[发明专利]低银亚共晶无铅焊料的熔铸设备及利用其制造焊料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锡基合金熔炼吸铸技术领域，尤其涉及到低银亚共晶无铅焊料半固态合金熔铸生产设备及利用该设备制造焊料的方法。

背景技术

从降低熔点角度来考虑，Sn-Ag-Cu系合金中的Ag质量含量一般在3.5%左右为宜，在平衡凝固条件下，在221℃发生共晶反应，其凝固过程为：L→Ag3Sn+βSn，在室温条件下从Sn-3.5Ag合金的组织由βSn、βSn和Ag3Sn形成的共晶体组成。但由于白银在地球含量少，属稀缺金属，而且焊料合金的制造和对焊料进行焊接时不可避免部分焊料中的银元素被氧化烧损，Sn-Ag-Cu系焊料中的耗银量超过其牌号中标注的含银量，焊料成本价格高是制约其全面推广的障碍。

当Ag的含量小于3.5wt.%时，亚共晶Sn-Ag-Cu焊料虽然价格成本低，在常规铸造工艺条件下发生亚共晶反应，形成亚稳态的粗大晶粒组织，导致焊料塑性和抗拉强度较低，且熔点偏高。通常期望焊料合金析出微细Ag3Sn金属化合物和细化晶粒来改善其性能，如采用大的冷却速率或通过加入合金元素来改善低银亚共晶无铅焊料的性能，添加Bi可以降低熔点和改善润湿性，但Bi元素超过质量百分比为7%的Bi使合金本身的塑性下降，使合金脆化，使焊料不能加工成线材使用，而且还能促进Ag3Sn粗化。

现有技术中，AIM的US6525577专利和US6352407专利，公开了Sn-Ag-Cu-Sb系无铅焊料，在Sn-Ag合金中加入Sb，合金组织多了Ag3(Sb,Sn)，这种Ag3(Sb,Sn)金属化合物对Sn-Ag合金基体起到弥散强化作用，从而提高焊料的抗蠕变性，还可抑制粗大Ag3Sn的生长，但Sb使合金熔点增加。专利CN102029479A公开了一种低银无铅焊料合金及其制造方法和装置，采用快速冷却和振动相结合的制造方法，有效地减少了熔程而使合金迅速凝固的方法，但这种单一机械振动模式难以破碎半固态合金的粗大树枝组织，这对锡基焊料合金的机械性能的提高受到了限度。专利CN103447506A公开了一种低熔点合金超声和机械搅拌复合熔炼设备，超声波工作头从侧面导入至金属熔体的方式会导致金属熔池温度分布不均；工作头与坩埚有间隙，间隙需通过耐热氟橡胶密封，人工固化密封过程至少需要8小时以上，且缺乏铸造成形装置，制造和生产效率较低；采用的机械搅拌法的生产效率低、易卷入气体、搅拌棒的寿命短及搅拌棒腐蚀易污染半固态金属浆料。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种生产效率高的低银亚共晶无铅焊料的熔铸设备，利用该熔铸设备制造的焊料铸件合金塑性好，熔点低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低银亚共晶无铅焊料的熔铸设备，其特征在于：包括保温加热熔炼装置、超声波搅拌系统、电磁波振荡系统、浇注系统、吸铸冷却系统和抽真空系统；保温加热熔炼装置包括坩埚、与坩埚配合的坩埚上盖、控温装置、测温探头和坩埚保温加热装置，测温探头和坩埚保温加热装置分别与控温装置电连接；吸铸冷却系统包括密封装置、真空吸铸室、设置在真空吸铸室内的成型模具和设置在成型模具上的循环冷却液管，成型模具的上端通过通气孔与真空吸铸室相连通，抽真空系统与真空吸铸室相连通；浇注系统包括浇口套、锥形阀杆和能驱动锥形阀杆上下移动液压驱动系统，液压驱动系统通过控制锥形阀杆的移动打开/关闭浇口；保温加热熔炼装置设置在吸铸冷却系统上方，浇口套安装在坩埚底面上且使坩埚与成型模具型腔相连通，液压驱动系统和超声波搅拌系统安装在坩埚上盖上，电磁波振荡系统设置在坩埚保温加热装置内。

进一步地，所述超声波搅拌系统包括调频超声波发生器、超声波换能器、变幅杆和工作头，超声波换能器和变幅杆安装在所述坩埚上盖上，工作头置于所述坩埚内。所述调频超声波发生器的超声波可调频率为15-25KHz。

进一步地，所述坩埚保温加热装置包括保温座体和设置保温座体上的感应加热丝，所述电磁波振荡系统包括安装在保温座体内的变频电源和电磁感应器，电磁感应器与超声波工作头方向相互垂直，电磁波振荡系统的磁场强度为0.1-1.0特斯拉。

进一步地，所述抽真空系统包括依次通过管道相连的真空表、真空调节器、真空罐、真空泵和机械泵，真空度可调范围为0.2×10^-2Pa-50KPa。

进一步地，所述的浇口套4-3材料为304不锈钢或石墨，浇口比坩埚底部略高约1-2mm，所述锥形阀杆采用热模具钢镀钛材料；所述坩埚、成型模具均由奥氏体304不锈钢材料制成。