本發明屬于焊接材料技術領域，具體涉及一種錫鋅無鉛焊料及其制備方法。
背景技術：
Sn-Pb焊料在電子工業的應用已有相當長的時間，由于它具有較低的熔點、較高的性價比以及易獲得性，使其成為最主要的低溫焊料體系，被廣泛用于有色金屬、食品容器、建筑、機械以及管道裝置的焊接等領域。然而，隨著信息時代的到來，電子產品層出不窮，這些電子產品在造福人類的同時，其所含有的鉛也日益污染生態環境和人類的身體健康。根據WEEE指令和RoHS指令的要求，從2006年7月1日起，在歐洲市場上銷售的電子和電器設備中禁止使用鉛等6種有毒有害物質，其中鉛的質量分數不得超過0.10％。美國、日本等國也相繼出臺了相關限制含鉛焊料的法案，我國政府也及時制定了《電子信息產品生產污染防治管理辦法》，并于2006年7月開始執行。
Sn-Zn系焊料是目前在電子封裝工業中替代Sn-Pb焊料的一種無鉛焊料，與Sn-Pb共晶焊料的熔點十分接近，因此引起了人們的關注。對Sn-Zn系焊料人們對其進行了多方面的研究，也獲得了很多實質性的進展和成就，但在實際中也顯示了一些不足之處。Sn-Zn系焊料與基板的結合強度和焊點的可靠性較差。此外，Zn是極易氧化的元素，含Zn較多的熔體表面更容易形成氧化物，且形成的氧化物沒有保護熔體的作用，從而導致焊料的抗氧化性較差，限制了焊料合金的應用。
技術實現要素：
本發明提出一種錫鋅無鉛焊料，該焊料具有很好的焊點結合強度，同時能夠具有較好抗氧化性。
本發明的技術方案是這樣實現的：
一種錫鋅無鉛焊料，按照重量百分數計算，包括以下原料制成：
鋅5～10％、鎳0.1～0.2％與石墨烯0.6～2.4％，余量為錫。
較優選地，按照重量百分數計算，包括以下原料制成：
鋅7％、鎳0.16％與石墨烯1.6％，余量為錫。
本發明的另一個目的是提供一種錫鋅無鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：
1)將純鋅錠、純鎳錠以及純錫錠封裝在真空石英管中，然后充入高純度的氮氣保護性氣體；
2)將步驟1)中封裝好的原料放入反應爐中熔煉熱處理，完全熔化后的熔液；
3)將石墨烯置于攪拌式球磨機中，充入液氮至完全浸沒磨球后，進行球磨，將球磨后的粉末取出，加入步驟2)的熔液中進行攪拌并保溫處理；
4)待步驟3)石墨烯與熔液熔煉均勻后，扒渣，把熔融原料澆鑄成型，即得。
進一步，所述步驟1)真空石英管的真空度達到2.5Pa以下，充入高純度的氮氣保護性氣體至1.1～1.3×105Pa。
進一步，所述步驟2)熔煉熱處理的溫度為600～700℃。
進一步，所述步驟3)的保溫處理溫度為650～680℃。
進一步，所述步驟3)球料比為6～8:1。
本發明的有益效果：
1、由于石墨烯本身具有穩定的共軛電子體系，因而可以表現出許多優良的物理特性。例如：石墨烯的強度是鋼的100多倍，達130GPa，是目前得到的強度最大的材；石墨烯的熱導率為5×103W·m-1K-1，是金剛石的3倍；石墨烯具有已知最高的載流子遷移率，為1.5×104cm2·V-1S-1；除此之外，石墨烯還具有其它一些特殊性質，如室溫的鐵磁性和室溫量子霍爾效應等。本發明通過添加適當比例的石墨烯，可以降低觸頭的接觸電阻，提高抗熔焊性等性能，使其作為無鉛焊料的增強相，達到綠色環保、焊接可靠的要求，替代了傳統的錫-鉛焊料，提高了無鉛焊料的性能。此外，石墨烯與固溶鎳(Ni)晶體相互作用，使得固溶Ni優先與氧反應，在熔融焊料的液面瞬間形成一層薄而致密的氧化膜，該氧化膜能夠有效地隔離外界的氧進入膜內，能夠抑制熔融焊料中的Zn發生氧化，從而顯著提高焊料合金的抗氧化性能。
2、本發明的制備方法先將合金原料在真空中通過氮氣保護處理，然后將經過研磨處理的石墨烯與熔融合金進行高溫熔融處理而不是進行一步的燒結處理，提高了錫鋅無鉛焊料的熔點，使得熔點達到240℃(高于普通錫鋅無鉛焊料200℃左右的熔點)。
具體實施方式
實施例1
一種錫鋅無鉛焊料，按照重量百分數計算，包括以下原料制成：
鋅7％、鎳0.16％與石墨烯1.6％，余量為錫。
制備方法，包括以下步驟：
1)將純鋅錠、純鎳錠以及純錫錠封裝在真空石英管中，真空度達到2.5Pa以下，然后充入高純度的氮氣保護性氣體至1.2×105Pa；
2)將步驟1)中封裝好的原料放入反應爐中熔煉600℃熱處理，完全熔化后的熔液；
3)將石墨烯置于攪拌式球磨機中，充入液氮至完全浸沒磨球后，進行球磨，球料質量比為6:1，將球磨后的粉末取出，加入步驟2)的熔液中進行攪拌并保溫處理，保溫處理溫度為650℃，時間為2h；
4)待步驟3)石墨烯與熔液熔煉均勻后，扒渣，把熔融原料澆鑄成型，即得。
實施例2
一種錫鋅無鉛焊料，按照重量百分數計算，包括以下原料制成：
鋅5％、鎳0.2％與石墨烯2.4％，余量為錫。
制備方法，包括以下步驟：
1)將純鋅錠、純鎳錠以及純錫錠封裝在真空石英管中，真空度達到2.5Pa以下，然后充入高純度的氮氣保護性氣體至1.1×105Pa；
2)將步驟1)中封裝好的原料放入反應爐中熔煉650℃熱處理，完全熔化后的熔液；
3)將石墨烯置于攪拌式球磨機中，充入液氮至完全浸沒磨球后，進行球磨，球料質量比為7:1，將球磨后的粉末取出，加入步驟2)的熔液中進行攪拌并保溫處理，保溫處理溫度為650℃，時間為2h；
4)待步驟3)石墨烯與熔液熔煉均勻后，扒渣，把熔融原料澆鑄成型，即得。
實施例3
一種錫鋅無鉛焊料，按照重量百分數計算，包括以下原料制成：
鋅10％、鎳0.1％與石墨烯0.6％，余量為錫。
制備方法，包括以下步驟：
1)將純鋅錠、純鎳錠以及純錫錠封裝在真空石英管中，真空度達到2.5Pa以下，然后充入高純度的氮氣保護性氣體至1.3×105Pa；
2)將步驟1)中封裝好的原料放入反應爐中熔煉700℃熱處理，完全熔化后的熔液；
3)將石墨烯置于攪拌式球磨機中，充入液氮至完全浸沒磨球后，進行球磨，球料質量比為8:1，將球磨后的粉末取出，加入步驟2)的熔液中進行攪拌并保溫處理，保溫處理溫度為680℃，時間為1.5h；
4)待步驟3)石墨烯與熔液熔煉均勻后，扒渣，把熔融原料澆鑄成型，即得。
實施例4
將實施例1-3得到的錫鋅無鉛焊料采用德國Netzsch STA 404進行DSC測試，在室溫至180℃之間，升溫速率為8℃/min，在180～360℃之間，升溫速率為2℃/min，結果見表1，從表1中可以看出本發明的錫鋅無鉛焊料的熔化溫度范圍為236～243℃。
表1實施例1-3錫鋅無鉛焊料的熔化溫度
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。