建筑用钎焊接头组织与力学性能的研究

采用OM、XRD、SEM和拉力试验机,研究了钎焊工艺参数对SnAg0.5CuZn0.1Ni/Cu无铅微焊点界面金属间化合物(IMC)和力学性能的影响。结果表明:添加0.1%Ni(质量分数)能显著细化SnAg0.5CuZn钎料合金的初生β-Sn相和共晶组织;钎焊温度为270℃、钎焊时间为240 s时,钎焊接头的剪切强度达到最大值47 MPa。     

回流次数对Au80Sn20/Cu焊点显微组织及剪切性能的影响

采用回流焊接技术制备Au80Sn20/Cu焊点,研究其显微组织和剪切强度随回流焊接工艺参数之间的演变规律。结果表明:在焊接温度为310℃时,焊点界面处形成的(Au,Cu)5Sn金属间化合物(IMC)层随回流次数增加而增厚;IMC形貌由层状转变为扇贝状,最后成长为胞状;焊点剪切强度随回流次数增加而下降,回流1次后剪切强度为82.94 MPa,回流20次后下降至54.33 MPa;且回流焊接次数对焊点断口形貌和断裂方式造成影响:1次回流后在Cu/IMC界面发生韧性断裂;而3次和5次回流后断裂面分别出现在焊料中和IMC中,为韧性脆性混合断裂;回流次数超过10次后焊点发生脆性断裂。     

TiZrNiCu钎料真空钎焊TZM合金接头界面组织及力学性能

采用Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料箔实现了TZM合金的真空钎焊连接,研究了钎焊温度和保温时间对接头界面微观组织结构及力学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了接头界面组织及物相成分、确定接头的断裂位置和断裂方式,通过X射线衍射仪(XRD)分析确定接头中存在的物相。研究结果表明:接头典型界面组织为TZM/Ti-Mo固溶体+(Ti,Zr)2(Ni,Cu)/TZM,随着钎焊温度或保温时间的增加,钎缝中Ti-Mo固溶体的含量增加,(Ti,Zr)2(Ni,Cu)相含量减少,且Ti-Mo固溶体中Mo元素的原子比例增加,钎缝与母材连接界面处、母材中的裂纹状结构含量增加。随钎焊温度或保温时间的增加,接头剪切强度先增大后减小,当钎焊温度1020℃,保温时间20 min时,接头具有最大剪切强度105 MPa。断口分析表明,断裂位置为钎缝与母材连接界面,断裂方式为解理断裂兼部分沿晶断裂。     

铪与铜钎焊接头的组织与强度

采用72Ag-28Cu钎料对铪与铜进行了真空钎焊试验,钎焊温度为820~920℃,保温时间为1~45 min。研究了钎焊温度与保温时间对Hf/72Ag-28Cu/Cu钎焊接头组织和强度的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)观察钎焊接头组织形貌,用能谱仪(EDS)进行化学成分分析,用X射线衍射(XRD)进行物相分析。结果表明:随着钎焊温度的升高与保温时间的延长,接头剪切强度先升高后降低;在钎焊温度为840℃、保温时间为15 min的真空钎焊条件下,钎缝中的各相分布均匀,且尚未粗化,相比温度升高和保温时间延长获得的大块连续状相而言更有分布优势,起到了弥散强化的作用,并有利于应力的缓解释放,此时剪切强度最高,达到了最大的201 MPa,钎缝内形成了良好的结合界面;钎焊接头界面生成了Cu51Hf14,Cu8Hf3金属间化合物,但Cu-Hf化合物过多会对缺陷比较敏感,易产生裂纹,降低接头强度;Cu-Hf化合物过少导致没有形成良好冶金结合;因此,钎焊温度过高或过低,保温时间过长或过短对接头强度都不利。接头的界面结构为Hf/Cu-Hf化合物+Hf基固溶体/Hf基固溶体+Ag-Cu共晶组织+Cu-Hf化合物+Cu基固溶体/Cu。     

不锈钢/碳钢拉拔钎焊复合管的实验研究

采用拉拔-钎焊的方式制备不锈钢/碳钢复合管,应用金相显微镜观察钎焊后复合界面的微观形貌,实验测试了钎焊温度和保温时间对复合强度的影响。研究发现,钎焊后金属间形成致密的冶金结合,随钎焊温度增加,金属间的剪切强度提高,当温度大于1150℃时,剪切强度从295MPa缓慢增加,随钎焊保温时间剪切强度呈先增大后降低规律。保温3h时剪切强度最大为301MPa。     

SnAg0.5CuZn0.1Ni/Cu钎焊接头的界面组织与力学性能研究

通过金相显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和拉力试验机,研究了不同钎焊工艺参数对SnAg0.5CuZn0.1Ni/Cu无铅微焊点界面组织、金属间化合物层厚和力学性能的影响。结果表明,添加0.1%Ni能显著细化SnAg0.5CuZn钎料合金的初生β-Sn相和共晶组织;当钎焊温度为270℃、钎焊时间为240s时,钎焊接头的剪切强度达到最大,为45.6 MPa;钎焊接头界面区粗糙度、金属间化合物层厚度和钎焊接头的剪切强度均随着钎焊工艺参数的变化而变化。     

(Cu-50TiH_2)+SiC_p复合粉体焊料连接石墨/铜接头的微观结构

碳材料与铜的连接在汽车及能源等领域具有潜在的应用。采用Cu、TiH2和SiC粉末组成的复合粉体焊料在950℃/10min工艺条件下真空钎焊石墨与铜,并研究复合粉体焊料中SiC含量对石墨/铜接头剪切强度的影响。结果表明,复合焊料中添加SiC有利于接头室温剪切强度的提高。当SiC体积分数为10%时,接头室温剪切强度最高,为19.2MPa。微观分析表明,连接过程中,复合粉体焊料中TiH2分解产生的Ti与SiC发生原位反应,生成TiC、Ti5Si3及Ti3SiC2等反应产物;另外,Ti与石墨母材发生界面反应形成厚度为2~3μm的TiC反应层,Ti和Cu则形成Ti3Cu4等金属间化合物。由于Ti3SiC2在高温下具有塑性,可在一定程度上缓解石墨/铜接头的残余热应力。同时,晶须状和颗粒状的反应产物弥散分布在连接层中,对接头起强化作用,也有利于石墨/铜接头性能的提高。     

钎焊真空度对铜与铪钎焊接头组织及性能的影响

采用72Ag-28Cu钎料对铜与铪进行真空钎焊试验.钎焊温度为840℃,保温时间为15 min,真空度试验范围为5.0×10-2~8.0Pa.研究了钎焊真空度对铜与铪钎焊接头组织及性能的影响,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察钎焊接头的组织形貌,采用ZWICKZ050电子万能材料试验机测试接头剪切强度.结果表明:随着钎焊真空度的升高,接头剪切强度呈先升高后降低的趋势;在钎焊温度为840℃、保温时间为15 min时,较佳的钎焊真空度为2.0×10-1Pa.     

等温时效对Cu/Sn-3.5Ag/Ni(P)UBM互连焊接件界面微观组织及剪切性能的影响

Sn-3.5Ag焊料与Cu基板及化学镀Ni(P)板通过回流焊接形成Cu/Sn-3.5Ag/Ni(P)UBM互连结构,在200℃下对焊接件进行等温时效,针对电子器件的可靠性评估,研究等温时效对其界面微观组织和剪切性能的影响。用扫描电镜(SEM)和能量色散谱仪(EDS)对接头双界面形成的金属间化合物层的组织结构进行观察和分析,采用力学试验机测试接头的剪切强度,并通过SEM观察分析断裂特征。结果表明:随时效时间延长,焊料基体中二次相Ag_3Sn明显粗化,由小颗粒状转变为细条状;双界面化合物层逐渐变厚,两侧(Cu,Ni)_6Sn_5层的形貌趋于相似;接头剪切强度随时效时间延长而下降,由时效24 h的33.04 MPa降至时效144 h后的24.78 MPa;时效24~120 h后接头的剪切失效均为焊料内部的韧性断裂模式,时效144 h后,断裂模式转变为韧脆混合断裂,部分断裂面在焊料基体内部,部分在焊料与界面形成的化合物层内。     

多孔TiA1金属间化合物和434L不锈钢的钎焊连接

采用Ti-Cu混合粉为焊料,对多孔TiA1金属间化合物与434L不锈钢进行真空钎焊连接,测试异种材料连接件的整体拉伸性能;并用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对接头界面组织结构进行观察和分析.结果表明,采用Ti-Cu粉焊料可以实现此类异种材料间的连接;优化的焊接工艺参数为:焊接温度955℃及焊接时间240s,连接件的室温抗拉强度为65 MPa;接头界面结构依次为多孔TiA1,Ti3A1 Ti2Cu,TiCu Ti2Cu,富Ti层,富Fe层及不锈钢.     

钎焊温度和热处理对钨铜连接性能的影响

采用厚20 μm的非晶态Ti-Zr-Ni-Cu钎料,真空钎焊连接用于聚变堆面向等离子体部件的钨和铜铬锆合金,钎焊温度分别为860、880和900℃,对880℃下的钎焊样品进行热等静压(HIP)处理.采用SEM和EDS分析连接接头的形貌和成分,用静载剪切法测量焊接接头强度.测试结果表明在860～880℃下钎焊10 min能够获得较好的连接界面,经880℃钎焊后焊接接头的剪切强度为16.57 MPa,880℃钎焊后HIP处理的试样界面结合强度提高至142.73 MPa,说明真空钎焊后HIP处理可以显著改善接头的结合强度.     

Cu基钎料钎焊紫铜的接头力学性能和微观组织

通过感应熔炼方法制备Sn含量不同的Cu基钎料,在不同工艺条件下对紫铜进行钎焊。采用DTA、XRD、SEM和拉伸性能测试等手段研究不同Sn含量的Cu-P-Ag 钎料和钎焊工艺对紫铜焊接接头性能的影响,比较Sn含量对焊料的熔点和焊接性能的影响,考察在630、670和730℃不同温度条件下以及不同Sn含量的钎料对焊接接头力学性能的影响。结果表明：适量的 Sn 含量和合理的焊接工艺可以改善焊接接头的微观组织,从而增强焊接接头的力学性能,在Sn含量为6%时钎料的焊接性能最好,抗拉强度达到210.32 MPa,经670℃焊接后可得到结合较为良好的焊接接头。     

Ti对A1-Ag-Cu反应扩散连接SiCp/2618A1复合材料接头组织及力学性能的影响

采用Al、Ag、Cu等混合粉末作为中间夹层对铝基复合材料(SiCp/2618A1)进行反应扩散连接,通过在中间夹层中添加Ti,研究了Ti对接头组织结构和力学性能的影响.研究结果表明:在连接温度540℃,保温60min的情况下,Ti的加入改善了Al-Ag-Cu共晶液相对铝基复合材料表面Al2O3氧化膜和SiC颗粒的润湿性.可以获得均匀致密度高的连接接头;接头主要由Ag、AI和AI-Ag固溶体组成,在其中分布了少量的Al4Cu9、Al3Ti、Ag2Al和SiC;接头的剪切强度随Ti添加量的增加而提高,但过多的加入Ti反而降低接头的剪切强度.当Ti添加量为2.1%(质量分数)时,连接效果最好,接头剪切强度可达到101MPa.     

Ti-Ni-Nb钎料钎焊βNb-Ti合金接头的微观组织及力学性能

采用65Ti-25Ni-10Nb (%,质量分数)钎料对体心立方结构的βNb-Ti固溶体合金进行钎焊,研究了钎焊条件对接头微观组织和力学性能的影响规律。研究发现,接头焊缝组织主要由{(Nb,Ti)+TiNi}共晶组织、(Nb,Ti)固溶体相、 TiNi相、 Ti_2Ni相和富Ti相组成。随着钎焊温度的升高和钎焊时间的延长,钎焊过程中钎料和基体中的合金元素发生互扩散,焊缝组织中的{(Nb, Ti)+TiNi}共晶组织和TiNi相逐向Ti_2Ni相转变,并在Ti_2Ni相内部逐渐析出富Ti相。同时,基体中的其他合金元素如Al, V和Cr元素向钎料中扩散。随钎焊温度的升高或保温时间的延长,钎焊接头的剪切强度呈先增加后降低的趋势。这主要是由于Ti_2Ni相具有较高的剪切模量,其含量的增加使钎焊接头的剪切强度增加,但随后Ti_2Ni相内部析出富Ti相使焊缝内应力增加,导致钎焊接头的剪切强度迅速降低。在1150℃钎焊15 min时, 65Ti-25Ni-10Nb/Nb-Ti钎焊接头的室温剪切强度可达到617.7 MPa。     

3D封装用Cu/Sn/Cu焊点的组织与剪切性能研究

研究了250℃温度,不同键合时间对Cu/Sn/Cu焊点的界面金属间化合物(intermetallic compound,IMC)生长行为及剪切性能的影响。结果表明:键合时间由30 min增加到120 min,Cu/Sn/Cu焊点界面IMC的厚度逐渐变厚。当键合时间为30 min时,焊点界面IMC厚度为12. 8μm。随着时间增加到120 min,焊点中的液相Sn消耗殆尽,形成了全IMC。在Cu/Sn/Cu焊点中,发现焊点两端界面IMC呈现非对称生长。键合时间为30 min时,焊点界面Cu_3Sn的厚度分别为1. 73μm(冷端)和0. 95μm(热端),冷端IMC的增长速率明显高于热端,主要原因归结于温度梯度。通过对焊点界面IMC进行电子背散射衍射(EBSD)分析,发现存在的大块晶粒组织为Cu_6Sn_5,而Cu_3Sn的晶粒相对较小。根据横截面方向(transverse direction,TD)反极图显示,Cu_6Sn_5的晶粒取向多平行于[001]与[111]之间。此外,随着键合时间的增加,焊点的剪切强度不断增加,当键合时间为120 min时,焊点的剪切强度由8. 5 MPa增加到18. 6 MPa,焊点的断裂模式由初始的混合断裂逐渐转变为脆性断裂。     

AgCuTi钎焊炭/炭复合材料的组织结构

采用Ag-Cu-Ti钎料连接C/C复合材料,用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析连接层的微观结构与相组成,并测试连接层的剪切强度。结果表明:C/C复合材料连接层的剪切强度跟连接温度与保温时间有关;在850℃、保温30 min条件下获得的连接层剪切强度最高,达到26.7 MPa;同时连接层与基体材料形成机械嵌合,界面发生元素扩散和冶金反应。钎焊连接层形成固溶体和化合物,包括Ag(s.s)、Cu(s.s)、Cu4Ti3和TiC。剪切断口形貌表明钎焊层与C/C坯体之间结合较好,具有一定的连接强度。     

钛基钎料钎焊石墨与TZM合金接头组织和性能研究

研究了钛基钎料钎焊石墨与TZM合金的钎焊组织。结果表明，使用钛合金箔为钎料能很好润湿石墨和TZM母材，通过界面反应和TLP扩散连接获得良好的钎焊组织。接头组织主要分为两层：Ti-TiC和Ti-Mo固溶体。热震循环试验证明接头再熔化温度高于1400℃，承受热应力而不失效。接头剪切强度为14．1MPa。     

热处理对冷轧爆炸复合Cu/Al薄板组织、力学性能及电导率的影响

将20 mm厚Cu/Al爆炸复合板材经过6道次冷轧后获得1.5 mm厚的Cu/Al复合薄板。研究了热处理对冷轧后Cu/Al复合薄板的组织、力学性能和电导率的影响。结果表明,界面化合物Al_2Cu,AlCu和Al_4Cu_9的扩散层厚度随退火温度和退火时间的增加而增加。随着退火温度的升高,复合材料的抗拉强度降低,断裂伸长率增加。当退火温度从300℃提高到350℃时,拉伸屈服强度从225 MPa降低到77 MPa,伸长率从16%增加到37.5%。当退火温度低于400℃时,复合薄板的拉伸剪切强度随着退火温度的升高而增加。复合薄板的电导率受退火时间的影响较为明显,在350℃退火4 h后复合板的电导率达到最大值96.4%IACS(国际退火铜标准)。     

回流次数和Ag含量对(Au-20Sn)-xAg/Cu焊接界面组织与剪切强度的影响

以(Au-20Sn)-x Ag(x=0,0.5,1,2)作为焊料,将2块纯铜板进行回流焊接,研究回流次数与焊料中的Ag含量对(Au-20Sn)-Ag/Cu焊接界面的组织与剪切强度的影响。结果表明:一次回流焊接后,焊接界面组织由(Au,Ag,Cu)5Sn组成,回流次数增加到50次时,界面出现Cu Au层,当回流次数增加到100次时,在靠近基板一侧出现Cu3Au层。添加Ag元素可抑制焊接界面金属间化合物层的生长。一次回流焊接的界面剪切强度随焊料中Ag含量增加而逐渐提高,(Au-20Sn)-x Ag/Cu(x=0,0.5,1,2)界面的剪切强度分别为92.14,93.59,95.65和98.43MPa。剪切强度随回流次数增加而降低,降低的幅度随Ag含量增加而减小。     

PDC钻头用急冷钎料的研究

本文针对PDC钻头焊接的需要,研究了硬质合金真空钎焊用的Ag-Cu-In-Ti活性钎头。结果表明,在PDC热稳定极限温度以下,急冷的Ag-Cu-In-Ti钎料可以连接硬质合金,接头剪切强度可达308MPa以上。连接过程中,活性元素Ti起着重要的作用。Ti在结合界面富集并与硬质合金发生化学反应,反应的主要产物为TiC。钎焊温度和保温时间都有一个最佳范围,在此范围之内,接头强度最高。