材料，所述各原材料成分质量百分比为：Pb，20-50%；Zn，1.0-10%；Sb，0.2-5%；Sn，余量；并将挤压用模具正确安装到挤压机中；

2）将金属锡、铅、锌和锑放入坩埚内，分两阶段升温，直至原材料全部熔化；

3）在熔化的锡铅锌锑金属液中加入甘油除气造渣； 

4）继续升温，控制熔化的金属液体温度到250℃～280℃，充分搅拌；

5）浇入石墨模内，空冷形成锡铅锌锑合金铸锭；

6）将制得的合格锡铅锌锑合金铸锭放置马弗炉，升温至110℃，保温2小时；同时，将挤压模具、挤压筒加热至110℃，保温待挤；

7）将保温2小时后的铸锭装入挤压筒，开启挤压机，给压力1-3MPa，待挤压杆向下接触到铸锭时，缓慢加压，待压力升至9MPa时，保持稳压；

8）待出丝后，观察出丝速度，不断调节压力，保持焊丝均匀挤出。

所述的步骤2）中，金属锡、铅、锌和锑的放入量确保熔化后的金属液不溢出坩埚为准。两步升温的具体过程为：a）开启电源，给功率5kw，预热坩埚及原材料至100-150℃， 5-10分钟；b）提高功率至20kw，直至原材料全部熔化。

在完成步骤5）后，在得到的铸锭头尾处各取样送化学分析、熔流点测试；将合格的铸锭剔除表面毛刺后进入到下程序。

本发明的优点是：