本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種錫基高熵合金復(fù)合釬料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、釬料的發(fā)明和使用，已有幾千年的歷史。傳統(tǒng)的sn-pb釬料具有良好的電性能、力學(xué)性能、適宜的熔點(diǎn)、抗腐蝕抗氧化性、可靠性、機(jī)械強(qiáng)度高、液態(tài)流動性好等優(yōu)異性能，并且制造成本低廉。鉛是一種具有毒性的金屬元素，長期與含鉛物質(zhì)接觸，將對人體健康造成危害。隨著技術(shù)的發(fā)展以及人類對環(huán)保意識的日益增強(qiáng)，禁止使用含鉛物質(zhì)的呼聲越來越高。

2、目前開發(fā)的無鉛釬料的種類主要有sn-cu系無鉛釬料、sn-zn系無鉛釬料、sn-bi系無鉛釬料、sn-ag系無鉛釬料、sn-ag-bi系無鉛釬料、sn-ag-in系無鉛釬料以及sn-ag-cu系無鉛釬料等。雖然對這些釬料的研究己經(jīng)較為成熟，但是尚沒有一種無鉛釬料合金的綜合性能優(yōu)于sn-pb釬料。

3、為研究一種綜合性能能夠與傳統(tǒng)sn-pb釬料相匹敵的無鉛釬料。目前研究改善無鉛釬料性能的方法分為兩種，一種是合金化，以現(xiàn)有的sn基無鉛釬料為基礎(chǔ)，通過添加合金元素，以添加組元的方式來改善基礎(chǔ)釬料的性能；中國專利cn?102513720a采用此方法，向錫基釬料中加入一定量的fe、ni、y、ag、ti、zr、hf、sb中的一種或幾種。從而提高了錫基釬料合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，并且釬料重熔后其性能基本保持穩(wěn)定。在cn?101745752b專利中銀納米粉和鉍粉或鉍、銻的混合粉或合金粉增強(qiáng)鉍基無鉛高溫焊料，該高溫?zé)o鉛焊料能夠改善bi-ag(或bi-sb-ag)系合金焊料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性差等問題，在焊接及使用過程中具有強(qiáng)度高、服役壽命長、密封性好、焊點(diǎn)圓潤光亮等優(yōu)點(diǎn)。

4、另一種方法是顆粒增強(qiáng)，即在sn基釬料中內(nèi)生成或直接加入第二相顆粒，制備出復(fù)合無鉛釬料，從而改善釬料的性能。中國專利cn?107009045b公開了一種以石墨烯負(fù)載納米級氧化鈰或石墨烯負(fù)載微米級氧化鈰為增強(qiáng)體加入sn-58bi釬料中，所得復(fù)合釬料硬度提高18-44%，剪切強(qiáng)度提高5-20%；在cn?110315238b專利中，以碳納米管增強(qiáng)無鉛釬料的組分綠色環(huán)保，且碳納米管增強(qiáng)無鉛釬料具有熱導(dǎo)率高，焊接性能和力學(xué)性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)。

5、本發(fā)明利用高熵合金作為增強(qiáng)相，高熵合金具有“雞尾酒”效應(yīng)，多主元合金包含多種元素，而其形成的合金表達(dá)的性能是多種組元相互作用的宏觀綜合性能。同時高熵合金的高熵可以大幅度降低吉布斯自由能使其在組織上具有熱穩(wěn)定性。因此利用高熵合金獨(dú)有的特性以高熵合金作為增強(qiáng)相添加錫基釬料內(nèi)可獲得綜合性能優(yōu)異的無鉛釬料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種錫基高熵合金復(fù)合釬料及其制備方法，以高熵合金作為增強(qiáng)相添加到錫基釬料中使其具有良好的潤濕性、力學(xué)性能等優(yōu)異的綜合性能。其制備方法簡單、所用材料環(huán)保、生產(chǎn)效率高、成本低廉。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明提供一種錫基高熵合金復(fù)合釬料，包括：增強(qiáng)相高熵合金和錫基釬料基體；高熵合金占錫基釬料的0.1-10%，其余為錫基釬料。

4、所述高熵合金包括但不限于alcocrfeni、cocrfemnni、cocrcufeni等。

5、所述錫基合金包括但不限于sn-cu合金、sn-bi合金、sn-ag合金、sn-ag-bi合金、sn-ag-in合金、sn-ag-cu合金等。所述錫基合金形狀包括但不限于，粉末狀、塊狀、顆粒狀、錫膏狀等。

6、本發(fā)明提供一種錫基高熵合金復(fù)合釬料的制備方法：

7、1、稱量材料：稱量錫基釬料與高熵合金；

8、2、混合材料：將錫基釬料與高熵合金均勻混合，獲得初步混合材料；

9、3、制備釬料：將混合粉末制備成復(fù)合釬料塊。

10、本發(fā)明制備方法制備的復(fù)合釬料具體包括以下步驟：

11、步驟1稱量材料：稱取一定量的錫基釬料與高熵合金，其中高熵合金占錫基釬料質(zhì)量的0.1-10%，其余為錫基釬料；所述錫基釬料為粉末狀，粒徑大小為10-50μm；所述高熵合金為粉末狀，粒徑大小為5-30μm；

12、步驟2混合材料：將稱量后的錫基釬料與高熵合金置于金屬粉末攪拌機(jī)中攪拌均勻。所述金屬粉末攪拌機(jī)攪拌速度為35-150r/min，攪拌時間為1.5-3h；

13、步驟3制備釬料：在開放式模具中，以一定速率加載至一定壓力并保壓一定時間，壓制步驟2所述混合材料，獲得復(fù)合材料塊；所述加載速率為0.2-10mpa/s，保載壓力為基體金屬中最大屈服強(qiáng)度的1.1-1.5倍，保載時間為3-5min，將所得復(fù)合材料塊制取成粉末狀后重復(fù)壓制3-5次。所述復(fù)合材料塊加工成粉末狀的方法為球磨法、研磨法、霧化法其中的一種。

14、進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明還提供一種錫基高熵合金復(fù)合釬料的制備方法：

15、1、稱量材料：稱量錫膏與高熵合金；

16、2、混合材料：將錫膏與高熵合金均勻混合，獲得復(fù)合錫膏。

17、本發(fā)明制備方法制備的復(fù)合釬料具體包括以下步驟：

18、步驟1稱量材料：稱取一定量的錫膏與高熵合金，其中高熵合金占錫膏中合金成分質(zhì)量的0.1-10%，其余為錫膏；所述錫膏中的合金成分應(yīng)占85-89%，其余為助焊劑等含量，熔點(diǎn)200-270℃，粉末尺寸25-45μm，助焊劑粘度150±20pa.s；

19、步驟2混合材料：將稱量后錫膏與高熵合金置于錫膏攪拌機(jī)中攪拌均勻后獲得復(fù)合錫膏。所述錫膏攪拌機(jī)攪拌速度為35-150r/min，攪拌時間為1-2h。

20、進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明還提供一種錫基高熵合金復(fù)合釬料的制備方法：通過混合粉末與助焊劑均勻混合獲得復(fù)合釬料膏。復(fù)合釬料膏中的合金成分占85-89%，其余為助焊劑。

21、進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明不局限于上述制備方法，當(dāng)錫基釬料及高熵合金為塊狀及顆粒狀時可采用真空電弧熔煉法、真空感應(yīng)熔煉法等制備方法。

22、與傳統(tǒng)的錫基釬料相比，本發(fā)明的有益效果是：

23、1、本發(fā)明通過高熵合金增強(qiáng)錫基釬料，由于高熵效應(yīng)元素sn等在高熵錫基合金體系中本身可以有較高的濃度而不引起脆性金屬間化合物cu-sn相的生成，有效抑制釬料合金中組織偏析和成分缺陷出現(xiàn)，改善釬料組織提升釬料的綜合性能；

24、2、本發(fā)明釬料中高熵合金的高熵效應(yīng)和緩慢擴(kuò)散效應(yīng)對于釬焊過程中合金母材向釬縫中的過度溶解具有重要的抑制作用，解決了制備過程中“熔化溫度高-成分偏析-組織迥異”的難題，性能超越傳統(tǒng)錫基釬料；

25、3、本發(fā)明中的復(fù)合釬料在釬焊過程中由于sac共晶合金的熔點(diǎn)為217℃，此時先有β-sn與cu6sn5生成，隨后高熵合金會進(jìn)一步與β-sn反應(yīng)，導(dǎo)致sn含量微有調(diào)整，使得ag、cu質(zhì)量百分比變大，進(jìn)而導(dǎo)致熔程變窄；

26、4、本發(fā)明的潤濕性更佳，熔化溫度更低、潤濕性更好、力學(xué)性能超越傳統(tǒng)錫基釬料，在釬焊行業(yè)具有革新性作用。

技術(shù)特征：

1.一種錫基高熵合金復(fù)合釬料及其制備方法，該復(fù)合釬料其特征在于，按照質(zhì)量百分比包括以下組分：高熵合金0.1-10wt.%，其余為錫基釬料；制備過程主要包括稱量材料、混合材料、制備釬料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高熵合金包括但不限于alcocrfeni、cocrfemnni、cocrcufeni；所述錫基釬料包括但不限于sn-cu合金、sn-bi合金、sn-ag合金、sn-ag-bi合金、sn-ag-in合金、sn-ag-cu合金等；其錫基釬料及高熵合金形狀包括但不限于粉末狀、塊狀、顆粒狀、焊膏狀等。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錫基高熵合金復(fù)合釬料及其制備方法，其特征在于通過權(quán)利要求1所述制備過程可制備復(fù)合釬料塊、復(fù)合焊膏等。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種錫基高熵合金復(fù)合釬料及其制備方法按照以下步驟完成：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種錫基高熵合金復(fù)合釬料，其特征在于所述復(fù)合釬焊膏的制備方法按照以下步驟完成：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述所述錫基釬料粉末的粒徑為10-50μm；高熵合金粉末的粒徑為5-30μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述復(fù)合釬料的制備方法，壓制所述混合粉末，制備錫基高熵合金復(fù)合釬料塊，其特征在于：在模具中，以一定速率加載至一定壓力并保壓一定時間，壓制所述混合粉末，獲得復(fù)合材料塊；所述加載速率為0.2-10mpa/s，保載壓力為基體金屬中最大屈服強(qiáng)度的1.1-1.5倍，保載時間為3-5min。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法不局限于權(quán)利要求4所述制備方法，還包括真空電弧熔煉法、真空感應(yīng)熔煉法等制備方法。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種錫基高熵合金復(fù)合釬料及其制備方法其特征在于，所述復(fù)合焊膏在攪拌速度為35-150r/min的條件下攪拌1-2h，以至將所稱的材料充分混合。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述復(fù)合焊膏不局限于權(quán)利要求5所述制備方法，還包括混合粉末與助焊劑均勻攪拌混合而成，所述攪拌條件與權(quán)利要求9相同。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于復(fù)合釬料領(lǐng)域，它涉及一種錫基高熵合金復(fù)合釬料及其制備方法。為了解決現(xiàn)有無鉛釬料制備復(fù)雜、綜合性能差的問題。本發(fā)明以錫基釬料為基體，高熵合金為增強(qiáng)相，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?10%的高熵合金粉末加入錫基釬料粉末或錫膏中制備錫基高熵合金復(fù)合釬料或復(fù)合錫膏。本發(fā)明提供的錫基高熵合金復(fù)合釬料的潤濕性、力學(xué)性能等性能優(yōu)異，制備方法簡單，成本低廉且生產(chǎn)效率高，主要適用于電子封裝領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：李雪梅,劉洋,郭睿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：齊齊哈爾大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30