光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于焊接技術領域，尤其涉及一種光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]由于Sn-Pb焊帶對環境和人身體的危害，近年來各國都致力于研究出性能能與Sn-Pb焊帶相媲美的光伏焊帶。經過近幾年的研究，獲得了很多成果，其中以Sn-Zn系無鉛焊帶最為顯著。現有技術公開了多種Sn-Zn系無鉛焊帶，Sn-Zn-Al三元合金，Al的加入會在合金的表面形成一層氧化膜，減少Zn的氧化，但加入量過多，氧化膜過厚，不利于焊接。目前，Al的含量在0.45到6之間時，抗氧化性和潤濕性能都很好，但是需要活性較強的助焊劑或者是惰性氣體的保護，極大地提高了生產成本，降低了生產效率。
[0003]Sn-Zn-Ag三元合金，Ag的加入使合金性能得到了很好的提升，但是Ag的含量大多在1.5到4之間，極大地提高了生產的成本，另外合金的熔點還遠高于之前常用的Sn-Pb合金的熔點。
[0004]Sn-9wt.%Zn-3wt.%Bi潤濕性能、熱疲勞性能良好，但是降低了塑性，提高了生產成本，恪點還是略高于Sn-Pb合金。
[0005]Sn-Zn-1n各方性能均良好，熔點也低，但In屬于稀有金屬儲存量少，其價格遠遠高于一般的金屬。
[0006]Sn-9 wt.%Zn-(2-8) wt.%Cu焊帶，Cu的加入提高了潤濕性，抗拉強度先增加后減少，降低了延伸率，同時也提高了合金的熔點，并且由于Cu的熔點很高，在合金配制過程中會出現很嚴重的氧化問題。
[0007]因此，目前需要一種成本較低、性能較好、且熔點與Sn-Pb合金較為相似、甚至更低的無鉛焊帶用合金。
【發明內容】
[0008]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金及其制備方法，本發明提供的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金成本較低、性能良好且熔點接近于Sn-Pb合金。
[0009]本發明提供了一種光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金，包括:
7wt%?10wt%的Zn；
lwt%?5wt%的Cu；
0.01wt%~0.05wt%的Al；
0.3wt%~0.5wt%的Bi；
余量的Sn。
[0010]Sn-Zn無鉛釬料共晶溫度為199°C與Sn-Pb釬料比較接近，機械性能良好，價格低廉，是最有潛力的無鉛釬料。但是，由于Zn原子活性較高極易氧化，并且Sn-Zn表面張力較大，造成釬料潤濕性較差，降低了做光伏焊帶的焊料的可行性。
[0011]在本發明中，Cu的加入會與Sn-Zn合金中的富Zn相生成化合物，使其活性降低，減少氧化，同時極大的降低了合金的表面張力，增加了潤濕性。隨著Cu含量的增加潤濕性增加，抗拉強度先增大后減小，含量為2%時達到最大。但Cu的加入提高了合金熔點，增加了焊程。另外，由于Cu的熔點較高，配制過程中也會造成Sn和Zn的氧化。因此，需首先配制出熔點較低的Sn-5wt%Cu。為了降低合金的氧化在配制時加入少量的Al，在表面形成一層較薄的致密的氧化膜，增加潤濕性能及抗氧化性。Bi原子的活性也較強，加入少量的Bi能夠降低熔點，增加潤濕性。
[0012]在一個實施例中，所述光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金包括:
8wt%?9wt%的Zn；
2wt%?3wt%的Cu；
0.03wt°/c^Al ；
0.45wt°/c^Bi;
余量的Sn。
[0013]在一個實施例中，所述光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金的熔點為175°C~185°C。
[0014]本發明還提供了一種上述技術方案所述的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金的制備方法，包括:
將Cu熔融后加入第一質量份的Sn，攪拌均勻后使合金凝固；
向凝固的合金中加入Zn、B1、第二質量份的Sn和Al，表面用松香覆蓋后將其熔融，攪拌均勻后，降溫至200°C，澆注成焊條。
[00?5] 為了減少氧化，所述第一質量份的Sn和Cu的質量比為95:5，即首先配制Sn_5wt%Cu合金。具體而言，首先將Cu加入熔爐中，升溫至1200°C使Cu熔化，按照Sn-5wt%Cu的比例加入第一質量份的Sn，攪拌均勻后，關閉熔爐，待合金凝固。
[0016]待合金凝固后，向其中加入Zn、B1、第二質量份的Sn和Al，表面用松香覆蓋防止氧化，升溫至500°C使金屬熔化，攪拌均勻后將溫度降至200°C，澆注成焊條，即可得到上述技術方案所述的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金。
[0017]得到焊條后，再采用熱浸鍍工藝將所述焊條制備得到光伏焊帶。
[0018]與現有技術相比，本發明提供的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金包括:7wt%~10wt%的Zn; lwt%?5wt%的Cu;0.01wt%?0.05wt%的Al ；0.3wt%~0.5wt%的Bi ;余量的Sn。在本發明中，Cu的加入會與Sn-Zn合金中的富Zn相生成化合物，使其活性降低，減少氧化，同時極大的降低了合金的表面張力，增加了潤濕性。為了降低合金的氧化在配制時加入少量的Al，在表面形成一層較薄的致密的氧化膜，增加潤濕性能及抗氧化性。Bi原子的活性也較強，加入少量的Bi能夠降低熔點，增加潤濕性。本發明提供的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金熔點接近于Sn-Pb合金的熔點，無需對原有焊接設備焊接溫度進行較大改動，利于生產焊接;本發明未使用貴金屬，生產成本較低;本發明提供的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金配方合理，得到的光伏焊帶性能良好、電阻率低。
【具體實施方式】
[0019]實施例1 原料配方:
9wt%的Zn;
3wt%的Cu;
0.03wt°/c^Al ；
0.45wt°/c^Bi;
余量的Sn。
[0020]制備方法如下:
在熔爐里加入Cu，將溫度升至1200°C，Cu熔化后按Sn-5wt.%Cu比例加入Sn，攪拌均勻后關閉熔爐，待合金凝固之后，按上述成分比例加入Zn、B1、余量的Sn、Al，表面用松香覆蓋防止氧化，將溫度升至500°C待金屬融化后攪拌均勻，將溫度降至200°C，澆注成焊Sn條。再通過熱浸鍍工藝制作出光伏焊帶。
[0021]對所述光伏焊帶進行性能測試，其熔點為184°C、抗拉強度2170Mpa、電阻率<1.9*10—8 Ω.πι0
[0022]實施例2
8wt%的Zn;
2wt%的Cu;
0.03wt°/c^Al ；
0.45wt°/c^Bi;
余量的Sn。
[0023]制備方法如下:
在熔爐里加入Cu，將溫度升至1200°C，Cu熔化后按Sn-5wt.%Cu比例加入Sn，攪拌均勻后關閉熔爐，待合金凝固之后，按上述成分比例加入Zn、B1、余量的Sn、Al，表面用松香覆蓋防止氧化，將溫度升至500°C待金屬融化后攪拌均勻，將溫度降至200°C，澆注成焊Sn條。再通過熱浸鍍工藝制作出光伏焊帶。
[0024]對所述光伏焊帶進行性能測試，其熔點為177°C、抗拉強度2170Mpa、電阻率<1.9*10—8 Ω.πι0
[0025]實施例3 8.5wt%的Zn;
2.5wt%的Cu;
0.03wt°/c^Al ；
0.45wt°/c^Bi;
余量的Sn。
[0026]制備方法如下:
在熔爐里加入Cu，將溫度升至1200°C，Cu熔化后按Sn-5wt.%Cu比例加入Sn，攪拌均勻后關閉熔爐，待合金凝固之后，按上述成分比例加入Zn、B1、余量的Sn、Al，表面用松香覆蓋防止氧化，將溫度升至500°C待金屬融化后攪拌均勻，將溫度降至200°C，澆注成焊Sn條。再通過熱浸鍍工藝制作出光伏焊帶。
[0027]對所述光伏焊帶進行性能測試，其熔點為179°C、抗拉強度2170Mpa、電阻率<1.9*10—8 Ω.πι0
[0028]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金，其特征在于，包括: 7wt%?10wt%的Zn； lwt%?5wt%的Cu； 0.01wt%~0.05wt%的Al； 0.3wt%~0.5wt%的Bi； 余量的Sn。2.根據權利要求1所述的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金，其特征在于，包括: 8wt%?9wt%的Zn； 2wt%?3wt%的Cu； 0.03wt°/c^Al; 0.45wt°/c^Bi; 余量的Sn。3.根據權利要求1所述的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金，其特征在于，熔點為175°C?185。。。4.權利要求1所述的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金的制備方法，其特征在于，包括: 將Cu熔融后加入第一質量份的Sn，攪拌均勻后使合金凝固； 向凝固的合金中加入Zn、B1、第二質量份的Sn和Al，表面用松香覆蓋后將其熔融，攪拌均勻后，降溫至200°C，澆注成焊條。5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述第一質量份的Sn和Cu的質量比為95: 5ο6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，將Cu在1200°C下熔融。7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，向凝固的合金中加入Zn、B1、第二質量份的Sn和Al，表面用松香覆蓋后在500°C下將其熔融。
【專利摘要】本發明提供了一種光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金，包括：7wt%~10wt%的Zn；1wt%~5wt%的Cu；0.01wt%~0.05wt%的Al；0.3wt%~0.5wt%的Bi；余量的Sn。本發明提供的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金熔點接近于Sn-Pb合金的熔點，無需對原有焊接設備焊接溫度進行較大改動，利于生產焊接；本發明未使用貴金屬，生產成本較低；本發明提供的光伏焊帶用Sn-Zn系無鉛多元合金配方合理，得到的光伏焊帶性能良好、電阻率低。
【IPC分類】C22C13/00, B23K35/26, B23K35/40
【公開號】CN105499830
【申請號】CN201610121483
【發明人】余鵬飛, 王娟, 馬曉華
【申請人】保定愛廸新能源股份有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年3月4日