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基本信息

項(xiàng)目名稱：
高塑性Sn-Bi溫度保險(xiǎn)絲
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
現(xiàn)如今無鉛化環(huán)保已成為電子工業(yè)的主流趨勢(shì)與共識(shí)。溫度保險(xiǎn)絲在各類電器中應(yīng)用廣泛，國(guó)標(biāo)規(guī)定家用電器必須使用熱熔斷器（溫度保險(xiǎn)絲）。但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)溫度保險(xiǎn)絲的工廠現(xiàn)均未掌握環(huán)保型低熔點(diǎn)合金的研制技術(shù)，無鉛原材料或保險(xiǎn)絲多依賴進(jìn)口。 我們的作品為環(huán)保溫度保險(xiǎn)絲國(guó)產(chǎn)化提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)的解決方案。
詳細(xì)介紹：
項(xiàng)目簡(jiǎn)介：錫鉍系合金是很有潛力滿足溫度保險(xiǎn)絲和低溫釬料使用要求的無鉛合金，但Sn-Bi合金的高脆性，難以達(dá)到保險(xiǎn)絲的塑性要求，不能滿足在電子等行業(yè)的使用要求。 為了解決這一問題，本課題組采用半固態(tài)鑄造法制備成分均勻、晶粒細(xì)小非枝晶Sn-Bi合金，并擠壓制備出力學(xué)性能優(yōu)異的溫度保險(xiǎn)絲。初步解決使用傳統(tǒng)加工法生產(chǎn)的Sn-Bi合金熱熔斷體塑性差，稍一彎曲就斷裂，達(dá)到保險(xiǎn)絲的塑性要求。半固態(tài)鑄造擠壓制備的溫度保險(xiǎn)絲的力學(xué)性能彈性模量、抗拉強(qiáng)度和延伸率與普通鑄造擠壓的相比，分別提高了14％、23％和57％，與同類進(jìn)口產(chǎn)品相比，價(jià)格下降20%，為環(huán)保溫度保險(xiǎn)絲國(guó)產(chǎn)化提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)的解決方案。 研究成果：1. 項(xiàng)目經(jīng)具教育部查新權(quán)的廣東工業(yè)大學(xué)圖書館查新表明國(guó)內(nèi)外尚無相關(guān)的的研究報(bào)道。 2.《The Influence of stirring time on mechanical properties of Sn–58Bi Alloy treated in the semi-solid state by mechanical stirring process》和《The mechanical properties of Sn–58Bi Alloy treated in the semi-solid state by mechanical stirring process》論文已被《Key Engineering Materials》EI期刊錄用。 3.在廣東工業(yè)大學(xué)第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲特等獎(jiǎng)。

作品圖片

  • 高塑性Sn-Bi溫度保險(xiǎn)絲
  • 高塑性Sn-Bi溫度保險(xiǎn)絲
  • 高塑性Sn-Bi溫度保險(xiǎn)絲
  • 高塑性Sn-Bi溫度保險(xiǎn)絲

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1、發(fā)明目的 信息產(chǎn)業(yè)部、國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家環(huán)保局推出的"電子信息產(chǎn)品污染防治管理方法"將與歐盟的RoHS/WEEE接軌。就廣東省來說，珠江三角洲的家電行業(yè)多，出口到歐美數(shù)量相當(dāng)巨大，出口份額占全國(guó)第一位，熱熔斷器作為配套元件其環(huán)保要求十分迫切。對(duì)于這迫在眉睫的形式，廣東省內(nèi)電子產(chǎn)品制造業(yè)正在倉(cāng)促應(yīng)對(duì)，目前環(huán)保型電子焊料的開發(fā)工作已有初步進(jìn)展，但是熱熔斷器生產(chǎn)廠家還沒有掌握環(huán)保產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)，因而產(chǎn)品從普通型向環(huán)保型的過渡成了許多廠家面臨的難題?！盁o鉛溫度保險(xiǎn)絲的研制”課題的研究正是當(dāng)前迫切的出口形勢(shì)之所急，所以發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)保技術(shù)，進(jìn)行環(huán)保溫度保險(xiǎn)絲的研制已刻不容緩。 2、基本思路： 本作品將對(duì)錫鉍合金的制備進(jìn)行創(chuàng)新探索，提出采用半固態(tài)合金成型技術(shù)，在Sn-Bi合金凝固的過程中對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，使樹枝狀初晶破碎成等軸顆粒狀分布于液相，維持凝固過程中溫度和成分的均勻性，從而制備出成分均勻、晶粒細(xì)小、滿足性能要求的非枝晶組織的錫鉍合金的新思路。 3、創(chuàng)新點(diǎn)： 使用半固態(tài)鑄造法制備成分均勻、晶粒細(xì)小非枝晶組織Sn-Bi合金，并擠壓制備出力學(xué)性能優(yōu)異的溫度保險(xiǎn)絲。 4、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) 攪拌速度為320轉(zhuǎn)/min、攪拌時(shí)間為8min、攪拌溫度142℃時(shí)半固態(tài)鑄造制備的溫度保險(xiǎn)絲的力學(xué)性能彈性模量、抗拉強(qiáng)度和延伸率與普通鑄造相比，分別提高了14％、23％和57％。

科學(xué)性、先進(jìn)性

目前無鉛環(huán)保熱熔斷體的生產(chǎn)工藝沿用含鉛熱熔斷體的工藝，即把合金熔融鑄錠后通過硬質(zhì)合金模擠壓成形。這種工藝適宜于含有鉛和鎘的合金，因?yàn)殂U和鎘都有很好的韌性和延展性。低熔點(diǎn)合金就只剩下了錫、鉍、碲、銦、鋅。由于鋅熔點(diǎn)較高，而碲、銦由于價(jià)格昂貴，要盡可能少用。鉍是一種類金屬，在傳統(tǒng)的熔融鑄錠下，由于凝固速度慢，鉍形成具有生長(zhǎng)方向性的粗大組織。它本身固有的脆性，使得鉍相在錫基體相上或錫－銦基體相上易偏析形成片狀晶體結(jié)構(gòu)，這常常是裂紋的起源。使用傳統(tǒng)加工法生產(chǎn)的Sn-Bi合金熱熔斷體塑性差，難以達(dá)到保險(xiǎn)絲的塑性要求。Sn-Bi合金的高脆性也是Sn-Bi系低溫焊料應(yīng)用受到限制。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：?jiǎn)蔚蛪簾崛蹟囿w的年銷售總額大約在6～8億元人民幣。此外，目前電子產(chǎn)品正向小型化及高可靠性發(fā)展，這就要求新開發(fā)的無鉛合金應(yīng)具有良好的工藝性能和更高的力學(xué)性能，確保其在服役過程中可靠的運(yùn)行。開發(fā)力學(xué)性能優(yōu)異、晶粒細(xì)小、成分均勻、滿足電子產(chǎn)品的使用要求的Sn-Bi合金制備技術(shù)和工藝及理論具有著重要的意義。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

1、論文題目為《The Influence of stirring time on mechanical properties of Sn–58Bi Alloy treated in the semi-solid state by mechanical stirring process”》（《在機(jī)械攪拌成型中攪拌時(shí)間對(duì)Sn-58Bi合金半固態(tài)漿料的機(jī)械性能的影響》）和《The mechanical properties of Sn–58Bi Alloy treated in the semi-solid state by mechanical stirring process》（《通過機(jī)械攪拌成型的Sn-58Bi半固態(tài)合金的機(jī)械性能》）已被 2011 International Conference on Materials Engineering for Advanced Technologies（2011年國(guó)際先進(jìn)技術(shù)材料工程會(huì)議）（Singapore, Singapore, May5~6, 2011）錄用，會(huì)后論文將在《Key Engineering Materials》（《關(guān)鍵工程材料》）EI期刊發(fā)表。 2、在廣東工業(yè)大學(xué)第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲特等獎(jiǎng)。 3、研究?jī)?nèi)容經(jīng)具有教育部查新權(quán)的廣東工業(yè)大學(xué)圖書館查新后表明目前無其他團(tuán)隊(duì)對(duì)進(jìn)行了相關(guān)的的研究。

作品所處階段

B中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓的方式與工廠合作。

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品、圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

采用半固態(tài)鑄造法制備成分均勻、晶粒細(xì)小非枝晶組織Sn-Bi合金，并擠壓制備出力學(xué)性能優(yōu)異的溫度保險(xiǎn)絲。初步解決使用傳統(tǒng)加工法生產(chǎn)的Sn-Bi合金熱熔斷體塑性差，稍一彎曲就斷裂，難以達(dá)到保險(xiǎn)絲的塑性要求。半固態(tài)鑄造制備的溫度保險(xiǎn)絲的力學(xué)性能彈性模量、抗拉強(qiáng)度和延伸率與普通鑄造相比，分別提高了14％、23％和57％。 單低壓熱熔斷體的年銷售總額大約在6～8億元人民幣，其涉及的電子產(chǎn)品總額高達(dá)數(shù)百億之巨?？深A(yù)測(cè)該技術(shù)若推廣將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

同類課題研究水平概述

黃繼華等研究小組研究發(fā)現(xiàn)通過在Sn-Bi合金中添加少量的鋁可提高了合金釬料的拉伸強(qiáng)度；在100℃恒溫時(shí)效試驗(yàn)中，Al能有效抑制Bi相的粗化。李元山等學(xué)者在錫鉍系焊料中加入微量元素，通過快速冷卻制成新的焊料，并發(fā)現(xiàn)添加微量元素具有抑制秘的偏析和形成粗大片狀晶體的作用，并能提高錫秘焊料的固溶度，固溶強(qiáng)化使其剪切度接近錫鉛共晶焊料。祖方遒研究小組發(fā)現(xiàn)Sn-70Bi合金通過熔體轉(zhuǎn)變提高Sn-70Bi合金了熔體的凝固過冷度和形核率，減少了臨界形核半徑和核長(zhǎng)大速度，從而使初生相和共晶組織得到明顯細(xì)化。 上述研究中基本上都是通過添加變質(zhì)劑、增大過冷度或利用熔體轉(zhuǎn)變的方法來細(xì)化晶粒從而提高金屬性能，其主要目的是改善Sn-Bi釬料的強(qiáng)度，對(duì)合金的成分均勻性、塑性及熔斷性能是否有改善或達(dá)到熔斷器的使用要求尚未展開研究。 國(guó)外學(xué)者在熱型連鑄工藝制得環(huán)保溫度保險(xiǎn)絲方面進(jìn)行了許多研究，制取了直徑2mm的絲，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和性能的探討，認(rèn)為熱型連鑄工藝制得的絲具有相當(dāng)好的塑性。熱型連鑄的快速凝固細(xì)化了晶粒。但熱型連鑄法的生產(chǎn)率低,對(duì)操作技術(shù)要求頗高，合金質(zhì)量的穩(wěn)定性不易保證。鍛造可以破碎晶粒，但這種方法須在合金熔融鑄錠后進(jìn)行，增加了加工的工序；另外由于錫、鉍的硬度差別大，鍛造時(shí)鑄錠中的空隙不容易被填充上，因而效果不好。 20世紀(jì)70年代初，美國(guó)麻省理工大學(xué)的Flemings教授等提出了半固態(tài)鑄造技術(shù)。它是在金屬凝固過程中對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌強(qiáng)烈的，攪拌作用得到細(xì)小的顆粒，結(jié)構(gòu)也逐漸向薔薇形、球形演化；同時(shí)攪拌改變結(jié)晶凝固過程。強(qiáng)烈的攪拌使熔體整體上溫度和成分相對(duì)均勻，實(shí)現(xiàn)晶粒在各個(gè)方向上均勻長(zhǎng)大，形成圓滑的形狀規(guī)則的非枝晶組織。處于固、液兩相溫度區(qū)間的金屬僅需相當(dāng)?shù)偷募羟袘?yīng)力即可進(jìn)行攪拌，即使當(dāng)固相分?jǐn)?shù)較高時(shí)，所需的剪切應(yīng)力通常也比同種液態(tài)金屬的剪切應(yīng)力低三個(gè)數(shù)量級(jí)左右。目前,鋁合金、鎂合金的半固態(tài)金屬及其復(fù)合材料加工技術(shù)、成形過程的計(jì)算機(jī)模擬等基礎(chǔ)理論研究方面開展了卓有成效的工作。 國(guó)外，半固態(tài)鑄造法主要用于研究汽車工業(yè)的鋁和鎂的合金零件上；國(guó)內(nèi)外未見有用半固態(tài)鑄造法生產(chǎn)環(huán)保溫度保險(xiǎn)絲報(bào)道。申請(qǐng)人首次將半固態(tài)鑄造工藝應(yīng)用于環(huán)保溫度保險(xiǎn)絲合金的制備中。該高塑性環(huán)保溫度保險(xiǎn)絲的研制成功，對(duì)亟待解決的環(huán)保溫度保險(xiǎn)絲問題提供了一個(gè)優(yōu)質(zhì)的解決方案，有望獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
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