一种铅锡钛碲镓合金焊料条的制备方法及产品和应用与流程

本发明属于铅酸蓄电池加工的，具体涉及一种铅锡钛碲镓合金焊料条的制备方法及产品和在蓄电池内部焊接中的应用。

背景技术：

1、铅酸蓄电池作为一种工艺成熟、安全经济的二次化学电源，在电动工程机械（如电动剪叉车、电动臂车、电动叉车等）领域有着广泛的应用。然而，随着电动工程机械的快速发展，蓄电池极柱和过桥根部断裂的现象日益增多。研究表明，蓄电池在运输及工作过程中存在高频大幅度的震动，在高频及反复的震动下，极群会沿着蓄电池的底槽做上下滑动，此时极柱和过桥的根部成为受力点。失效分析表明，断裂主要产生于极柱与汇流排的交汇处，其失效原因为铅合金在外力作用下产生塑性变形引起的低周疲劳，造成断裂。

2、由于蓄电池内部的极柱和过桥均为材质较软的铅或铅合金，长期处于高频震动状态下，会在受力点处形成毛细裂纹，裸露出金属铅。正极板与正极柱和正过桥连接，正极板活性物质主要成分为二氧化铅，在稀硫酸氛围下，在毛细裂纹处会发生电化学反应生成硫酸铅，其电化学反应为：pb + pbo2 + 2h2so4 = 2pbso4 + 2h2o。硫酸铅的体积约为金属铅体积的2.7倍，导致裂纹处进一步被撕裂，继续裸露出铅，反应持续进行，直到裂纹处完全腐蚀断裂，最终导致蓄电池失效。

3、目前的焊料大多以锡为基体，复配铜、镍、锗，还可选择性添加镓、碲等元素，依靠多元素协同作用在一定程度上提升焊料机械强度与耐腐蚀能力。但该方案存在明显短板：一是基体为锡，锡用量大，合金原材料成本偏高；二是属于无铅焊料体系，而铅酸蓄电池极耳常采用铅钙合金、铅钙锡铝合金、铅钙稀土合金、铅锑合金，极柱多采用铅锡合金、铅锑合金，无铅焊料与铅系基体材料焊接相容性较差，难以保证极耳、极柱、过桥的焊接接头质量，无法适配铅酸蓄电池内部串并联焊接工况。

4、现有技术中有针对依靠多元素协同作用存在不足的研究，如专利文献cn116275684a-一种焊料合金及其制备方法和应用，其通过铅、钛、碲、镓、锡组成的多元合金配比尝试优化焊接性能，但该方案存在钛元素添加参数不合理、高温制备过程中功能性元素碲易挥发、钛易与保护气反应引入杂质等诸多工业化生产难题，直接造成焊料合金成分难以精准把控、产品批次性能一致性差，无法实现规模化、稳定化的工业生产应用。为此，需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铅锡钛碲镓合金焊料条的制备方法及产品和应用，以解决上述背景技术中提出的现阶段焊料合金制备的焊料工艺面临窗口窄、成分控制难、杂质引入及批次一致性差等工业化生产难题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下三个方面的技术方案：

3、第一方面：本发明提供了一种铅锡钛碲镓合金焊料条的制备方法，包括具体步骤如下：

4、所述铅锡钛碲镓合金焊料条由包括如下重量百分比的组分熔炼而成：钛0.005～0.1%，碲0.05～0.2%，镓0.01～0.15%，锡1.0～2.0%，余量为铅及不可避免的杂质；

5、s1、将海绵钛与第一部分锡采用钛-锡-钛夹层方式装炉，并在真空度小于1.0pa、温度为1350～1550℃的真空条件下加热熔炼，熔炼保温35～55分钟后进行浇铸、真空冷却、破碎，得到钛锡中间合金颗粒，其中，海绵钛与第一部分锡的重量比为1：5～10；

6、s2、将第二部分锡与镓、碲置于真空石英安瓿或高纯石墨坩埚内，并在保护气氛下加热至600～750℃进行2～4小时保温熔化，冷却、破碎，得到锡-镓-碲母合金颗粒，其中，第二部分锡为铅锡钛碲镓合金中锡的总重量减去s1中第一部分锡后的剩余锡；保护气氛为真空或惰性气氛；

7、s3、将铅锭加热熔化后，升温至600～700℃，依次加入s1制得的钛锡中间合金颗粒和s2制得的锡-镓-碲母合金颗粒，在熔炼体系表面覆盖保护层，搅拌至完全熔化并混合均匀，降温至400～450℃得到铅锡钛碲镓合金液，其中，保护层为硼砂或木炭粉；合金颗粒完全熔化后持续搅拌20～60分钟；

8、s4、将s3制得的铅锡钛碲镓合金液注入预制焊料成型模具中，冷却至室温，脱模，得到铅锡钛碲镓合金焊料条；

9、其中，所述第一部分锡和第二部分锡共同构成铅锡钛碲镓合金中锡的总量。

10、第二方面：本发明提供了一种铅锡钛碲镓合金焊料条，由第一方面所述的方法制备而成。

11、第三方面：本发明提供了一种将第一方面所述的方法制得的铅锡钛碲镓合金焊料条应用于蓄电池内部焊接中，所述焊料条用于串并联焊接蓄电池极板的极耳、极柱与过桥结构。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1.本发明通过“分步制备+梯度温控”的工艺设计，实现了钛的高效合金化（s1、真空高温熔炼）；碲的低温稳定引入（s2、600～750℃制备母合金）；各元素的均匀分散（s3、保护层覆盖+充分搅拌+梯度降温）。该工艺路线使合金成分的精准控制和产品批次的一致性成为可能，解决了现有技术中“成分控制难、杂质引入及批次一致性差”的工业化生产难题，为铅锡钛碲镓合金焊料条的规模化、稳定化工业生产奠定了工艺基础。

14、2.本发明采用独特的“三步法”制备工艺，解决了钛（ti）熔点高、碲（te）易挥发的难题，确保了合金成分的精确控制和批次稳定性，实现了规模化、稳定化的工业生产。具体而言：钛的合金化：通过预先制备钛锡中间合金，将高熔点的海绵钛在1350～1550℃下与部分锡熔炼。这种方法不仅降低了钛的合金化难度，还避免了直接添加金属单质易出现的掉块现象，使后续熔炼过程更加稳定。碲的合金化：将碲的合金化过程独立出来，在600～750℃的低温环境下制备锡-镓-碲母合金。该温度远低于碲的沸点（989℃），从源头上有效抑制了碲在高温下的剧烈挥发。

15、3.本发明通过钛-锡-钛夹层装炉，使锡在熔化过程中从两侧包裹钛，逐步将钛带入熔体，避免了钛的掉块和偏析问题，确保了钛锡中间合金的成分均匀性。在此基础上采用真空熔炼，最大限度地排除了气氛中的活性气体，从根源上避免了钛与保护气反应引入杂质的风险，保证了钛锡中间合金的高纯度，进而确保了最终焊料合金的产品质量。

16、4.本发明通过将碲的合金化温度大幅降低至600～750℃，使锡与碲、镓与碲在该温度下充分反应生成snte及ga2te3等金属间化合物。这一温度远低于碲的沸点，从工艺源头解决了碲的挥发难题。同时，先制成母合金颗粒再于后续步骤中加入，可确保碲以化合物形式均匀引入合金体系，避免了直接添加碲单质时因密度差异大而造成的成分偏析。且在熔炼体系表面覆盖保护层：一方面隔绝了空气与合金液面的接触，防止铅、锡等元素在高温下氧化；另一方面抑制了残留碲的进一步挥发，进一步保障了合金成分的准确性。

17、5.本发明的焊料条以铅为基体，锡含量仅为1.0～2.0%，与铅酸蓄电池极耳（通常为铅钙合金、铅钙锡铝合金、铅钙稀土合金或铅锑合金）、极柱（通常为铅锡合金或铅锑合金）等铅系基体材料的焊接相容性好，能够实现良好的冶金结合，保证极耳、极柱、过桥焊接接头质量；同时锡用量低，与以锡为基体的焊料相比，原材料成本明显降低。其中，钛在极低含量（0.005～0.1%）下即可通过形成细小的金属间化合物弥散分布于合金基体中，起到沉淀强化和细化晶粒的作用，提高合金的强度及耐腐蚀性；镓能够在合金表面快速形成致密的钝化层，抑制氧化或腐蚀的进一步进行；而碲与钛、锡等元素协同作用，细化晶粒组织、增加强度、改善耐蚀性。钛、碲、镓、锡和铅各组分在特定配比范围内互相配合，在极低钛含量下依然能够大幅度提高合金的机械强度和耐腐蚀性，并在合金表面快速形成致密的钝化层，即使极柱和过桥根部因振动形成毛细裂纹，也不易发生严重的电化学腐蚀。