Sn-9Zn基無鉛釬料-Cu釬焊接頭及界面區(qū)組織性能的研究.pdf

1、本文在Sn-Zn共晶合金的基礎(chǔ)上，依次加入Cu、Bi和稀土Ce，通過鋪展性試驗(yàn)和DSC差熱分析，研究合金元素的含量對(duì)釬料潤濕性和熔點(diǎn)的影響，以研制出潤濕性好、熔點(diǎn)合適的無鉛釬料合金。
　　 在進(jìn)行優(yōu)化篩選的基礎(chǔ)上，對(duì)配比并熔煉出的釬料及釬劑進(jìn)行了研究。
　　 通過鋪展性試驗(yàn)觀察不同成分釬劑對(duì)釬料鋪展?jié)櫇裥缘挠绊?，初步確定釬劑成分，通過釬劑性能試驗(yàn)對(duì)釬劑的腐蝕性及不揮發(fā)物含量進(jìn)行對(duì)比確定合適的釬劑。
　　 通過鋪展

2、性試驗(yàn)初步確定釬焊的工藝參數(shù)，利用影像式燒結(jié)點(diǎn)試驗(yàn)儀對(duì)釬焊的熔化鋪展過程進(jìn)行觀察，確定合適的工藝參數(shù)。
　　 通過X射線衍射、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和電子探針對(duì)釬焊接頭的組織成分進(jìn)行分析，探討無鉛釬料合金中相的組成以及合金元素的作用機(jī)理。
　　 通過釬焊接頭剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)釬焊接頭的組織進(jìn)行觀察，探討不同的合金元素的對(duì)接頭剪切強(qiáng)度的影響。
　　 對(duì)釬料的研制表明：向Sn-9Zn中加入Cu能夠顯著的改善合金的鋪展?jié)櫇?/p>

3、性，當(dāng)Cu的質(zhì)量百分含量為0.8％時(shí)，釬料的鋪展面積得到最大改善，但Cu的加入也顯著提高了釬料的熔點(diǎn)。Bi的加入降低了釬料的熔點(diǎn)，提高了鋪展面積；但釬焊接頭的脆性增加，最后控制在了5％。在釬料合金中加入稀土元素Ce，對(duì)無鉛釬料的鋪展面積有所改善。最終確定無鉛釬料合金的成分為：Sn-9Zn-0.8Cu-5Bi-0.3Ce。該釬料合金的熔煉方法與傳統(tǒng)釬料的熔煉不同，Cu和Ce元素作為溶質(zhì)元素少量加入，Zn元素最后加入。
　　 研制的

4、釬劑以松香為基，為保證釬劑的熔點(diǎn)與試驗(yàn)用釬料的熔點(diǎn)相適應(yīng)，添加了活性劑ZnCl2、SnCl2以確保清除Zn的氧化膜。通過鋪展性試驗(yàn)可以看出，隨著釬劑中活性劑含量的增加，釬料的鋪展面積增大。
　　 在優(yōu)化選定了釬料和釬劑后，其最佳釬焊工藝參數(shù)為：釬焊溫度250℃，保溫時(shí)間15min。釬劑在140℃完全熔化，釬料在198℃開始熔化，230℃時(shí)釬料完全熔化；在250℃的釬焊溫度下保溫5～15min，釬料的鋪展面積變化不明顯。
　

5、　 通過對(duì)釬焊接頭的相、組織和成分分析，結(jié)果表明：在釬焊接頭中存在Sn、Bi，η-Cu6Sn5和CuZn2、CuZn、Cu5Zn8；Bi元素在釬焊接頭中呈層片狀分布，在釬焊冷卻過程中形成樹枝晶，對(duì)釬焊接頭的力學(xué)性能產(chǎn)生不利。Cu元素抑制了Cu-Sn化合物的形成速度，提高了釬焊接頭的強(qiáng)度，同時(shí)Cu元素降低了Zn原子的活性，抑制Zn在釬料表面的氧化，減小液態(tài)釬料的表面張力改善潤濕性。Zn元素在釬焊過程中先于Sn與Cu進(jìn)行反應(yīng)生成化合物，阻

6、礙Sn、Cu之間的擴(kuò)散反應(yīng)，從而抑制Cu-Sn化合物層的增加，提高了釬料的力學(xué)性能。
　　 通過釬焊接頭的力學(xué)性能試驗(yàn)可以看出：Cu和Zn對(duì)釬焊接頭的剪切強(qiáng)度有明顯的強(qiáng)化作用；隨著Bi含量的增加釬焊接頭的剪切強(qiáng)度下降；稀土元素Ce的加入在改善釬料潤濕性的同時(shí)，細(xì)化了Bi相的組織，提高了釬焊接頭的剪切強(qiáng)度，添加0.3％的Ce使接頭的剪切強(qiáng)度提高了5.8MPa。
　　 最終，通過優(yōu)化試驗(yàn)，研制出了比較適合工業(yè)化生產(chǎn)的無鉛低熔