2007年7月1日,欧盟开始执行WEEE和ROHS两项环保标准,这对焊接材料包括控温易熔合金,提出了更新、更高、更严的要求。这是保护生态环境的需要,也是可持续发展的需要。
为开发、研制环保型控温易熔合金,我们公司用近二年的时间,采集、积累了国内外易熔合金各类熔点的原始配方近二千个。经过长期潜心钻研,反复整理、分类、验证、筛选、研制,现在已经初步形成不同熔点的环保型控温易熔合金系列、易熔片系列、易熔塞系列,经SGS权威机构检测,性能完全符合欧盟WEEE和ROHS环保标准要求。我司产品在传统型控温易熔合金的基础上,又上了一个新台阶,进入了一个新的发展阶段。
一、在借鉴、创新中开发环保型控温易熔合金
如何开发符合市场需要并有“特性”的环保型控温易熔合金?我们走的是在借鉴中创新,在创新中开发这条路。具体做法是:
第一步,广泛采集,积累资料。近二年来,我们通过专业杂志、书刊、展览会、学术会议等各种渠道,采集到美国、日本、英国、欧盟和国内大学、科研单位等有关软钎料的资料,其中有锡基、铋基、铟基、锌基二元合金、三元合金、四元合金、五元合金、六元合金及以上的几十个系、1000多个不同熔点的原始配方,这是我们借鉴的重要基础。然后再进行分类,按基、按系整理、筛选,根据需要确定开发的目标和方案。
第二步,验证获取数据。根据确定开发的目标,有重点地对已有熔点的原始配方,逐个进行验证,去伪存真,纠错取正,掌握第一手真实而可靠的熔点配方数据。
在Bi基合金中,重点验证Bi-Sn、Bi-Zn、Bi-Sn-Zn、Bi-Sn-In、Bi-Sn-Sb等五个系近40个熔点。验证结果,Bi能降低熔点,但性能较脆,可塑性差,难以形成丝状、片状,不适于气密性封装。
在In基合金中,重点验证In-Sn、In-Bi、In-Sn-Bi、In-Sn-Zn、In-Sn-Bi-Zn等五个系30多个熔点。验证结果,铟基钎料的熔点比较低,可塑性、延展性较好,能形成片状,但成本偏高。
在Sn基二元、三元合金中,重点验证Sn-Bi、Sn-Ag、Sn-In、Sn-Sb、Sn-Bi-In、Sn-Bi-Zn、sn-B1-Ag近二十个系40多个熔点。验证结果,二元合金的熔点一般在140℃-200℃;三元合金的熔点,一般在150℃-250℃,熔点偏高不够理想。润湿性、抗腐蚀性较好;能与Bi、Zn、In形成共晶、亚共晶合金。
第三步,在借鉴、创新中开发新熔点、新产品。现已掌握的熔点大都在150℃以上,满足不了市场的需要。怎么办?我们在借鉴、创新中开发新产品,铟基成本较高,重点放在成本较合适的锡基、铋基和150℃以下的新熔点上。根据消防、阀门、制冷、电器、电机、电力、石油、化工、航空、汽车、电子、机械等配件用于保险、控温、安全、敏感装置所需的57℃、60℃、63℃、68℃、70℃、72℃、83℃、95℃、100℃、110℃、120℃、139℃、150℃等不同熔点,采用调整配比法再创新、再开发。
所谓调整配比法?就是借鉴已有熔点的配方,根据不同金属元素的不同特性、作用,对金属元素原配比进行调整,按照金相原理调高或调低,增多或减少,一个一个地试验,直至达到预定熔点的要求为止。开发一个新熔点,需要经过多次调整、反复试验才能完成。功夫不负有心人。经过艰苦不懈的研制,现已形成从55℃-280℃间的任何熔点,我们都能开发提供,基本上可满足市场的需求。
二、环保型控温易熔合金特性与焊料的区别
软钎料与硬钎料的分界温度为450℃。易熔合金是软钎料的重要组成部分。一般把含铋、熔点在183℃以下的钎料列入易熔合金。在易熔合金中形成共晶或亚共晶,温差范围狭窄的合金,能实施控温要求的称之为控温易熔合金。
控温易熔合金是在易熔合金、低熔点合金、锡铅焊料的基础上,逐步发展、延伸形成的,两者既有延续性又有差异性,与锡铅焊料的区别主要在:第一、控温合金以控温为目的,同时也能焊接,而锡铅焊料只有焊接功能,满足不了控温的要求;第二、控温合金比锡铅焊料的温差小,熔化范围狭窄,熔点更精确;第三、控温合金比锡铅焊料的熔点要低,而且易熔,形成的热敏组件动作灵敏,误差少;第四:控温合金可用极限温度钎焊对温度极敏感的装置,而锡铅焊料只能焊接183℃以上的焊件;第五、锡铅焊料系二元合金,控温合金由多元合金组成,对金属元素的要求更纯,熔炼工艺难度大,科技含量高,质量也更好。
控温易熔合金也不同于低熔点合金、易熔合金。低熔点合金的性能只表示合金的熔点低,受温、受热度低;易熔合金的性能也只表示其易熔性、可塑性,而控温易熔合金的性能既易熔、可塑,又可控温、焊接,对熔点有特别严格的要求,具有特定的不可替代性,是软钎料品中之精品。
环保型与传统型控温易熔合金的本质区别,在于无害无毒物质与有害有毒物质。人类沿用含铅焊料已有近千年的历史,从含铅焊料时代向无铅焊料时代过渡,这是焊材史上新的里程碑起点。
开发环保型控温易熔合金,要从产业实用化角度出发,评判的标准应包括毒性、成本、资源、性能和工艺性、实用性等多方面。因此,环保型控温易熔合金应具有的特性是:第一、环保性。控温合金一定要达到欧盟提出无铅、无镉、无汞等有害有毒物质的要求,是环保型的“绿色产品”。
第二、适用性。控温合金的性能应适用于保险、消防、安全、热敏感应装置设备的需要,要求:(1)熔点准,熔化范围狭窄;(2)焊接强度牢,焊成易熔片静态垂吊能承受50kg48小时不脱落,不断裂;(3)致密性可靠,能承受一定的大气压冲击,不变形、不泄露、不穿孔;(4)反应灵敏,达温即动作,熔化时限在60秒-120秒范围内完成;(5)焊接工艺、漫流性、铺展性好。
第三、兼容性。控温合金既可单独用于焊接,又可单独用于控制温度,也能焊接与控温同时并用,安全可靠。第四、达标性。控温合金质量能达到国家相关标准要求,尤其是用于消防产品的控温组件,热敏配件,均需经国家级检测中心认可方可配套提供。70℃、280℃易熔片、熔断器要符合GB15930-2007标准;用于隐蔽型洒水喷头装饰罩的57℃、60℃、82℃易熔合金要符合GB5135.1-2003国家标准等。我司产品2004年和2007年两次经国家消防装备质量监督检验中心检测均达到合格。第五、竞争性。控温合金成本要低,质优价廉,具有市场竞争力,既有可用性,又有可购性,客户买得起、用得好。
上述“五性”要求相互关连,互为条件,缺一不可,是产品完整性和完美性的重要体现。我们把“五性”要求作为努力方向,贯串于研制、生产全过程,使产品的档次得到了进一步提升。
三、环保型控温易熔合金的关键功能是熔点准
怎样才能使合金体的熔点准?我们着重掌握好六个环节:第一、精心研制市场需要、而别人还未开发的新熔点、新产品,并持之以恒地逐步开发形成更多的环保型共晶和亚共晶合金。共晶合金是一种与纯金属表现相似的合金,在一个温度下熔化(即E点),不存在熔化温度范围;亚共晶,熔化温度范围比较狭窄,一般±3℃-5℃间。共晶、亚共晶合金是最理想的合金体。第二、选料要纯,锡、铋、铟、锌等金属元素的质量成分必须达到99.99%以上。第三、配比的金属元素要精确,误差必须小于千分之一。第四、金属元素入炉的先后程序要按序顺进,不可提前、推后,也不能颠倒。第五、熔炼要恰到火候,炉温不宜太高或不达,时间不能太长或不足。第六、在熔液上加盖树脂松香,不让易挥发的金属元素挥发。同时,用木棒而不是铁棒不时地搅拌均匀。
上述六个环节,环环相扣,互为作用,互有影响,任何一个环节发生偏差,都会直接影响合金体熔点的准确。
不同金属、不同量的配比,形成合金体的不同熔点,这是客观而不会改变的。可是准确的熔点在复验、检测的过程中,要想正确反映熔点的客观性,这里面大有学问,大可研究。由于测试设备、方法、工艺、环境、要求的不同,测试出来的熔点也会出现不相同。例如:
(1)受力测(弹簧拉力或压力)与不受力测(无弹簧拉力或压力),同样70℃、280℃易熔片,受力测比不受力测要提前2℃-3℃动作。受力大小不同,结果也不一样。受力2kg与受力1kg,受力2kg的易熔片先动作,温差在1℃左右。
(2)水浴、油浴设备测与用烘箱测,由于液体与气体受热、导热、空间的不同,同样的183℃热熔塞,干热测比液中测要高3℃-4℃。
(3)同样用60℃合金料,受力均4kg,测试时一件焊成垂吊式的片状件,一件焊成受胀力的夹状件,升温速率一样,由于胀力式与垂吊式物理运力的不同,受胀力的夹件55℃动作,而垂吊的焊件在59℃才动作。
(4)同样的110℃易熔件,测试设备也一样,而升温的速率不同,快的比慢的要提前1℃-2℃先动作。
(5)同样的测试设备和方法,130℃合金料比焊接件要提前0.5℃-1℃先熔化。
(6)同样是140℃易熔片,油浴测试时易熔片安放的位置与温度计测温头的距离不同,离得远、偏上或偏下的,动作温度也会有0.5℃-1℃的偏差。
(7)57℃洒水喷头装饰罩焊件,采用水浴法测试,环境温度放入、升温至45℃放入、57℃时放入,由于受热时间有长有短,温差也有0.5℃-1℃不等。
(8)150℃易熔件,同样是在环境温度放入油浴,由于春、夏、秋、冬季节环境温度不一样,因受热时间的不同,也会出现0.5℃-1℃的温差。
(9)180℃易熔片,同样是油浴,使用国家乙级标准与普通的玻璃温度计,也会有1℃-2℃的误差。
(10)145℃易熔塞,由于铜质外壳的厚薄不同,测试也会出现0.5℃-1℃温差。外壳越厚,温差越大。
(11)露体测(合金直接放在加热板上)与密封测(合金放入水、油液中),由于导热保温不同,受热面积、角度不同,同样的98℃合金料,也会有1.5℃-2.5℃的温差,密封高于露体的。
俗话说:没有规矩,不成方圆。解决测试中的温差问题,也需要有“规矩”。这个“规矩”就是要用科学的方法进行检测。科学检测需在标准统一的前提下,要求要明确,设备要相同,工艺要规范,方法要正确,环境、条件要掌握好。长期的实践证明,对合金体融化温度要求严格的,采用油浴、水浴测比采用烘箱测要精确;采用国家乙级玻璃温度计比普通玻璃温度计、电子数码计要标准;油浴采用稀薄、透明、耐高温的油质比用稠厚、色深的普通油质对焊件动作的阻力要小;水浴采用优质的蒸馏水比用含杂质、矿物质的水腐蚀要少;采用“细雨润土”式升温速率要比“暴风骤雨”式快速升温速率熔化温度要更稳定;采用密封式测比露体开放式测温度更准;测试件在水浴、油浴中与温度计测温头平行靠近,比偏高、偏低、离远更接近熔点;受力测事前测算“拉力”、“顶力”对熔点的影响,比用“一刀切”的办法盲目进行测效果要好;进行水浴、油浴时不断搅动,比不搅动静态的水、油温度要均匀;直接测合金料比测焊件、易熔塞温度易掌握。实践也告诉我们,用科学方法进行检测,既是解决测试中温差问题的好办法,也是环保型控温易熔合金质量的可靠保证。
结束语
环保型控温易熔合金,既是控温合金,也是焊接材料,又无污染,是一种“绿色产品”。环保型控温易熔合金功能多,用途广,适应性强,可根据产品需要制成各种形状、规格和不同熔点的温感组件,量体裁衣,按需定制。不受长短、方圆、大小的限制,可装配在任何部位,而且不怕碰撞,不会脱落,也不会因受外界影响、环境恶劣而导致误动作,是有控温要求和安全性设备上不可缺少的一种理想的专用材料,人称是安全的“保护神”。
环保型控温易熔合金不仅出口产品需要,随着国家对环保要求的加强,内销的产品也将逐步实现环保化,需求会从少到多,市场会从小到大,这是市场发展的必然趋势。我们要认清形势,抓住机遇,主动出击,才能在激烈的竞争中立于不败之地。