Cu含量对Bi5Sb钎料润湿性能和力学性能的影响

通过在Bi5Sb中添加不同含量的Cu形成新型BiSbCu三元合金.结果表明:在Bi5Sb钎料合金中添加0.5%～5.0%(质量分数)Cu,BiSbCu钎料合金的熔点变化不大,但其润湿性能和力学性能明显改善;当Cu含量为1.5%时,(Bi5Sb)1.5Cu钎料合金的润湿性能和力学性能最好,与基体Bi5Sb相比,(Bi5Sb)1.5Cu的铺展面积增大57.8%,抗拉强度提高212.4%;随着Cu含量的增大,针状组织Cu2Sb的含量逐渐增多,钎料合金性能下降.     

Ni元素含量对BiSbSnxNi钎料润湿性能和抗剪强度影响

研制开发高温无铅软钎料一直是钎焊领域一大难题.熔点为270℃左右的Bi5Sb8Sn钎料因润湿性能和抗剪强度达不到要求而受到限制.通过在Bi5Sb8Sn中添加不同含量Ni元素形成新型BiSbSnNi四元合金,来改善Bi5Sb8Sn合金的润湿性能和力学性能.结果表明,尽管Ni元素的添加使BiSbSnxNi钎料合金铺展面积均较基体钎料差.但Ni元素的最佳添加量为2%时,可以改善钎料中金属间化合物的生成,能够增大钎料的铺展面积.当Ni元素含量为3%时,钎料合金的抗剪强度最高.在Ni元素含量为4%时,IMC厚度明显增加,且出现条状的富铋相,对钎料焊接接头的抗剪强度产生不利影响.     

微量稀土镧钕对Bi5Sb8Sn力学性能影响

通过在Bi5Sb8Sn基体钎料上添加微量稀土镧钕形成Bi5Sb8SnRE新型钎料合金,研究了稀土镧钕对钎料合金力学性能的影响,同时对显微组织进行了分析.结果表明,稀土镧钕含量为0.2%时,Bi5Sb8SnRE合金抗拉强度和抗剪强度达到最大值,分别为58.30 MPa和15.50 MPa,合金抗拉强度和钎焊接头的抗剪强度较基体钎料Bi5Sb8Sn分别提高了44.2%和57.0%.显微组织分析表明,微量稀土镧钕的添加能显著细化该钎料的合金组织,改善合金的组织分布,提高钎料的力学性能;但当稀土含量超过0.2%时,稀土化合物的数量增多,钎料的力学性能下降.     

稀土元素Er对Bi5Sb8Sn钎料力学性能的影响

通过向Bi5Sb8Sn钎料合金中添加适量的稀土元素铒(Er),研究了不同含量的稀土Er对Bi5Sb8Sn无铅钎料合金力学性能的影响。结果表明,微量稀土Er的添加能显著细化该钎料组织,改善合金的组织分布情况,提高钎料的力学性能;稀土w(Er)0.5%时,Bi5Sb8SnRE合金抗拉强度和钎焊接头的抗剪强度较基体钎料Bi5Sb8Sn分别提高了41.8%和83.0%.;但当稀土w(Er)0.5%时,则组织粗化,钎料力学性能下降。     

Ni含量对(BiSbSn)xNi钎料电阻率及抗拉强度的影响

研制开发高温无铅软钎料一直是钎焊领域中的一大难题,熔点为270℃左右的Bi5Sb8Sn钎料的电阻率及抗拉强度有时因达不到要求而使其应用受限。本文通过在Bi5Sb8Sn钎料中添加不同含量Ni形成新型(BiSbSn)xNi四元合金,以改善Bi5Sb8Sn合金的电阻率和抗拉强度。结果表明:尽管随着Ni含量的提高,(BiSbSn)xNi钎料合金的性能下降,但当w(Ni)2%时,钎料合金的电阻率最小,为2.13×10-6Ω·m;当w(Ni)1%时,钎料的抗拉强度最高,为44.26 MPa,相对基体提高了将近10%。     

Sb元素及稀土对Zn-10Al基钎料及钎焊接头性能影响

向Zn-10Al-5Cu基体中添加元素Sb及稀土镧钕,采用真空炉、万能材料试验机、金相及扫描电镜等设备,研究了Sb元素及稀土添加量对Zn-10Al-5Cu组织、性能及钎焊接头性能的影响.结果表明,钎料合金的铺展面积随Sb元素添加量的增加先较快增大后又趋于稳定趋势;抗拉强度随Sb元素添加量的增加而稳定增加;钎料组织由共析与共晶组织混合而成;在优选出的Zn10Al5Cu1.5Sb钎料中添加稀土镧钕,钎料的润湿性得到进一步改善,当稀土添加量为0.15%时,钎料的润湿性最佳;此时钎料组织中灰色粗大树枝晶组织及黑色层块状组织减少、灰黑相间层片状组织增多且变的细小,基体组织得到最大程度细化,钎料合金及钎焊接头强度达到最大;继续增加稀土,钎料合金的润湿性及钎焊接头的抗剪强度反而下降.     

元素Bi及稀土La、Nd对Zn-10Al-5Cu钎料性能的影响

研究了Bi及稀土添加对Zn-10Al-5Cu(mass%)基体合金的润湿性能、显微组织、力学性能的影响。结果表明:钎料合金铺展面积随Bi添加量的增加而增大;铜铝接头抗剪强度随Bi添加量的增加而先增加后降低,得到的Zn-10Al-5Cu-2Bi(mass%)是性能较为优良的钎料。在Zn-10Al-5Cu-2Bi(mass%)钎料中添加稀土La、Nd,钎料的润湿性得到改善,当稀土元素添加量为0.15%时,钎料的润湿性能最佳。随着稀土元素的添加,钎料中大块的黑色共析组织逐渐变小,基体组织得到细化;当稀土元素含量为0.1%时,基体组织最为均匀、细密,晶粒也达到最大程度的细化,铜铝钎焊接头的抗剪强度达到最大。因此稀土La、Nd元素在Zn-10Al-5Cu-2Bi(mass%)中的最佳添加量为0.1%左右。     

Ag和Ni元素对Sn-Sb-Cu无铅钎料熔化温度和铺展性能的影响

在Sn-Sb-Cu三元钎料合金中添加微量元素Ag和Ni,通过合金化形成Sn-Sb-Cu-Ag和Sn-Sb-Cu-Ni两种新型四元无铅钎料合金,以改善基体钎料性能.结果表明,在Sn-Sb-Cu钎料合金中添加微量元素Ag,合金熔化温度较基体钎料下降,铺展面积增大,这与钎料过热度增大,形成弥散低熔点相SnAg和液态钎料表面张力减小有关;添加微量元素Ni,合金熔化温度较基体钎料下降,铺展性能稍稍变差,这是因为添加微量元素Ni后,Sn-Sb-Cu-Ni液态钎料粘度提高,表面张力增大.且在钎料与铜基板处形成了多面体形状(Cu,Ni)6Sn5,且该相覆盖在Cu6Sn5表面,不利于液态钎料的润湿铺展.     

Sn-Ag-Cu-Bi钎料合金设计与组织性能分析

借助于Thermo-Calc热力学计算软件,设计了Sn-Ag-Cu-Bi无铅钎料合金,并与国际上推荐的Sn-Ag-Cu钎料进行了对比试验;研究了Bi元素对钎料组织变化及对拉伸性能、铺展性能和熔化特性的影响.结果表明,Bi元素以单质和固熔形式存在于Sn-Ag-Cu合金中,Bi元素的添加使基体组织有所细化,抗拉强度明显提高;Bi元素能改善Sn-Ag-Cu无铅钎料对铜的润湿铺展性能,可有效降低合金熔点;用DSC(differential scanningcalorimeter)测试钎料的熔化温度为212℃,熔点比Sn-Ag-Cu降低了近6℃,与热力学计算结果(212.78℃)相近.试验测试与热力学计算的比较相符,说明了热力学计算在无铅钎料合金设计中应用的可行性.     

锡镀层对BAg50CuZn钎料性能的影响

以BAg50CuZn钎料为研究对象,在其表面电镀锡,借助扫描电镜(SEM)观察锡镀层的表面形貌,采用差热分析仪(differential scanning calorimetry,DSC)和润湿试验炉分析锡镀层对合金钎料熔化温度和润湿性能的影响,并对镀覆锡后合金钎料的成分进行了讨论.结果表明,随着钎料表面镀覆Sn元素含量增加,合金钎料的DSC吸热峰向左偏移、熔化温度降低,钎料的润湿铺展性能呈上升趋势.在镀覆Sn元素含量为4.8%(质量分数)时,合金钎料表面锡镀层平整、致密,钎料的铺展面积最大,为236 mm2.镀覆元素Sn后的钎料中,Ag,Cu,Zn元素含量均减少,元素含量降低幅度大小顺序依次为Cu,Ag,Zn.     

Zn-Cu-Sn-Bi系锌基高温软钎料的组织与性能

研制了一种熔化温度在350~500 ℃,钎焊铜和钢的Zn-2Cu-Sn-Bi系高温软钎料. 试验采用差示扫描量热法(DSC)对 Zn-2Cu-Sn-Bi系高温软钎料的熔化特性进行了研究. 结果表明,Zn-2Cu-Sn-Bi系高温软钎料固相线温度为382.39~391.80 ℃,液相线温度为391.97~401.50 ℃,凝固区间9.37~12.64 ℃. Zn-2Cu-Sn-Bi系高温软钎料钎焊铜平均润湿面积206 mm2,随Sn元素含量的增加,钎料的润湿性能增强,润湿角最小为5°. 微观组织观察发现,Zn-2Cu-Sn-Bi系高温软钎料组织由η-Zn相、ε-CuZn₅相、Bi相和β-Sn相组成. 钎焊接头产物为Zn-Cu化合物,界面反应层厚度80 μm,由贝壳状反应层ε-CuZn₄/CuZn₅,平直反应层β-CuZn和γ-Cu₅Zn₈组成.     

紫铜感应钎焊接头组织及性能

以紫铜板材为对象,利用Sn-58Bi和Sn-0.7Cu钎料对紫铜进行感应钎焊实验,保温不同的时间,采用光学显微镜、显微硬度计、接合强度测试仪等方法对钎焊接头进行组织分析和性能测试。结果表明,利用Sn-58Bi和Sn-0.7Cu钎料和感应钎焊技术可以实现紫铜的连接。Sn-58Bi感应钎焊接头界面处均形成了一层薄而连续的金属间化合物Cu6Sn5。随着保温时间的增加,焊缝中富Bi相逐渐减少。Sn-0.7Cu钎料接头的显微硬度在保温时间为10 s时最大。随着保温时间的增加,金属间化合物层厚度逐渐增加,接头强度随之降低。     

Sn-Cu-Ni-Ce钎料对激光钎焊焊点力学性能的影响

采用Sn-Cu-Ni-Ce无铅钎料,研究了半导体激光软钎焊和红外再流焊方法对QFP48器件和0805矩形片状元件两种典型元器件的钎焊性能,针对使用不同成分钎料所得到的钎焊焊点,采用微焊点强度测试仪研究了其焊点力学性能的分布规律.结果表明,使用Sn-Cu-Ni-Ce钎料时,最佳激光输出电流显著高于Sn-Ag-Cu钎料或Sn-Pb钎料.Sn-Cu-Ni-Ce钎料成分相同时,半导体激光软钎焊得到的焊点力学性能显著优于红外再流焊焊点的力学性能;稀土元素Ce的加入能够改善Sn-Cu-Ni无铅钎料焊点的力学性能,Ce含量达到0.03%时,焊点的力学性能最佳.     

稀土元素Ce对Sn-Cu-Ni无铅钎料铺展性能及焊点力学性能的影响

研究了不同含量稀土元素Ce对Sn-Cu-Ni钎料铺展性能及其焊点力学性能及钎料显微组织的影响规律.结果表明,随着稀土元素Ce含量的增加,钎料在铜基板上的铺展面积逐渐增大,当Ce元素含量达到0.05%时,钎料的铺展面积达到最大.Sn-Cu-Ni钎料中添加适量的稀土元素Ce,能够细化钎料组织,从而提高焊点的力学性能.当Ce元素的含量为0.05%左右时,焊点的力学性能达到最佳值.Ce元素含量超过0.05%后,继续增大稀土元素Ce的添加量,Sn-Cu-Ni钎料的显微组织又变得粗大,铺展性能有所降低,焊点力学性能也随之有所下降.     

Effects of Bi and rare earth metal on the microstructure and properties of Zn-based high-temperature solder

A novel Zn-based high-temperature solder was developed to join copper/steel at moderate temperature. The effects of Bi and rare earth metal on the microstructures, wettability of solders as well as the mechanical properties of solder joints were investigated. The results indicated that with the addition of Bi into Zn-Cu-Sn (ZCS) alloy, significant improvement in wettability is realized. When the content of Bi element is 1.5 wt. % in the solder, the spreading area researched over 200 mm². Further more, with the addition of RE, refined primary ε-CuZn₅ phases were formed and the shear strength of the solder joint was largely improved.     

微量稀土元素铈对Sn-Ag-Cu无铅钎料物理性能和焊点抗拉强度的影响

研究了微量稀土元素铈对Sn-3．5Ag-0．5Cu无铅钎料的物理性能、润湿性能、焊点抗拉强度和显微组织的影响。结果表明，添加微量的铈后，钎料的导电性能提高，密度下降；铈含量（质量分数）在0．03％和0．05％时可以改善钎料的润湿性；特别是0．03％质量分数时晶粒组织最为细小均匀，焊点抗拉强度也最高；当铈含量（质量分数）大于0．1％时对钎料的性能产生不利影响，润湿时间升高，焊点抗拉强度大幅降低，因此稀土元素铈的最佳含量（质量分数）应为0．03％。     

AgCuTi活性钎料的轧制加工和性能研究

采用粉末冶金的方法,制备了两种成分的AgCuTi活性钎料。用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等研究了合金片材的组织形貌与结构。探讨了在不同的轧制变形量下,两种合金的变形量与组织结构、硬度、密度、电导率等物理、力学、电学性能的关系,分析了轧制撕裂断口的形貌和类型。结果表明,Ag-27.5Cu-2.5Ti和Ag-28Cu-4Ti两种成分活性钎料的组织结构、性能、断裂机理不一样,Ag-28Cu-4Ti的铜钛相分布较多、硬度较高、密度较低、电导率较小,同时塑性较差,轧制撕裂过程脆性断裂占主要部分;Ag-27.5Cu-2.5Ti塑性较好,轧制撕裂过程塑性断裂占主要部分。     

稀土元素Nd对Sn-Zn-Ga无铅钎料组织及性能的影响

研究了添加合金元素Ga及稀土元素Nd对Sn-Zn钎料润湿性能、显微组织和焊点力学性能的影响.结果表明,在钎料中适当添加Nd元素,可以提高钎料的润湿性能,当Nd元素的质量分数为0.1％时,钎料的润湿力最大,润湿时间最短,润湿性能达到最佳.同时适当升高温度时润湿性能得到改善.随着Nd元素的加入,钎料中大块的黑色针状富锌相逐渐变少,钎料基体组织得到细化,在Nd元素的添加量达到0.1％时,钎料的组织最为均匀、细小.同时Nd元素的加入可以改善焊点的力学性能,在Nd元素含量为0.1％时抗剪强度增至最大.因此Nd元素在Sn-9Zn-0.5 Ga钎料中的最佳添加量为0.1％左右.     

SnCuNi-xPr/Cu界面组织和性能分析

分析了稀土元素Pr及其两种添加量对Sn0.7Cu0.05Ni无铅钎料焊点界面组织和性能的影响,并对其影响机制进行了初步探讨.结果表明,Pr元素的加入明显改善了钎料/基板的界面组织形貌,使其更为均匀平坦.Pr元素可通过减小界面反应化学驱动力,缩短反应时间,并与Ni元素产生"协同作用"来控制界面反应的进行;稀土元素Pr可通过PrSn3相颗粒的析出对焊点组织起到第二相强化的作用,同时会阻碍晶界或相界迁移以细化晶粒,提高焊点强度和韧性,对钎料焊点抗剪强度的测试验证了该理论.