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1、(10)申请公布号 CN 103042318 A (43)申请公布日 2013.04.17 CN 103042318 A *CN103042318A* (21)申请号 201310016419.1 (22)申请日 2013.01.16 B23K 35/30(2006.01) B23K 35/40(2006.01) (71)申请人 苏州金仓合金新材料有限公司 地址 215412 江苏省苏州市太仓市陆渡镇郑 和中路 88 号 (72)发明人 孙飞 (74)专利代理机构 北京连和连知识产权代理有 限公司 11278 代理人 王淑丽 (54) 发明名称 一种用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料及 其制备方。
2、法 (57) 摘要 本发明公开了一种用于焊接的环保锡锌锰 铜合金新材料及其制备方法， 该铜合金新材料由 铜、 锡、 锰、 锌组成， 铜的质量百分比为 19-41%。 优选的， 该铜合金新材料的质量百分比组成为 ： 锡 29-32% ； 锰 1-3% ； 锌 29-31% ； 余量为铜。优 选的， 该铜合金新材料的质量百分比组成为 ： 锡 33-36% ； 锰 6-9% ； 锌 33-36% ； 余量为铜。该铜合金 新材料在保证原有传统焊接材料性能的同时， 将 铅元素取代， 满足了 ROHS 要求 ； 添加锰元素， 阻止 了锌的氧化， 不仅大大降低了材料的成本还提高 了焊接载体的稳定性。 (51。
3、)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 1/2 页 2 1. 一种用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 由铜、 锡、 锰、 锌组成， 其中， 铜的质量百 分比为 19-41%。 2. 根据权利要求 1 所述的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 其特征在于， 锡、 锰、 锌、 铜的质量百分比为 ： 锡 29-32% ； 锰 1-3% ； 锌 29-31% ； 余量为铜。 3. 根据权利要求 1 所述的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 其特征在于， 锡、 锰、 。
4、锌、 铜的质量百分比为 ： 锡 33-36% ； 锰 6-9% ； 锌 33-36% ； 余量为铜。 4. 一种生产权利要求 2 所述的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料的方法， 包括下列 步骤 ： 1） 按照配比将锡锌锰铜置于工频电炉内， 加热至 1150-1200 度， 完全熔化后保 温至 1100 度 ； 2） 用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后， 覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧 化， 厚度为 25-30cm ； 3） 保温 1-1.5 小时后， 用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三 次成分检验， 以确定其合金成分在规定范围之内 ； 4） 进一步保温30-35分钟后。
5、， 重新升温至1200度， 并开启工频电炉的振动装置， 振动频 率为 1 次 / 秒， 采用水平连铸方法铸造成直径为 25mm、 长度为 600mm 的实心合金棒材 ； 5） 采用 800 吨单动挤压机挤压， 合金锭加热温度为 100-150 度， 挤压温度为 200 度， 挤 压速度 V=15mm/s， 挤压后合金棒的直径为 12mm、 长度为 2500mm， 然后用高精度钨钢薄皮模 将合金棒剥皮一次至 11mm ； 6） 用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理， 退火温度为 80-100 度， 退火时间为 1-1.5 小时 ； 7） 用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为 100mm。
6、、 直径为 8mm 的拉拔段， 用 成品模将合金棒多次拉伸后并退火， 使其最终变成直径为 5mm、 公差为 +/-0.05mm 的焊丝坯 棒， 然后将焊丝坯棒切割为长度为 500mm、 公差为 +1/-0mm 的规格 ； 8） 包装并入库。 5. 一种生产权利要求 3 所述的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料的方法， 包括下列 步骤 ： 1） 按照配比将锡锌锰铜置于工频电炉内， 加热至 1300-1350 度， 完全熔化后保 温至 1200 度 ； 2） 用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后， 覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧 化， 厚度为 15-20cm ； 3） 保温 2-2.5 小时后，。
7、 用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三 次成分检验， 以确定其合金成分在规定范围之内 ； 4） 进一步保温50-60分钟后， 重新升温至1300度， 并开启工频电炉的振动装置， 振动频 率为 1 次 / 秒， 采用水平连铸方法铸造成直径为 40mm、 长度为 600mm 的实心合金棒材 ； 5） 采用 800 吨单动挤压机挤压， 合金锭加热温度为 100-150 度， 挤压温度为 200 度， 挤 压速度 V=10mm/s， 挤压后合金棒的直径为 31mm、 长度为 990mm， 然后用高精度钨钢薄皮模将 合金棒剥皮一次至 30mm ； 6） 用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行。
8、退火处理， 退火温度为 80-100 度， 退火时间为 权 利 要 求 书 CN 103042318 A 2 2/2 页 3 1-1.5 小时 ； 7） 用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为 50mm、 直径为 25mm 的拉拔段， 用成 品模将合金棒多次拉伸后并退火， 使其最终变成直径为 10mm、 公差为 +/-0.05mm 的焊丝坯 棒， 然后将焊丝坯棒切割为长度为 500mm、 公差为 +1/-0mm 的规格 ； 8） 包装并入库。 权 利 要 求 书 CN 103042318 A 3 1/5 页 4 一种用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉。
9、及焊接材料的制造技术领域， 尤其涉及一种用于焊接的环保锡锌锰铜合 金新材料及其制备方法。 背景技术 0002 市场上现有的焊接材料一般为两种 ： 一种为锡银铜合金， 另一种为锡铅铜合金。 随 着 关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令 (Restriction of Hazardous Substances,ROHS) 在电子工业中的禁铅指令的政策实施， 含铅的锡焊材料已经不能满足高 标准的环保要求。而锡银铜合金的应用难点不仅仅是要求焊炉温度比原来铅合金高 30 度， 并且其成本也比锡铅铜合金高 25%， 更重要的是此温度的提高会大大降低暴露元器件的稳 定性。因此， 锡锌合金被进一步研。
10、究。但是， 锌的氧化阻止了锡锌合金的应用。 发明内容 0003 本发明的目的是针对上述现有技术的不足， 提供一种用于焊接的环保锡锌锰铜合 金新材料及其制备方法。该合金新材料能起到阻止锌氧化的目的， 而且在大大降低了材料 成本的同时还提高了焊接载体的稳定性。 0004 为实现上述目的， 本发明所采取的技术方案如下。 0005 一种用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 由铜、 锡、 锰、 锌组成， 其中， 铜的质量 百分比为 19-41%。 0006 优选的， 本发明提供的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 锡、 锰、 锌、 铜的质量 百分比为 ： 锡 29-32% ； 锰 1-3% ； 锌 29-。
11、31% ； 余量为铜。 0007 本发明进一步提供了一种生产上述优选的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料 的方法， 包括下列步骤 ： 0008 1） 按照配比将锡锌锰铜置于工频电炉内， 加热至 1150-1200 度， 完全熔化 后保温至 1100 度。 0009 2） 用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后， 覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止 其氧化， 厚度为 25-30cm。 0010 3） 保温 1-1.5 小时后， 用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进 行三次成分检验， 以确定其合金成分在规定范围之内。 0011 4） 进一步保温30-35分钟后， 重新升温至1200度， 并开。
12、启工频电炉的振动装置， 振 动频率为 1 次 / 秒 ； 采用水平连铸方法铸造成直径为 25mm、 长度为 600mm 的实心合金棒材。 0012 5） 采用 800 吨单动挤压机挤压， 合金锭加热温度为 100-150 度， 挤压温度为 200 度， 挤压速度 V=15mm/s ； 挤压后合金棒的直径为 12mm、 长度为 2500mm， 然后用高精度钨钢薄 皮模将合金棒剥皮一次至 11mm。 0013 6） 用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理， 退火温度为 80-100 度， 退火时 间为 1-1.5 小时。 说 明 书 CN 103042318 A 4 2/5 页 5 0014 7。
13、） 用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为 100mm、 直径为 8mm 的拉拔段 ； 用成品模将合金棒多次拉伸后并退火， 使其最终变成直径为 5mm、 公差为 +/-0.05mm 的焊丝 坯棒 ； 然后将焊丝坯棒切割为长度为 500mm、 公差为 +1/-0mm 的规格。 0015 8） 包装并入库。 0016 优选的， 本发明提供的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 锡、 锰、 锌、 铜的质量 百分比为 ： 锡 33-36% ； 锰 6-9% ； 锌 33-36% ； 余量为铜。 0017 本发明进一步提供了一种生产上述优选的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料 的方法， 包括下列步骤 ：。
14、 0018 1） 按照配比将锡锌锰铜置于工频电炉内， 加热至 1300-1350 度， 完全熔化 后保温至 1200 度。 0019 2） 用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后， 覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止 其氧化， 厚度为 15-20cm。 0020 3） 保温 2-2.5 小时后， 用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进 行三次成分检验， 以确定其合金成分在规定范围之内。 0021 4） 进一步保温50-60分钟后， 重新升温至1300度， 并开启工频电炉的振动装置， 振 动频率为 1 次 / 秒 ； 采用水平连铸方法铸造成直径为 40mm、 长度为 600mm 的实心合金。
15、棒材。 0022 5） 采用 800 吨单动挤压机挤压， 合金锭加热温度为 100-150 度， 挤压温度为 200 度， 挤压速度 V=10mm/s ； 挤压后合金棒的直径为 31mm、 长度为 990mm， 然后用高精度钨钢薄 皮模将合金棒剥皮一次至 30mm。 0023 6） 用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理， 退火温度为 80-100 度， 退火时 间为 1-1.5 小时。 0024 7） 用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为 50mm、 直径为 25mm 的拉拔段 ； 用成品模将合金棒多次拉伸后并退火， 使其最终变成直径为 10mm、 公差为 +/-0.05mm 的焊 。
16、丝坯棒 ； 然后将焊丝坯棒切割为长度为 500mm、 公差为 +1/-0mm 的规格。 0025 8） 包装并入库。 0026 本发明的有益效果是 ： 0027 此项发明在保证原有传统焊接材料性能的同时， 将铅元素取代， 满足了 ROHS 要 求。在本发明的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料中添加锰元素， 可以达到阻止锌氧化 的目的， 在大大降低材料成本的同时还提高了焊接载体的稳定性。 附图说明 0028 图 1 为本发明的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料的制备方法的流程图。 具体实施方式 0029 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 下面结合附图及实施例对 本发明作进一步详细说。
17、明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明， 并不用 于限定本发明。 0030 （1） 实施例 1 0031 一种用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 锡、 锰、 锌、 铜的质量百分比为 ： 锡 说 明 书 CN 103042318 A 5 3/5 页 6 29% ； 锰 3% ； 锌 29% ； 余量为铜。 0032 实施例1的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料的制备方法， 如图1所示， 包括如 下步骤 ： 0033 1） 按照配比将锡锌锰铜置于工频电炉内， 加热至 1150-1200 度， 完全熔化 后保温至 1100 度。 0034 2） 用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后。
18、， 覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止 其氧化， 厚度为 25-30cm。 0035 3） 保温 1-1.5 小时后， 用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进 行三次成分检验， 以确定其合金成分在规定范围之内。 0036 4） 进一步保温30-35分钟后， 重新升温至1200度， 并开启工频电炉的振动装置， 振 动频率为 1 次 / 秒 ； 采用水平连铸方法铸造成直径为 25mm、 长度为 600mm 的实心合金棒材。 0037 5） 采用 800 吨单动挤压机挤压， 合金锭加热温度为 100-150 度， 挤压温度为 200 度， 挤压速度 V=15mm/s ； 挤压后合金棒的直径为 。
19、12mm、 长度为 2500mm， 然后用高精度钨钢薄 皮模将合金棒剥皮一次至 11mm。 0038 6） 用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理， 退火温度为 80-100 度， 退火时 间为 1-1.5 小时。 0039 7） 用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为 100mm、 直径为 8mm 的拉拔段 ； 用成品模将合金棒多次拉伸后并退火， 使其最终变成直径为 5mm、 公差为 +/-0.05mm 的焊丝 坯棒 ； 然后将焊丝坯棒切割为长度为 500mm、 公差为 +1/-0mm 的规格。 0040 8） 包装并入库。 0041 （2） 实施例 2 0042 一种用于焊接的环保锡。
20、锌锰铜合金新材料， 锡、 锰、 锌、 铜的质量百分比为 ： 锡 32% ； 锰 1% ； 锌 31% ； 余量为铜。 0043 实施例 2 的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料通过与实施例 1 相同的方法得 到。 0044 （3） 实施例 3 0045 一种用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 锡、 锰、 锌、 铜的质量百分比为 ： 锡 30% ； 锰 2% ； 锌 30% ； 余量为铜。 0046 实施例 3 的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料通过与实施例 1 相同的方法得 到。 0047 （4） 实施例 4 0048 一种用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 其质量百分比组成为 ： 锡 33% 。
21、； 锰 9% ； 锌 33% ； 余量为铜。 0049 实施例4的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料的制备方法， 如图1所示， 包括如 下步骤 ： 0050 1） 按照配比将锡锌锰铜置于工频电炉内， 加热至 1300-1350 度， 完全熔化 后保温至 1200 度。 0051 2） 用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后， 覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止 其氧化， 厚度为 15-20cm。 说 明 书 CN 103042318 A 6 4/5 页 7 0052 3） 保温 2-2.5 小时后， 用德国产斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进 行三次成分检验， 以确定其合金成分在规定范围之内。。
22、 0053 4） 进一步保温50-60分钟后， 重新升温至1300度， 并开启工频电炉的振动装置， 振 动频率为 1 次 / 秒 ； 采用水平连铸方法铸造成直径为 40mm、 长度为 600mm 的实心合金棒材。 0054 5） 采用 800 吨单动挤压机挤压， 合金锭加热温度为 100-150 度， 挤压温度为 200 度， 挤压速度 V=10mm/s ； 挤压后合金棒的直径为 31mm、 长度为 990mm， 然后用高精度钨钢薄 皮模将合金棒剥皮一次至 30mm。 0055 6） 用箱式退火炉对挤压后的合金棒进行退火处理， 退火温度为 80-100 度， 退火时 间为 1-1.5 小时。 。
23、0056 7） 用制头机将退火完成后的合金棒一端制成长度为 50mm、 直径为 25mm 的拉拔段 ； 用成品模将合金棒多次拉伸后并退火， 使其最终变成直径为 10mm、 公差为 +/-0.05mm 的焊 丝坯棒 ； 然后将焊丝坯棒切割为长度为 500mm、 公差为 +1/-0mm 的规格。 0057 8） 包装并入库。 0058 （5） 实施例 5 0059 一种用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 锡、 锰、 锌、 铜的质量百分比为 ： 锡 36% ； 锰 6% ； 锌 36% ； 余量为铜。 0060 实施例 5 的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料通过与实施例 4 相同的方法得 到。 00。
24、61 （6） 实施例 6 0062 一种用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料， 锡、 锰、 锌、 铜的质量百分比为 ： 锡 34% ； 锰 7% ； 锌 35% ； 余量为铜。 0063 实施例 6 的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料通过与实施例 4 相同的方法得 到。 0064 本发明提供的用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料以及传统焊接材料的性能如 表 1 所示。 0065 表 1 用于焊接的环保锡锌锰铜合金新材料与传统焊接材料的性能对比 0066 说 明 书 CN 103042318 A 7 5/5 页 8 0067 0068 以上所述仅为本发明的较佳实施例， 并非用来限定本发明的实施范围 ； 如果不脱 离本发明的精神和范围， 对本发明进行修改或者等同替换， 均应涵盖在本发明权利要求的 保护范围当中。 说 明 书 CN 103042318 A 8 1/1 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103042318 A 9 。