基本信息
- 項目名稱：
- 高塑性Sn-Bi溫度保險絲
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 現(xiàn)如今無鉛化環(huán)保已成為電子工業(yè)的主流趨勢與共識。溫度保險絲在各類電器中應用廣泛，國標規(guī)定家用電器必須使用熱熔斷器（溫度保險絲）。但國內生產溫度保險絲的工廠現(xiàn)均未掌握環(huán)保型低熔點合金的研制技術，無鉛原材料或保險絲多依賴進口。 我們的作品為環(huán)保溫度保險絲國產化提供一個優(yōu)質的解決方案。
- 詳細介紹：
- 項目簡介：錫鉍系合金是很有潛力滿足溫度保險絲和低溫釬料使用要求的無鉛合金，但Sn-Bi合金的高脆性，難以達到保險絲的塑性要求，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、晶粒細小非枝晶Sn-Bi合金，并擠壓制備出力學性能優(yōu)異的溫度保險絲。初步解決使用傳統(tǒng)加工法生產的Sn-Bi合金熱熔斷體塑性差，稍一彎曲就斷裂，達到保險絲的塑性要求。半固態(tài)鑄造擠壓制備的溫度保險絲的力學性能彈性模量、抗拉強度和延伸率與普通鑄造擠壓的相比，分別提高了14％、23％和57％，與同類進口產品相比，價格下降20%，為環(huán)保溫度保險絲國產化提供一個優(yōu)質的解決方案。 研究成果：1. 項目經具教育部查新權的廣東工業(yè)大學圖書館查新表明國內外尚無相關的的研究報道。 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)大學第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學生課外學術科技作品競賽中獲特等獎。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1、發(fā)明目的 信息產業(yè)部、國家發(fā)改委、國家環(huán)保局推出的"電子信息產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)量相當巨大，出口份額占全國第一位，熱熔斷器作為配套元件其環(huán)保要求十分迫切。對于這迫在眉睫的形式，廣東省內電子產品制造業(yè)正在倉促應對，目前環(huán)保型電子焊料的開發(fā)工作已有初步進展，但是熱熔斷器生產廠家還沒有掌握環(huán)保產品的生產技術，因而產品從普通型向環(huán)保型的過渡成了許多廠家面臨的難題?！盁o鉛溫度保險絲的研制”課題的研究正是當前迫切的出口形勢之所急，所以發(fā)展具有自主知識產權的環(huán)保技術，進行環(huán)保溫度保險絲的研制已刻不容緩。 2、基本思路： 本作品將對錫鉍合金的制備進行創(chuàng)新探索，提出采用半固態(tài)合金成型技術，在Sn-Bi合金凝固的過程中對其進行強烈攪拌，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： 使用半固態(tài)鑄造法制備成分均勻、晶粒細小非枝晶組織Sn-Bi合金，并擠壓制備出力學性能優(yōu)異的溫度保險絲。 4、技術關鍵和主要技術指標 攪拌速度為320轉/min、攪拌時間為8min、攪拌溫度142℃時半固態(tài)鑄造制備的溫度保險絲的力學性能彈性模量、抗拉強度和延伸率與普通鑄造相比，分別提高了14％、23％和57％。
科學性、先進性
- 目前無鉛環(huán)保熱熔斷體的生產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合金模擠壓成形。這種工藝適宜于含有鉛和鎘的合金，因為鉛和鎘都有很好的韌性和延展性。低熔點合金就只剩下了錫、鉍、碲、銦、鋅。由于鋅熔點較高，而碲、銦由于價格昂貴，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構，這常常是裂紋的起源。使用傳統(tǒng)加工法生產的Sn-Bi合金熱熔斷體塑性差，難以達到保險絲的塑性要求。Sn-Bi合金的高脆性也是Sn-Bi系低溫焊料應用受到限制。 據不完全統(tǒng)計：單低壓熱熔斷體的年銷售總額大約在6～8億元人民幣。此外，目前電子產品正向小型化及高可靠性發(fā)展，這就要求新開發(fā)的無鉛合金應具有良好的工藝性能和更高的力學性能，確保其在服役過程中可靠的運行。開發(fā)力學性能優(yōu)異、晶粒細小、成分均勻、滿足電子產品的使用要求的Sn-Bi合金制備技術和工藝及理論具有著重要的意義。
獲獎情況及鑒定結果
- 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”》（《在機械攪拌成型中攪拌時間對Sn-58Bi合金半固態(tài)漿料的機械性能的影響》）和《The mechanical properties of Sn–58Bi Alloy treated in the semi-solid state by mechanical stirring process》（《通過機械攪拌成型的Sn-58Bi半固態(tài)合金的機械性能》）已被 2011 International Conference on Materials Engineering for Advanced Technologies（2011年國際先進技術材料工程會議）（Singapore, Singapore, May5~6, 2011）錄用，會后論文將在《Key Engineering Materials》（《關鍵工程材料》）EI期刊發(fā)表。 2、在廣東工業(yè)大學第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學生課外學術科技作品競賽中獲特等獎。 3、研究內容經具有教育部查新權的廣東工業(yè)大學圖書館查新后表明目前無其他團隊對進行了相關的的研究。
作品所處階段
- B中試階段
技術轉讓方式
- 通過技術轉讓的方式與工廠合作。
作品可展示的形式
- 實物、產品、圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 采用半固態(tài)鑄造法制備成分均勻、晶粒細小非枝晶組織Sn-Bi合金，并擠壓制備出力學性能優(yōu)異的溫度保險絲。初步解決使用傳統(tǒng)加工法生產的Sn-Bi合金熱熔斷體塑性差，稍一彎曲就斷裂，難以達到保險絲的塑性要求。半固態(tài)鑄造制備的溫度保險絲的力學性能彈性模量、抗拉強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，其涉及的電子產品總額高達數(shù)百億之巨?？深A測該技術若推廣將產生巨大的經濟效應。
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度；在100℃恒溫時效試驗中，Al能有效抑制Bi相的粗化。李元山等學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大速度，從而使初生相和共晶組織得到明顯細化。 上述研究中基本上都是通過添加變質劑、增大過冷度或利用熔體轉變的方法來細化晶粒從而提高金屬性能，其主要目的是改善Sn-Bi釬料的強度，對合金的成分均勻性、塑性及熔斷性能是否有改善或達到熔斷器的使用要求尚未展開研究。 國外學者在熱型連鑄工藝制得環(huán)保溫度保險絲方面進行了許多研究，制取了直徑2mm的絲，進行了結構和性能的探討，認為熱型連鑄工藝制得的絲具有相當好的塑性。熱型連鑄的快速凝固細化了晶粒。但熱型連鑄法的生產率低,對操作技術要求頗高，合金質量的穩(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行，增加了加工的工序；另外由于錫、鉍的硬度差別大，鍛造時鑄錠中的空隙不容易被填充上，因而效果不好。 20世紀70年代初，美國麻省理工大學的Flemings教授等提出了半固態(tài)鑄造技術。它是在金屬凝固過程中對其進行強烈攪拌強烈的，攪拌作用得到細小的顆粒，結構也逐漸向薔薇形、球形演化；同時攪拌改變結晶凝固過程。強烈的攪拌使熔體整體上溫度和成分相對均勻，實現(xiàn)晶粒在各個方向上均勻長大，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?shù)偷募羟袘纯蛇M行攪拌，即使當固相分數(shù)較高時，所需的剪切應力通常也比同種液態(tài)金屬的剪切應力低三個數(shù)量級左右。目前,鋁合金、鎂合金的半固態(tài)金屬及其復合材料加工技術、成形過程的計算機模擬等基礎理論研究方面開展了卓有成效的工作。 國外，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；國內外未見有用半固態(tài)鑄造法生產環(huán)保溫度保險絲報道。申請人首次將半固態(tài)鑄造工藝應用于環(huán)保溫度保險絲合金的制備中。該高塑性環(huán)保溫度保險絲的研制成功，對亟待解決的環(huán)保溫度保險絲問題提供了一個優(yōu)質的解決方案，有望獲得巨大的經濟效益。
