SnZnPr-xAu无铅钎料性能与组织

研究了微量纳米Au颗粒对SnZnPr无铅钎料性能与组织的影响。研究结果表明,微量的纳米Au颗粒可以显著改善SnZnPr钎料的润湿性和焊点力学性能,通过优化设计证明纳米Au颗粒的最佳添加量为0.1%,但添加纳米Au颗粒过量时,钎料的润湿性明显下降,焊点的力学性能基本不变。对SnZnPr和SnZnPr-0.1Au钎料组织研究发现0.1%纳米Au颗粒可以显著细化基体组织,特别是减小富Zn相的尺寸,通过纳米压痕实验证明0.1%纳米颗粒可以显著提高SnZnPr钎料的抗蠕变性能,热循环实验证明0.1%纳米Au颗粒可以将QFP100器件SnZnPr焊点热疲劳寿命提高12.3%,主要归因于纳米颗粒对位错的钉扎作用。     

Sn-Zn-Bi无铅钎料成分设计

利用二次回归正交组合设计建立了Sn Zn Bi无铅钎料成分与润湿性能、力学性能及抗腐蚀性能的回归方程,分析了成分质量分数对钎料润湿性能、接头剪切强度及钎缝抗腐蚀能力的影响规律。结果表明:增加Zn的质量分数有助于提高接头剪切强度,但同时也使钎料润湿性和钎缝抗腐蚀性能下降;添加适量质量分数的Bi能明显改善钎料的润湿性、接头剪切强度和钎缝抗腐蚀性;Zn、Bi交互作用对钎料和接头性能有一定的影响。在综合考虑成分变化对钎料熔点、熔化温度区间等影响后,优化设计出用于电子工业的w(Zn)=8%～9%、w(Bi)=3%～4%的Sn Zn Bi无铅钎料。     

复合活性钎料钎焊Cu与Al2O3的接头组织及性能

为改善紫铜与Al_2O_3陶瓷的连接强度,采用纳米-Al_2O_3增强的AgCuTi复合钎料(Ag Cu Tip)对紫铜与Al_2O_3陶瓷进行了真空钎焊.采用扫描电镜、能谱分析以及剪切试验对钎焊接头微观组织及力学性能进行了分析.钎焊接头典型界面组织为紫铜/扩散层/铜基固溶体+银基固溶体+Ti_2Cu+Ti_3(Cu,Al)3O/Al_2O_3.纳米-Al_2O_3的添加抑制了Al_2O_3侧反应层的生长,并促进钎缝中形成弥散分布的Ti_2Cu相.随着保温时间的延长,铜侧扩散层和Ti_3(Cu,Al)_3O反应层的厚度逐渐增大.保温时间为20 min时,铜母材向钎料过度溶解,降低了接头性能.当钎焊温度为880°C,保温10 min时,接头抗剪强度最高为82 MPa.纳米颗粒的加入细化了钎缝组织并降低了母材与钎缝热膨胀系数的不匹配,因此提高了接头的连接性能.保温时间可影响界面组织及反应层的厚度,进而影响接头的连接强度.     

时效处理对CuCrSnZn/SnAgCu钎料接头界面及剪切性能影响

为了探讨引线框架铜合金与无铅钎料钎焊接头界面性能,采用扫描电镜及万能材料实验机,分析了引线框架用CuCrSnZn合金与SnAgCu系无铅钎料钎焊接头,在160℃时效不同时间的过程中界面形貌及接头剪切性能的演变过程.结果表明,时效前,钎焊接头界面处形成了一层长针状的Cu6Sn5;不同时间时效处理后,接头界面IMC层厚度有不同程度的增加,Cu6Sn5变长变粗,逐渐离开界面进入钎料内部,靠近铜合金片材基体的一侧会出现极薄的一层Cu3Sn层.无铅钎料钎焊接头时效25h剪切强度可到27.3 MPa,其后逐渐降低.未时效、时效25 h和50 h断裂发生在钎料基体内部,时效至300 h,断裂位置向界面金属间化合物处转移,剪切断口断裂形式逐渐由韧性断裂向脆性断裂转变.     

SnAgCu-nano Al钎料Anand本构关系及焊点可靠性

研究了含纳米0.1 wt.%Al颗粒SnAgCu无铅钎料Anand本构关系,将本构关系应用于有限元模拟,分析FCBGA器件SnAgCu-nano Al焊点的应力-应变响应。结果表明,在不同的温度和应变速率的条件下,可以采用非线性数据拟合方法得到SnAgCu-nano Al钎料的Anand本构方程的9个参数值。结合Anand本构模型,采用有限元法计算焊点应力-应变,发现FCBGA器件SnAgCu-nano Al焊点应力-应变分布和焊点阵列有明显的关系,最大的应力-应变集中于拐角焊点;SnAgCu-nano Al焊点的应力-应变值明显低于SnAgCu焊点,证明纳米Al可以提高SnAgCu焊点的可靠性。     

锡元素对Zn-10Al钎料合金组织及性能的影响

利用OM、XRD衍射仪、SEM及其自带的EDS能谱分析仪、万能试验机研究Sn元素添加量对Zn-10Al钎料合金显微组织、物理性能以及焊接性能的影响.结果表明:Sn元素能够细化Zn-Al钎料共析组织,降低钎料合金熔化温度,提高钎料合金铺展性能以及焊接接头的抗剪强度.添加Sn元素质量分数为12%时,钎料合金在铜板上铺展面积为122 mm2,焊接接头的抗剪强度为53 MPa.当Sn元素质量分数超过12.0%时,铜界面处金属间化合物迅速生长,铺展面积和剪切强度下降.     

第二相粒子改善Sn-Bi无铅焊料性能的研究现状

Sn-Bi焊料是目前较有潜力的低温焊料,其优异的各项性能使其广泛应用于低温焊接领域,但Sn-Bi系焊料具有易偏析、脆性大,且在服役过程中易出现相粗化以及Bi相富集,限制了其发展与应用.为克服这些弊端,国内外采用了添加第二相颗粒的方法来改善性能.通过阐述合金元素、氧化物颗粒以及碳纳米结构材料对Sn-Bi钎料熔化特性、润湿性、显微组织、界面组织及力学性能方面的影响,探讨了钎料改性工作的研究成果,简述了研究过程中存在的问题,展望了Sn-Bi系无铅焊料未来发展方向,为新型无铅焊料研发提供理论基础.     

SnBi-SACBN复合锡膏焊后微观组织及力学性能

针对低温无铅钎料Sn58Bi(SnBi)焊后脆性问题,采用机械混合方法向SnBi无铅锡膏中分别加入质量分数0.5%、1%、5%的SAC-Bi-Ni(SACBN)合金粉末制备复合锡膏。借助扫描电镜对复合锡膏焊后合金微观组织形貌、成分进行研究,通过纳米压痕法对复合钎料力学性能进行表征。实验结果表明:随着复合锡膏中SACBN微粒含量增加,焊后合金微观组织中β-Sn相增多,富Bi相含量降低,合金中由富Bi相构成的细小网状组织结构得到抑制。当锡膏中SACBN微粒含量由0增大至5%时,合金硬度从219.05 N/mm~2下降到174.18 N/mm~2,弹性模量由5.93 N/mm~2下降到2.86 N/mm~2。     

Ag-Cu共晶钎料的真空钎焊紫铜工艺

在不同温度下对紫铜真空钎焊接头组织及性能进行了试验研究.钎焊时间为5 min,钎焊温度为820～950℃,钎料为Ag-28Cu,采用扫描电镜(SEM)、X线能谱仪(EDS)、光学显微镜(OP)观测和分析接头微观组织,同时采用拉伸机测试了接头力学性能.试验结果表明,接头的微观组织由铜基固溶体和银铜共晶组织组成;接头的抗剪强度随着钎焊温度的增加而增大,最大值为238 MPa,继续增加钎焊温度,接头抗剪强度降低;接头的断裂处主要在柱状的铜基固溶体与银铜共晶组织的交界处.     

纳米TiC对Si3N4基复合陶瓷材料性能和微观结构的影响

用热压法制备了纳米TiC增韧补强的Si₃N₄基复合陶瓷材料,研究了不同TiC含量对复合陶瓷材料力学性能与微观结构的影响.结果表明：纳米TiC颗粒的添加对复合材料的力学性能的提高是有利的,当纳米TiC的质量分数为15%时,复合材料具备较优的力学性能,其抗弯强度、断裂韧性、HV硬度分别达到895MPa,8.03MPa.m1/2,15.06GPa;不同尺寸的Si₃N₄晶粒形成双峰结构,有利于复合材料性能的提高;其断裂机制为沿晶断裂和穿晶断裂的混合类型.     

元素Ag 对Sn －9Zn 钎料组织及性能影响

通过实验研究了元素Ag对Sn-9Zn共晶钎料微观组织、熔点、显微硬度及抗腐蚀性的影响。结果表明,添加Ag元素后,能使Sn-9Zn合金组织和性能得到明显改善,其中Ag和Zn形成AgZn₃化合物,可以抑制粗大针状Zn相组织的生长,并呈放射状,对合金基体起到很好的弥散强化作用;熔点提高2 ℃;润湿性提高20%;显微硬度提高10.02%;腐蚀电位明显提高,抗腐蚀性能得到改善,接近于传统Sn-37Pb钎料。     

典型添加元素对Sn-Zn系钎料性能的影响

Sn-Zn钎料被认为是传统Sn-Pb共晶钎料的最佳替代合金之一,它以低廉的成本、较好的力学性能以及其共晶成分与Sn-37Pb钎料熔点相近等优点引起了人们的广泛关注,但其润湿性、抗氧化性、抗腐蚀性不够理想.阐述了Bi、A1、In、Ag、Cu及稀土元素(RE)等典型添加元素对Sn-Zn钎料各种性能的影响,以期为Sn-Zn钎...     

稀土Er对Al-Si-Cu钎料显微组织与性能的影响

为了研究微量稀土元素Er对Al-7Si-20Cu钎料合金性能的影响,进行了不同wEr对Al-7Si-20Cu合金熔化温度、润湿性能及力学性能的试验研究.结果表明,添加微量Er对Al-Si-Cu钎料合金的熔化温度无显著影响,但显著提高Al-Si-Cu钎料合金对被焊基体铝合金(LF21)的润湿能力,尤其是当wEr为0.05%~0.1%时最为显著.显微组织分析表明,随着wEr的增加,钎料显微组织细化,特别是针状共晶Si的长度逐渐减小.     

稀土元素镧和锶对镍基钎焊料焊接性能的影响

碳化钨(WC)复合涂层是一种高温下使用的有效耐磨蚀保护涂层.在BNi-2钎料粉末中添加稀土粉末,用机械合金化技术制备了改进的BNi-2钎料粉末,并在Q235钢基体上制备了碳化钨复合涂层;采用SEM观察了涂层显微组织,分析了稀土元素La和Ce对钎料焊接性能的影响规律.结果表明,在BNi-2合金中分别加入0.1 Wt.%稀土元素La,0.05 Wt.%稀土元素Ce,并采用机械合金化制备的粉状镍基焊料,与母材润湿性良好,焊接性能有所提高.采用此焊料及渗透钎焊技术可以制备出界面结合良好的WC复合涂层.     

旋转磁场对无铅钎料组织及显微硬度的影响

为改善无铅钎料组织性能,研究了在0.125T、1250r/min的情况下旋转磁场对Sn3.0Ag0.5Cu、Sn-9Zn钎料组织和显微硬度的影响.结果表明：旋转磁场作用对Sn3.0Ag0.5Cu、Sn-9Zn钎料的物相构成没有影响,但可使钎料构成相的尺寸、形状及分布发生明显变化,其中部分Ag3Sn相发生弯曲,富Zn相变为细小且分布呈一定的旋转状.与未经旋转磁场作用相比,磁场作用后Sn3.0Ag0.5Cu、Sn-9Zn和Sn-9Zn钎料的显微硬度分别提高15.6%和10.2%,达到HV 24.5和HV 19.3.旋转磁场与感应电流间的Lorentz力具有驱动熔体随电磁场运动的趋势,将影响钎料组织凝固及其显微硬度.     

采用BNi-2钎料真空钎焊0Cr18Ni9不锈钢管材

针对实际应用中常需要获得异型接头这一目的,采用BNi82CrSiB(BNi-2)钎料钎焊套接0Cr18Ni9不锈钢管材,研究了冷却方式、钎焊温度、保温时间和装配间隙对接头组织结构和力学性能的影响.结果表明:管材套接的特殊结构,填缝间隙对接头影响较大,当间隙过小为5~10μm时,易出现填缝不足导致无法形成完整接头,接头强度下降;但间隙过大为250~300μm,钎缝中形成大量脆性相并产生微裂纹;冷却方式对组织影响较小,但15℃/min的冷却速度所得接头强度较低;钎焊温度升高或保温时间延长,最大间隙值增大,母材出现溶蚀,性能影响较小.钎焊温度为1 050℃,保温时间为10 min,装配间隙为20~50μm,随炉冷却所得钎焊接头显微组织结构中未出现共晶组织和金属间化合物,接头性能最高.     

尺寸效应下的无铅微焊点研究进展

为了研究无铅微焊点在尺寸效应下的可靠性,综述了微焊点的界面反应机制,常用添加元素对微连接金属间化合物(IMC)的作用及微焊点在尺寸效应下的主要问题.分析表明,IMC层主要由两种铜锡化合物Cu6 Sn5和Cu3 Sn组成.微焊点的连接形式有焊盘小尺寸微焊点和微通孔焊盘无铅微焊点两种,柯肯达尔(Kirkendall)孔洞、电迁移及焊料尺寸都会对接头的力学性能、拉伸强度和剪切强度造成较大的影响.同时,压力钎焊等新工艺可以促进焊料中元素的扩散,从而对抑制接头组织中脆性相和提高钎焊接头强度有显著效果.     

Cu-Ni-Sn-Ti活性钎料成分设计与优化

利用混料回归设计建立了Cu-Ni-Sn-Ti活性钎料成分与剪切强度、润湿性能的回归方程,分析了成分质量分数对接头剪切强度和钎料润湿性能的影响规律。结果表明:增加Ti含量有助于提高钎料的润湿性能,但同时也使接头的剪切强度下降;添加适量的Sn能明显改善接头剪切强度和钎料的润湿性能。在综合考虑成分变化对钎料熔化温度区间等影响后,优化设计出用于钎焊连接立方氮化硼超硬材料的w(Ti)=10%~12%、w(Sn)=3%~5.5%的Cu-Ni-Sn-Ti活性钎料。     

Sn-Zn-Cu-Al无铅钎料的组织及性能分析

以Sn-9Zn-2Cu为研究对象,采用合金化的方法考察不同含量的Al元素对其微观组织及性能的影响。发现Al元素的加入可以较大地提高钎料的润湿性和抗氧化性。当w(Al)为0.035%时,钎料润湿性最好,同时钎料的硬度最大;当w(Al)为0.01%时,钎料抗氧化性最佳;Al元素的加入稍微提高了合金的熔点,主要集中在203℃左右;Al元素可以使合金组织细化,减小第二相尺寸,使其分散均匀化。     

以高炉渣为助烧剂制备ZTA/TiC复合陶瓷及其性能研究

以3μm α-Al_2O_3为主要原料,辅以纳米Al_2O_3、ZrO_2和TiC等原料,工业废渣——高炉渣为助烧剂,热压烧结制备ZTA/TiC复合陶瓷。利用XRF、XRD、DSC、SEM、三点弯曲试验和维氏压痕等表征手段,研究了原料组成和烧结温度对复合陶瓷物相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:15%(质量分数,下同)纳米Al_2O_3及5%纳米TiC的加入有利于复合陶瓷力学性能的提升,烧结温度为1 650℃时,材料的抗弯强度和断裂韧性分别为510 MPa和6.58 MPa·m~(1/2),沿晶断裂与穿晶断裂同时存在,使复合陶瓷有较好的综合性能。添加质量分数为4%的高炉渣,1 550℃热压烧结30 min,得到的ZTA/TiC复合陶瓷相对密度为99.5%,抗弯强度和断裂韧性分别为555 MPa和5.20 MPa·m~(1/2),比相同温度下未添加高炉渣时的性能优良。烧结时高炉渣产生的液相可促进Al_2O_3棒晶生长并降低烧结温度;同时由于其析晶特性,陶瓷基体中的玻璃相减少,陶瓷强度提高。