本發(fā)明涉及一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料及其制備方法，屬于鎂合金焊接材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：以往的傳統(tǒng)焊料是錫鉛系焊料，因?yàn)槿埸c(diǎn)低、可焊性能優(yōu)異，且成本低廉，在以往被大量使用。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的時(shí)間日漸縮短，從而產(chǎn)生大量的電子產(chǎn)品廢棄物。從被拆卸丟棄的電子產(chǎn)品中去除的印刷電路板，通常被切碎埋在地底下。如果雨水滲入到地底，接觸到被埋藏的電子線路板，錫鉛焊料中的鉛就會(huì)以離子狀態(tài)分離出來，進(jìn)入河流、湖泊等，污染水源。如果長(zhǎng)期飲用含有鉛的水，鉛就會(huì)沉積在體內(nèi)，最終導(dǎo)致鉛中毒。因此，美國(guó)、日本、歐盟和中國(guó)先后頒布了禁鉛法令，禁止電子產(chǎn)品中使用有鉛焊料。所以，需要大力發(fā)展不含有鉛的焊料，即無鉛焊料。當(dāng)前業(yè)界比較認(rèn)可的無鉛焊料主要是Sn-Ag-Cu系和Sn-Bi系，尤以前者為代表。因?yàn)镾n-Ag-Cu系合金焊料容易獲得，技術(shù)問題較少，與傳統(tǒng)焊料的相容性好，焊點(diǎn)的可靠性高。但是應(yīng)用Sn-Ag-Cu系合金焊料完全取代錫鉛系焊料是不現(xiàn)實(shí)的，除去成本因素，最主要的是Sn-Ag-Cu系焊料的熔點(diǎn)高于錫鉛系焊料，導(dǎo)致焊接溫度上升。授權(quán)公告號(hào)CN102321829B，發(fā)明名稱：一種無銀低熔點(diǎn)錫鉍系無鉛焊料合金及其制備方法，該焊料合金由以下組分按重量百分比組成：Bi61～63％，Cd2～4％，Sb4～6％，Y0.01～0.03％，Ce0.01～0.03％，其余為Sn。該發(fā)明制得的焊料合金能有效提高抗拉強(qiáng)度、減小熔點(diǎn)范圍，降低熔點(diǎn)溫度，且降低了生產(chǎn)成本。申請(qǐng)公布號(hào)CN104690442A，發(fā)明名稱：一種低熔點(diǎn)無鉛焊料合金及其制作方法，由銦、銀、鎵、錫組成，所述各組分質(zhì)量百分比為:銦:10～20％，銀:1.5～4％，鎵:2.5-5％，錫:71～86％，金屬抗氧化劑:0.1～1％和稀土金屬:0.05-1％。該發(fā)明所述低熔點(diǎn)無鉛焊料是一種降低焊料固化點(diǎn)溫度的同時(shí)降低熔程的焊料；提高了焊接點(diǎn)在178℃≥T≥125℃條件下的焊接強(qiáng)度，用于在焊接過程中消除焊接溫度對(duì)焊接物損傷，可適用于汽車后擋風(fēng)玻璃插件焊接及電子精細(xì)元件的低溫焊接等領(lǐng)域。但是現(xiàn)有專利都是對(duì)焊料熔點(diǎn)進(jìn)行研究，對(duì)于硬度的研究很少。石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的新型片層納米材料，碳原子之間通過sp2雜化軌道形成碳-碳共價(jià)鍵。按照片層數(shù)可將石墨烯分為單層石墨烯、雙層石墨烯和多層石墨烯。單層石墨烯是構(gòu)建其它維度碳質(zhì)材料(0D富勒烯、1D碳納米管、3D石墨)的基本單元。在2004年，曼徹斯特大學(xué)物理系的一些教授通過剝離高定向排列的石墨制備得到單層石墨烯。石墨烯具有眾多優(yōu)異性能，比如：?jiǎn)螌邮?dǎo)熱率為5300W/m·K，由于石墨烯的垂直于石墨烯平面的未滿的π軌道，使石墨烯具有很高的電子遷移率。同時(shí)石墨烯的楊氏模量大于1000GPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到13GPa。石墨烯可以用于增強(qiáng)釬料的性能，X.D.Liu等人將GNSs作為增強(qiáng)體制備了GNSs增強(qiáng)復(fù)合釬料。制備步驟如下：運(yùn)用球磨工藝將GNSs和Sn-Ag-Cu釬料進(jìn)行混合；將混合粉體擠壓成形；將擠壓后預(yù)制塊在中溫下真空燒結(jié)制備得到復(fù)合釬料。通過測(cè)試，GNSs可以降低釬料與銅基板間接觸角、熱膨脹系數(shù)以及細(xì)化釬料微觀組織。同時(shí)對(duì)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示GNSs能使釬料強(qiáng)度得到明顯提高。但是石墨烯用于鋁鎂合金釬料的還沒有發(fā)現(xiàn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料及其制備方法，解決了現(xiàn)有低熔點(diǎn)焊接硬度不高、潤(rùn)濕性差等問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Zn5-8，Bi30-40，Mg0.2-0.5，In0.1-0.2，石墨烯0.01-0.015，余量為Sn和不可避免雜質(zhì)。優(yōu)選地：所述的Mg的含量為0.3-0.4％。優(yōu)選地：所述的In含量為0.1-0.15％。優(yōu)選地：所述的石墨烯的含量為0.01-0.012％。本發(fā)明也提供了一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：(1)按照比例制備除石墨烯以外的原料的合金，將制備的合金粉碎至100-150目備用；(2)將石墨烯加入酒精，用超聲處理；(3)將超聲處理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨機(jī)，150-200r/min，溫度150-200度，研磨10-15min；(4)將研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；(5)烘干后的混合物放入磨具，擠壓成型；(6)將成型后的混合粉在250-300度，燒結(jié)3-5h，既得低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料。優(yōu)選地：所述的超聲處理為；超聲波功率150-200W，頻率80-100kHz，時(shí)間2-3h。優(yōu)選地：所述的擠壓成型為80-90MPa，保持時(shí)間為15-20min。本發(fā)明的有益效果：Mg：Mg是焊料合金中的主要強(qiáng)化元素，而Mg加入量超過過高，會(huì)導(dǎo)致焊料的熔化溫度上升。為兼顧熔化溫度和強(qiáng)度，Mg含量為0.2～0.5％，優(yōu)選：0.3-0.4％。Zn:Zn是保證焊縫耐觸性的重要添加元素，Zn也可在一定程度上提高焊縫的強(qiáng)度。現(xiàn)有技術(shù)中Zn的加入量低于0.4％，則不能提供足以焊接接頭相當(dāng)?shù)某浞值哪臀g性。本發(fā)明采用加入Zn5-8％，在保證焊料可焊性的基礎(chǔ)上不會(huì)提高焊料的熔點(diǎn)。In：In的熔點(diǎn)低，加入In可以降低焊料的熔化溫度，粘度降低，流動(dòng)性增強(qiáng)，提高焊料的潤(rùn)濕性。但是In的價(jià)格比較貴，加入過多，成本過高。并且本發(fā)明含有石墨烯增強(qiáng)骨料，過多的加入In，會(huì)造成其強(qiáng)度的下降。因此In的含量為0.1-0.2％。石墨烯：石墨烯是一種增強(qiáng)材料，可以有效的增加焊料的強(qiáng)度和潤(rùn)濕性。并且石墨烯與Mg、Mn配合，可以有效的提高焊料的強(qiáng)度。但是石墨烯價(jià)格很貴，加入過多，成本過高，本發(fā)明采用0.01-0.015％，即可達(dá)到良好的強(qiáng)度。本發(fā)明的低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，通過優(yōu)化原料組成，添加Mg和石墨烯，有效的提高的焊料的硬度和降低了熔點(diǎn)，使其具有良好的焊接性能。本發(fā)明的焊料制備方法，采用超聲波預(yù)處理石墨烯，是使團(tuán)聚在一起的石墨烯均勻分散于酒精中，然后通過高能球磨使石墨烯與其他原料充分均勻混合，經(jīng)干燥后的焊料無粘連，采用擠壓成型為80-90MPa，保持時(shí)間為15-20min的成型工藝，在持續(xù)壓力作用下，模具中石墨烯與其它原料粉產(chǎn)生塑性流動(dòng)，這種流動(dòng)有助于釬料填滿粉體之間的縫隙和排除粉體之間的空氣，從而使復(fù)合釬料致密、微孔少。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例1一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Zn5，Bi30，Mg0.2，In0.1，石墨烯0.01，余量為Sn和不可避免雜質(zhì)。其的制備方法，包括以下步驟：(1)按照比例制備除石墨烯以外的原料的合金，將制備的合金粉碎至100-150目備用；(2)將石墨烯加入酒精，用超聲處理，超聲波功率150W，頻率80kHz，時(shí)間2h；(3)將超聲處理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨機(jī)，150r/min,溫度150度，研磨10min；(4)將研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；(5)烘干后的混合物放入磨具，擠壓成型，壓力80MPa，保持時(shí)間為15min；(6)將成型后的混合粉在250度，燒結(jié)5h，既得低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料。實(shí)施例2一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Zn7，Bi35，Mg0.3，In0.15，石墨烯0.012，余量為Sn和不可避免雜質(zhì)。其的制備方法，包括以下步驟：(1)按照比例制備除石墨烯以外的原料的合金，將制備的合金粉碎至100-150目備用；(2)將石墨烯加入酒精，用超聲處理，超聲波功率180W，頻率90kHz，時(shí)間2.5h；(3)將超聲處理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨機(jī)，180r/min,溫度180度，研磨12min；(4)將研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；(5)烘干后的混合物放入磨具，擠壓成型，壓力85MPa，保持時(shí)間為18min；(6)將成型后的混合粉在280度，燒結(jié)4h，既得低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料。實(shí)施例3一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Zn8，Bi40，Mg0.5，In0.2，石墨烯0.015，余量為Sn和不可避免雜質(zhì)。其的制備方法，包括以下步驟：(1)按照比例制備除石墨烯以外的原料的合金，將制備的合金粉碎至100-150目備用；(2)將石墨烯加入酒精，用超聲處理，超聲波功率200W，頻率100kHz，時(shí)間3h；(3)將超聲處理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨機(jī)，200r/min,溫度200度，研磨15min；(4)將研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；(5)烘干后的混合物放入磨具，擠壓成型，壓力90MPa，保持時(shí)間為20min；(6)將成型后的混合粉在300度，燒結(jié)3h，既得低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料。實(shí)施例4一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Zn6，Bi33，Mg0.3，In0.12，石墨烯0.012，余量為Sn和不可避免雜質(zhì)。其制備方法與實(shí)施例1一樣。實(shí)施例5一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Zn7，Bi38，Mg0.35，In0.1，石墨烯0.013，余量為Sn和不可避免雜質(zhì)。其制備方法與實(shí)施例1一樣。對(duì)比例1與實(shí)施例5基本相同，不同點(diǎn)在于：一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Zn7，Bi38，In0.1，石墨烯0.013，余量為Sn和不可避免雜質(zhì)。對(duì)比例2與實(shí)施例5基本相同，不同點(diǎn)在于：一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Zn7，Bi38，Mg0.35，In0.1，余量為Sn和不可避免雜質(zhì)。對(duì)比例3與實(shí)施例5基本相同，不同點(diǎn)在于：一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Zn7，Bi38，Mg0.15，In0.1，石墨烯0.020，余量為Sn和不可避免雜質(zhì)。對(duì)比例4與實(shí)施例5基本相同，不同點(diǎn)在于：一種低熔點(diǎn)高硬度無鉛焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Zn7，Bi38，Mg0.6，In0.1，石墨烯0.08，余量為Sn和不可避免雜質(zhì)。測(cè)定不同實(shí)施例所得焊料的固相溫度、液相溫度和硬度，具體結(jié)果見下表。固相溫度(℃)液相溫度(℃)硬度(HV)實(shí)施例114316562.3實(shí)施例213815965.1實(shí)施例314216262.1實(shí)施例413615864.6實(shí)施例514216462.6實(shí)施例613916363.1對(duì)比例114316751.3對(duì)比例214116548.6對(duì)比例315217355.6對(duì)比例415518151.3由以上數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明的焊料具有熔點(diǎn)較低、硬度較高的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)比例1-4改變Mg和石墨烯的量，可知Mg和石墨烯對(duì)于焊料硬度的影響是有機(jī)結(jié)合的，單純改變它們的含量會(huì)造成焊料硬度和熔點(diǎn)的極大變化。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3