過飽和銀銅鋅錫釬料的鍍覆制備及其釬焊工藝性研究.pdf

1、本文將表面鍍覆技術(shù)應(yīng)用于釬焊材料制造領(lǐng)域，提出鍍覆—熱擴散組合工藝制備過飽和銀銅鋅錫釬料的新方法，突破熔煉合金化制備銀銅鋅錫釬料的傳統(tǒng)極限。通過鍍覆—熱擴散組合工藝提高銀釬料中Sn含量，實現(xiàn)銀釬料組織和性能的優(yōu)化，制備過飽和銀銅鋅錫釬料。采用過飽和釬料以火焰釬焊、感應(yīng)釬焊工藝連接黃銅、不銹鋼，研究Sn含量對釬焊接頭組織和性能的影響規(guī)律，并利用熱力學(xué)原理研判試驗結(jié)果。將過飽和釬料及其釬焊工藝性與相當Sn含量的釬料進行對比。主要研究結(jié)論如下

2、：
　?。?）鍍覆制備工藝優(yōu)化。采用電流密度、鍍液溫度、極間距等多參數(shù)協(xié)同控制鍍層厚度，通過鍍層厚度調(diào)控過飽和釬料中Sn含量，優(yōu)化鍍覆制備工藝。其中最佳電鍍—熱擴散組合工藝為：
　?、匐婂儯弘娏髅芏? A/dm2，鍍液溫度40 ℃，極間距22 mm，超聲波功率240 W，超聲波頻率45 kHz，時間7.5 min。
　　②熱擴散工藝：溫度220 ℃，時間24 h。用最佳工藝制備的過飽和釬料中Sn含量最高達7.2％，比傳

3、統(tǒng)方法提高約31%。
　?。?）帶錫鍍覆層釬料的擴散機制研究。揭示了擴散溫度、時間與釬料組織和性能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在成分與幾何分布相對不變的條件下，通過調(diào)控擴散參數(shù)可獲得預(yù)期組織。隨著擴散溫度升高和擴散時間延長，過飽和釬料的熔化溫度區(qū)間縮小，擴散過渡區(qū)厚度增加。擴散過渡區(qū)主要由Cu3Sn相和Ag3Sn相組成，Sn元素在過渡區(qū)分布均勻、無偏析。揭示擴散過渡區(qū)的形成機制為“釬接、互擴散、亞穩(wěn)態(tài)、合金化”。推導(dǎo)、建立了200 ℃和220 ℃

4、時擴散過渡區(qū)生長的本構(gòu)方程，發(fā)現(xiàn)擴散過渡區(qū)厚度隨擴散溫度升高和擴散時間延長呈指數(shù)增加。
　?。?）過飽和釬料的性能優(yōu)化。通過擴散Sn含量優(yōu)化釬料成分，調(diào)控過飽和釬料的熔化溫度、潤濕性及力學(xué)性能，獲得Sn含量對釬料性能的影響規(guī)律。隨著Sn含量升高，過飽和釬料的DSC吸熱峰向左偏移、熔化溫度區(qū)間縮小、潤濕面積增大、抗拉強度增高。與同等Sn含量的傳統(tǒng)釬料相比，過飽和釬料的熔化溫度區(qū)間縮小3.65%~14.5%，潤濕面積提高7.8%~22

5、.6%，抗拉強度略低。在Sn含量為7.2%時，過飽和釬料的熔化溫度為642~676 ℃，潤濕面積為481 mm2。
　?。?）過飽和釬料釬焊接頭的組織和性能研究。用不同Sn含量的過飽和釬料連接H62黃銅、304和316LN不銹鋼，揭示釬焊接頭組織、性能與Sn含量的變化規(guī)律，并與傳統(tǒng)釬料釬焊接頭性能進行對比。當Sn含量低于5.5%時，過飽和釬料釬焊接頭組織主要由富Cu相、Ag相、CuZn相、Cu5Zn8相組成。當Sn含量高于5.5%

6、時，過飽和釬料釬焊接頭組織主要由富Cu相、Ag相、CuZn相、Cu5Zn8相、Cu41Sn11相、Ag3Sn相組成。隨著Sn含量升高，過飽和釬料釬焊接頭的抗拉強度整體呈現(xiàn)增高趨勢。在Sn含量為5.5%和6.0%時，過飽和釬料連接的316LN不銹鋼和304不銹鋼/H62黃銅釬焊接頭的抗拉強度分別為415 MPa和395 MPa，比同等Sn含量傳統(tǒng)釬料釬焊接頭的抗拉強度（430.5 MPa、407 MPa）略低。主要原因是過飽和釬料中Cu3

7、Sn相和Ag3Sn相比例隨著Sn含量升高而增加，導(dǎo)致釬焊接頭強度略低于傳統(tǒng)釬料。
　?。?）過飽和釬料的熱力學(xué)特性。提出過飽和釬料釬焊工藝熵和接頭性能熵的數(shù)學(xué)表達式，理論分析Sn含量與釬料潤濕性、釬焊接頭力學(xué)性能的關(guān)系，與相同Sn含量的傳統(tǒng)釬料相比，過飽和釬料的釬焊工藝熵值更小、接頭性能熵值略高。試驗結(jié)果證實釬焊工藝熵和接頭性能熵的表達式在一定程度上可定量預(yù)測過飽和釬料的釬焊工藝性和接頭力學(xué)性能。
　?。?）釬焊接頭的耐蝕性