专利名称：一种锡硒中间合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无铅焊料的制备方法，尤其是锡硒中间合金的制备方法。
背景技术：
锡焊料广泛应用于电子元件焊接，锡焊料分为锡铅焊料和无铅焊料，由于传统的锡铅焊料受到环保制约而在众多领域被禁用，目前除了某些特殊领域，无铅焊料已取代了锡铅焊料。由于无铅焊料与锡铅焊料相比，在润湿性能方面存在较大的差距，因而人们不断研究提高无铅焊料润湿性能的方法，而在无铅焊料中添加改良元素提高其润湿性能是主要的技术途径之一。大量的研究表明，在无铅焊料中添加重量百分比为0. 002 0. 010%的硒，可以明显提高其润湿性和抗氧化性能。硒为黑灰色六方晶系元素，熔点为217°C，沸点 684. 9°C，密度为4. 81g/cm3,单质硒是一种低毒物质，但熔融的硒极易与空气中的氧反应生成剧毒的二氧化硒，二氧化硒熔点为315 317°C，于340 350°C升华。锡硒二元合金相图显示，锡硒二元合金的液相线温度最高达860°C，因此在以锡为基体的无铅焊料中直接添加硒不仅非常危险，也是非常不经济的，同样也难以保证合金成分的均勻性。现有常规技术是将锡和硒配制成二元中间合金，用锡硒二元中间合金添加到无铅焊料中，配制成所需的含硒无铅焊料成分。配制锡硒中间合金，由于硒上述特性和锡硒二元合金相图的特点，在熔化的锡中直接添加硒，硒迅速熔化，并在硒周围与锡形成高浓度的金属间化合物，由于来不及熔解在锡熔体中而浮在金属液表面，部分熔化的硒来不及与锡形成金属间化合物也浮在金属液表面，两者均与空气中的氧迅速反应生成剧毒的二氧化硒，并挥发到空气中，对环境和作业人员带来危害，同时也大量损失硒元素。如果采用真空或惰性气体保护炉配制锡硒中间合金， 由于其合金的液相线温度高达860°C，势必将金属的温度控制在较高的水平，及考虑到锡和硒形成的金属间化合物密度远小于锡而浮在表面上，因此不仅会消耗大量的电能，而且仍有部分硒会汽化而损失，且对设备的要求非常高。因此锡硒中间合金的制备难度大、要求高，目前国内市场很难采购到产品。
发明内容
本发明为解决现有技术在使用中，存在的问题，提供一种锡硒中间合金产品的制备方法。本发明解决现有问题的技术方案是一种锡硒中间合金制备方法，步骤如下
1)熔化锡浇铸成挤压坯锭，并切除浇口；
2)挤压坯锭截面上径向加工有一个或至少三个盲孔，所述的盲孔底部与坯锭底部相距 10 15mm ；
3)根据挤压坯锭的重量及硒含量的要求，称取所需的硒粒重量，与锡粉按照1:广2比例充分混合均勻，填入挤压坯锭的盲孔内，上部预留有l(Tl5mm空间，用锡铜合金制成的堵杆堵上；
4)加热挤压坯锭，加热温度为135 165°C，保持时间不少于20分钟；
5)将加热的挤压坯锭放入挤压机模具内挤压成8 12mm的锡硒中间合金棒材，模具温度不高于150°C ；
6)锡硒中间合金棒材收卷后，截除不含硒棒材的头部和尾部部分。称取余留部分重量， 将所用硒粒重量除以本步骤获得的锡硒中间合金重量，再乘以100%，即为锡硒中间合金实际的含硒重量百分数。作为本发明方法的进一步改进，所述的一个盲孔设置于挤压坯锭的轴心线位置。作为本发明方法的进一步改进，所述的一个盲孔设置于挤压坯锭的轴心线位置， 其他盲孔以挤压坯锭轴心线为中心，均布于挤压坯锭截面上。作为本发明方法的进一步改进，所述的盲孔孔径为5、mm。作为本发明方法的进一步改进，所述的均布于挤压坯锭上的多个盲孔孔心距挤压坯锭轴心线的最大距离为挤压坯锭直径的0. 2 0. 3倍，盲孔数量根据所配制的中间合金硒含量确定
作为本发明方法的进一步改进，当挤压坯锭直径大于72mm，盲孔孔心距挤压坯锭轴心线的最大距离为挤压坯锭直径的0. 3倍；当挤压坯锭直径在72mm，盲孔孔心距挤压坯锭轴心线的最大距离为挤压坯锭直径的0. 25倍；当挤压坯锭直径小于72mm，盲孔孔心距挤压坯锭轴心线的最大距离为挤压坯锭直径的0. 2倍。作为本发明方法的进一步改进，所述的步骤5)挤压模具中，挤压坯锭上堵杆朝上放置。本发明与现有技术相比，具有以下突出优点
1、本发明采用包裹挤压法制备锡硒中间合金，利用硒与锡在强烈变形挤压摩擦和热的作用下，硒被挤压成微米级以下的微粒，并与锡形成机械混合物，并最大限度分散在锡中， 有利于在使用锡硒中间合金时，硒与锌的机械混合物能迅速熔于无铅焊料合金熔体中。制备过程所需的温度低于硒的熔点，不存在熔融硒氧化、汽化和升华现象，不会产生剧毒的二氧化硒，因此对环境和作业人员不会产生负面影响。也不会有硒的损耗。2、本发明制备设备简单，无需复杂的真空或惰性气体保护炉。3、制得的锡硒中间合金为棒材，使用方便。本发明制的的锡硒中间合金在使用时，添加后的无铅焊料熔体搅拌时间不少于10 分钟，以便使合金成分更为均勻。
图1是本发明所述步骤1 3操作结果的示意图， 图2是本发明所述步骤5的示意图，
图示中1为锡铜制成的堵杆，2为锡与硒的混合物，3为挤压坯锭，dl为挤压坯锭的直径，d2为盲孔分布所在圆的最大直径，4为挤压顶杆，5为挤压模具，6为挤压制成的锡硒中间合金棒材，7为挤压出线模。
具体实施方式
以下结合本实施例对本发明作进一步描述
本实施例制备的锡硒中间合金的硒重量百分比初定为0. 8%左右。步骤1 采用25kg坩埚电炉，将IOkg纯锡放入坩埚内，电炉温度设置在350°C，待锡全部溶化后，熔体达到350°C时，将熔化的锡倒入铸模，待冷却至80°C以下倒出，即制成挤压坯锭3，挤压坯锭3的直径dl为72mm，长度为300mm，切除挤压坯锭3的浇铸口。步骤2 在挤压坯锭3截面径向以挤压坯锭3轴心线为中心合计加工出五个直径为6mm的盲孔，一个盲孔设置于挤压坯锭的轴心线位置，其他四个盲孔均布于挤压坯锭3的截面上，盲孔孔心距挤压坯锭3轴心线的最大距离即为d2的1/2，d2为挤压坯锭3直径的 0. 5倍，即36mm，盲孔的底端与挤压坯锭的底面留有12mm的距离。步骤3 称得挤压坯锭3的重量为8. 5kg,所需硒粒的重量为8. 5kgX0. 8%=68g, 考虑到需要截除不含硒的中间合金棒材的头尾部分，称取硒粒的重量为67g，再称取锡粉 110g，两者充分混合均勻后制的锡硒混合物2，填入盲孔内，盲孔顶部预留IOmm的空间，然后用直径为5. 8mm、长度为20mm的堵杆1堵上，堵杆1用含铜为10%的锡铜合金制成，用工具轻轻敲击堵杆1顶部，将混合物尽量压实。步骤4 在烘箱中加热挤压坯锭3，烘箱温度设定在14(T160°C，利于锡硒混合物中的空气排出，烘箱温度达到设定值后，继续加热挤压坯锭的时间不少于20分钟，本实施案例中加热时间为25分钟。步骤5 加热后的挤压坯锭放入挤压力为3. 5丽的挤压机模具5内，挤压坯锭3安装的堵杆1端朝上，模具温度设定为120°C，开启挤压机将挤压坯锭挤压成直径为IOmm的锡硒中间合金棒材6。步骤6 锡硒中间合金棒6材收卷后，截除不含硒棒材的头尾部分，从头尾两端开始，用工具每隔25 50mm剪除一段，用放大镜检查其断面是否可观察到灰色或黑色的斑点，如无，则继续按25 50mm—段剪除，直至可观察到断面有灰色或黑色的斑点为止，余留部分即为锡硒中间合金，本实施例称取的余留部分重量为8. 22kg，将本实施例步骤3称取的硒粒重量67g除以本步骤获得的锡硒中间合金重量8. 22kg，乘以100%，即本实施例锡硒中间合金实际的含硒重量百分数为0. 815%。本发明不局限于上述实施例，在实际应用中，可以根据不同的锡硒中间合金成分要求、挤压设备、模具等，选择上述实施例，或除上述实施例以外的参数、挤压设备和模具等，但均不宜任何形式限制本发明的范围。
权利要求
1.一种锡硒中间合金制备方法，其特征在于步骤如下1)熔化锡浇铸成挤压坯锭，并切除浇口；2)挤压坯锭截面上径向加工有一个或至少三个盲孔，所述的盲孔底部与坯锭底部相距 10 15mm ；3)根据挤压坯锭的重量及硒含量的要求，称取所需的硒粒重量，与锡粉按照1:广2比例充分混合均勻，填入挤压坯锭的盲孔内，上部预留有l(Tl5mm空间，用锡铜合金制成的堵杆堵上；4)加热挤压坯锭，加热温度为135 165°C，保持时间不少于20分钟；5)将加热的挤压坯锭放入挤压机模具内挤压成8 12mm的锡硒中间合金棒材，模具温度不高于150°C ；6)锡硒中间合金棒材收卷后，截除不含硒棒材的头部和尾部部分。
2.如权利要求1所述的锡硒中间合金制备方法，其特征在于所述的一个盲孔设置于挤压坯锭的轴心线位置。
3.如权利要求1或2所述的锡硒中间合金制备方法，其特征在于所述的一个盲孔设置于挤压坯锭的轴心线位置，其他盲孔以挤压坯锭轴心线为中心，均布于挤压坯锭截面上。
4.如权利要求1或2或3所述的锡硒中间合金制备方法，其特征在于所述的盲孔孔径为5 8mm。
5.如权利要求1或2所述的锡硒中间合金制备方法，其特征在于所述的均布于挤压坯锭上的多个盲孔孔心距挤压坯锭轴心线的最大距离为挤压坯锭直径的0. 2 0. 3倍，盲孔数量根据所配制的中间合金硒含量确定。
6.如权利要求5所述的锡硒中间合金制备方法，其特征在于当挤压坯锭直径大于 72mm，盲孔孔心距挤压坯锭轴心线的最大距离为挤压坯锭直径的0. 3倍；当挤压坯锭直径在72mm，盲孔孔心距挤压坯锭轴心线的最大距离为挤压坯锭直径的0. 25倍；当挤压坯锭直径小于72mm，盲孔孔心距挤压坯锭轴心线的最大距离为挤压坯锭直径的0. 2倍。
7.如权利要求1所述的锡硒中间合金制备方法，其特征在于所述的步骤5)挤压模具中，挤压坯锭上堵杆朝上放置。
全文摘要
本发明公开了是一种锡硒中间合金制备方法，采用包裹挤压法制备锡硒中间合金，利用硒与锡在强烈变形挤压摩擦和热的作用下，硒被挤压成微米级以下的微粒，并与锡形成机械混合物，并最大限度分散在锡中，有利于在使用锡硒中间合金时，硒与锌的机械混合物能迅速熔于无铅焊料合金熔体中。制备过程所需的温度低于硒的熔点，不存在熔融硒氧化、汽化和升华现象，不会产生剧毒的二氧化硒，因此对环境和作业人员不会产生负面影响。也不会有硒的损耗。本发明制备的锡硒中间合金在使用时，添加后的无铅焊料熔体搅拌时间不少于10分钟，以便使合金成分更为均匀。
文档编号B23K35/14GK102248331SQ20111017934
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者张小龙, 戴国水, 薛建平, 钱国统 申请人:绍兴市天龙锡材有限公司