含稀土锡锌焊料及其制备方法 技术领域
本发明涉及一种含稀土锡锌焊料及其制备方法，属电子元器件焊接用锡锌合金的制备技术领域。
背景技术
铅锡合金是一种曾被普遍应用的软钎焊材料，但由于铅对人的巨大毒性，引起世界极大关注并兴起了无铅化的趋势。现有对无铅焊料的要求主要有：1、铅含量低于0.1％；2、熔点越接近铅锡共晶合金越好；3、导电导热性良好；4、有一定的强度和延展性，可加工性好；5、原料供应充足，价格低廉；6、成份不能太复杂，便于回收利用。
现有的无铅焊料，有代表性的，如锡银系列合金中的Sn35Ag是锡银共晶合金，具有较低的熔化温度(221℃)，但银价昂贵，而且熔点略高，为了降低其熔化温度，通常的办法是加入大量的铋(Bi)和/或铟(In)，但铋的加入使合金变得硬而脆，不仅使加工困难，而且使钎焊接头不能耐受冲击，易于开焊；而铟的加入因铟的储量有限，价格高昂，而使成本高得难以接受。另一种有代表性的无铅焊料，如锡锑合金系列中的Sn5Sb，其固相线温度为235℃，液相线温度为240℃，降低熔点的办法和弊端与锡银合金系列一样。
发明内容
本发明的目地是提供一种既能避免铅的危害，又具有良好焊接性能和电气机械性能的含稀土锡锌焊料及其制备方法。
本发明为含稀土锡锌焊料，包含锡(Sn)，锌(Zn)等，其特征在于还同时包含以镧(La)、铈(Ce)等轻质稀土元素为主的混合稀土金属(RE)，各组份的组成按重量百分比计分别为：锌(Zn)8～10％，以镧(La)、(Ce)铈等轻质稀土元素为主的混合稀土金属(RE)0.01～0.12％，其余为锡(Sn)及总量不大于0.12％的杂质。
所述各组份的组成按重量百分比计可分别优先为：锌(Zn)8.5～9.5％，以镧(La)、铈(Ce)等轻质稀土元素为主的混合稀土金属(RE)0.04～0.08％，其余为锡(Sn)及总量不大于0.12％的杂质。
所述杂质中各组份的组成按重量百分比计可分别为：铁(Fe)＜0.01％，铅(Pb)＜0.1％，砷(As)＜0.008％，镉(Cd)＜0.008％。
本发明所述含稀土锡锌焊料的制备方法为：先将锡熔化后，加入锌锭，待锌熔化后，保持380℃温度并搅拌2小时，再加入包含以镧、铈等轻质稀土元素为主的混合稀土金属的锌基中间合金，升温待其熔化后，继续搅拌半小时，之后边搅拌边将含稀土锡锌焊料浇铸成园截面挤压坯，然后挤压成粗线坯，再经多次拉拔成含稀土锡锌焊料。
锡锌合金在锌含量为9％时为共晶合金，具有最低的熔点198.5℃，与现有铅锡焊料的熔点(183℃)最为接近，但是锌元素的化学性质极为活泼，由于锌的存在，使该合金的抗氧化性能和润湿性能变得很差。
稀土元素是一种极活泼的金属元素，本发明在锡锌合金中添加以镧、铈等轻质稀土元素为主的混合稀土金属，经多方研究和验证，与现有技术相比具有以下突出优点和积极效果：
1、在非真空熔炼的条件下，合金在熔炼过程中，不可避免的会吸入少量气体，合金中有稀土元素存在时，稀土元素会首先和这些气体化合，形成稀土化合物以渣的形式浮出熔融金属液面，从而起到除气体作用，使合金结构致密。
2、稀土元素是一种活性元素，液态下聚集在表面的稀土元素使得合金的表面能显著降低，从而降低了合金与铜基体之间的界面张力，改善了焊接条件，附图给出了在用活性松香作为钎剂的条件下，Sn-9Zn、Sn-9Zn-0.05RE、Sn-9Zn-0.1RE三种配方的锡锌焊料在不同温度条件下与铜的润湿角。
3、稀土氧化膜结构致密，能保护内部金属不致进一步氧化。稀土金属是一种微量合金元素，但是如果加入量＜0.01％，则稀土元素主要固溶于初生晶和共晶中，不能产生稀土相，因而作用不显著，但是稀土金属加入量过大，会产生粘滞的氧化稀土化合物夹杂，效果反而降低，所以，稀土加入量以0.01～0.12％为宜，优选的以0.04～0.08％为好。
混合稀土元素的加入办法，以锌基稀土中间合金的形式加入，这比加入单纯混合稀土元素的收得率高且易于操作。
附图说明
附图为在用活性松香作为钎剂的条件下，Sn-9Zn、Sn-9Zn-0.05RE、Sn-9Zn-0.1RE三种配方的锡锌焊料在不同温度条件下与铜的润湿角。
具体实施方式
以配置500kg含稀土Sn-9Zn焊料为例：
先将454.75kg锡锭熔化，之后加入40.25kg锌锭，等锌锭熔化后保持380℃温度并开始搅拌，2小时后加入含5％混合稀土金属的锌基中间合金5kg，搅拌并待其熔化后继续搅拌半小时，即可开始以后的浇铸、挤压、拉丝工序，拉制成所需成品直径的含稀土锡锌焊料。
按上述实施例，该含稀土锡锌焊料中各组份的组成按重量百分比计分别为：锌(Zn)9％，以镧(La)、铈(Ce)等轻质稀土元素为主的混合稀土金属(RE)0.05％，其余为锡(Sn)及总量不大于0.12％的杂质。杂质中各组份的组成按重量百分比计分别为：铁(Fe)＜0.01％，铅(Pb)＜0.1％，砷(As)＜0.008％，镉(Cd)＜0.008％。
上述实施例制备的含稀土锡锌焊料，经测试，其强度为68N/mm2，断后延伸率为51％，在用活性松香做助焊剂的情况下，245℃时与铜的润湿角为68°，润湿力为2mN。而不添加以镧、铈等轻质稀土元素为主的混合稀土金属的Sn-9Zn，在245℃与铜的润湿角为83°，润湿力为0.3mN，说明混合稀土金属的加入，使合金对铜的润湿能力大为提高。
当然本发明不局限于上述实施例，本实施例仅举出一个典型实例，以实测数据说明添加以镧、铈等轻质稀土元素为主的混合稀土金属大大改善了Sn-9Zn合金的润湿性能。