焊接时间及焊接温度对Sn35Bi0.3Ag/Cu焊接接头性能的影响

分别在不同焊接时间和不同焊接温度下制备了Sn35Bi0.3Ag/Cu焊接接头,采用扫描电子显微镜(SEM)、万能拉伸试验机、超声波成像无损探伤检测仪等测试手段,研究了焊接时间(1～9 min)和焊接温度(210～290℃)对Sn35Bi0.3Ag/Cu焊接接头微观结构和力学性能的影响.结果表明,在焊接过程中,Cu元素扩散到焊接界面处,形成了(Cu₆Sn₅,Cu₃Sn)界面层,同时发现生成的Ag3Sn相能够抑制界面层的生长.随着焊接时间的延长或焊接温度的升高,反应层变厚,抗剪强度先增大后减小.对焊接接头断口形貌分析发现,焊接接头的断裂由Bi相颗粒及Cu₆Sn₅颗粒共同作用.焊接接头的断裂发生在IMC/焊料一侧,Bi相颗粒及Cu6Sn5颗粒共同影响着接头的抗剪强度.此外,当焊接时间为3 min、焊接温度为230℃时,接头的钎着率最大,为99.14%,抗剪强度达到最大值,为51.8 MPa.     

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.     

石墨/紫铜间接钎焊接头的界面组织及力学性能

在950℃,30 min条件下,采用含活性元素Ti的Sn0.3Ag0.7Cu-x Ti(x=1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,质量分数,%)金属粉末对石墨进行反应金属化,然后用Sn0.3Ag0.7Cu钎料在真空条件下实现了紫铜和石墨的间接钎焊.钎焊接头的典型界面结构为:紫铜/Cu3Sn/Cu6Sn5/b-Sn/Ti C/石墨.在反应金属化过程中金属化粉末中的Ti起到重要作用,而Ti含量对钎焊接头的界面组织和抗剪强度没有影响.随着钎焊温度升高,紫铜中越来越多的Cu溶解到液相钎料中反应生成Cu-Sn化合物,接头的抗剪强度有一定程度的提高.断口分析表明:接头主要在b-Sn层中断裂,并呈现韧性断裂.当Cu-Sn化合物充满整个钎缝(600℃),接头强度大幅提高,达到30 MPa,接头在石墨母材完全断裂.     

高纯氧化铝陶瓷与无氧铜的钎焊

电真空应用中,要求高纯氧化铝与无氧铜的连接接头具有较高的强度和气密性.采用Ag-Cu-Ti活性钎料直接钎焊高纯氧化铝陶瓷与无氧铜,研究了钎焊温度和保温时间对接头组成、界面反应以及接头抗剪强度的影响,研究了铜基体材料对钎焊接头组织和界面反应的影响.钎焊温度850～900℃,保温时间20～60 min时,接头抗剪强度接近或达到90 MPa.钎焊工艺参数偏离上述范围时,接头抗剪强度较低.接头由Cu/Ag(Cu),Cu(Ag,Ti)/Cu3Ti3O(TiO2)/Al2O3组成,反应层以Cu3Ti3O为主,个别工艺条件下有一定量的TiO2生成,铜基体视工艺条件的不同对钎焊接头组织有一定影响.     

时效对SnCuSb/Cu钎焊接头抗剪强度与断口特征的影响

研究了150℃时效对Sn-0.7Cu-xSb/Cu(x=0,0.25,0.5,0.75,1.0)钎焊接头抗剪强度和断口特征的影响.结果表明,随着Sb元素含量的增加,钎焊接头的抗剪强度升高;接头抗剪强度随时效时间的增加而明显降低.接头剪切断裂的位置是在钎料上,也出现在钎料和金属间化合物Cu6Sn5之间.对于焊后态试样,其断裂位置在钎料上的情况占绝大部分,断口上分布有大量韧窝,断裂类型主要是韧性断裂.随时效时间的增加,接头的断裂位置向钎料与界面化合物各占一半过渡.时效500h,断口处已经可以看到Cu3Sn的存在,断口已经由韧性转变为脆性.     

Sn-6Bi-2Ag(Cu, Sb)无铅钎料合金微观组织分析

利用差示扫描量热计 (DSC)测定了Sn 6Bi 2Ag ,Sn 6Bi 2Ag 0 .5Cu ,Sn 6Bi 2Ag 2 .5Sb三种新无铅钎料合金的熔化温度。结果表明 ,少量Cu的加入能降低Sn Bi Ag系无铅钎料合金的熔化温度 ,而Sb的加入使合金的熔化温度升高。利用光学显微镜 (OM )、扫描电子显微镜 (SEM )、能谱分析 (EDX)对合金的微观组织进行了分析与比较 ,钎料合金的微观组织与冷却条件和合金元素的含量有关 ,Sb的加入使析出相的尺寸细化。硬度测定表明Sn Bi Ag(Cu ,Sb)无铅钎料合金的硬度远大于纯Sn的硬度 ,加入少量的Cu(0 .5 % ) ,Sb(2 .5 % )对Sn Bi Ag系钎料合金的硬度影响较小     

SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料的组织与性能研究

通过真空熔炼、球磨制粉、冷压成形和常压烧结制备具有高热电优值的p型SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料。研究了Sn含量对SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构、微观形貌和热电性能的影响。结果表明：SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构为R-3m空间群斜方晶系的六面体层状结构;添加合金元素Sn,Bi0.5Sb1.5Te3基热电材料产生大量的纳米结构缺陷。合金元素Sn含量增加, SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料载流子浓度和DOS有效质量增加,有效地提高电导率和功率因子;同时声子散射增强,显著地降低晶格热导率。在300K时,Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的功率因子达3.10 mW?m-1?K-2,晶格热导率为0.358 W?m-1?K-1,ZT值为1.25。并且在300～400 K温度范围内,Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的ZT值为1.25～1.33。     

Zn元素对Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头剪切性能和时效接头组织结构的影响

为了改善Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头组织结构和力学性能,通过在Sn0.5Ag0.7Cu钎料中添加Zn元素,以Sn0.5Ag0.7Cu-xZn (x=0, 0.1, 0.4, 0.7, 1)钎料合金对紫铜基板进行了熔钎焊试验,并对接头进行微观组织及力学性能分析. 结果表明,改变了接头结合界面处金属间化合物(intermetallic compound,IMC)组织结构,增强了接头剪切断裂的韧性断裂特征,提高了接头抗剪强度. 当Zn元素的加入量为0.4% (质量分数)时,接头抗剪强度达到最高的47.81 MPa. 添加Zn元素等温时效处理后,对接头中IMC层的生长有着抑制作用,并且随着时效温度的提高和时效时间的延长,脆性层Cu₅Zn₈会破碎直至消失,因此在改善接头结合界面处IMC组织性能的同时,不会改变其组成和结构.     

Ag-Cu-In-Ti钎料钎焊SiO_(2f)/SiO_2复合材料与钼合金的接头组织及机理

设计了3种Ag-Cu-In-Ti钎料,在800℃/10 min工艺下实现了Si O2f/Si O2复合材料与钼合金的连接.室温下测试了接头的抗剪强度,通过扫描电镜、电子探针、能谱仪和X射线衍射仪分析了接头的微观组织和界面产物.结果表明,1号钎料所得接头平均抗剪强度最高,为24.1 MPa,其中Ti元素发挥了活性作用而富集在母材两侧的反应层,与Si O2发生反应为Ti+Si O2→Ti Si2+Ti O,伴随反应为Ti+Cu+O→Cu3Ti3O,并有一部分以Cu3Ti的形式块状分布在钎缝中,提高了接头的强度.1号钎料接头产物依次为Si O2→Cu3Ti3O+Ti O+Ti Si2→Ag(s,s)/Cu3Ti/Cu(s,s)→Cu3Ti+Ti O→Mo.     

Al_2O_3陶瓷与紫铜的间接钎焊

利用Sn0.3Ag0.7Cu-4%Ti金属化涂料,在金属化温度900℃、保温时间30 min条件下,对Al2O3陶瓷表面进行金属化处理,然后在钎焊温度600℃、保温时间5 min条件下,利用Sn0.3Ag0.7Cu钎料实现Al2O3陶瓷与紫铜的间接钎焊,通过SEM,EDS和XRD等分析测试手段对金属化层显微组织、Al2O3陶瓷/铜接头结合强度和接头断口形貌等进行了分析.结果表明,利用金属化方法得到了均匀且与Al2O3陶瓷结合良好的金属化层,并实现了Al2O3陶瓷与铜的间接连接,接头界面结构为Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Sn(s,s)+Ti6Sn5/Al2O3陶瓷.钎焊接头抗剪强度为13.6 MPa,接头断裂发生于金属间化合物层.     

Fe颗粒对时效过程中SnBi/Cu接头组织及性能影响

针对SnBi/Cu接头在服役过程中组织和性能变差的问题,通过用扫描电镜(SEM)观察时效前后Sn35Bi-1Fe/Cu接头组织,结合EDS和XRD分析,分析接头组织变化;利用万能试验机,测试接头力学性能,研究Fe颗粒对时效过程中SnBi/Cu接头组织及性能影响. 结果表明,焊后Sn35Bi-xFe/Cu (x = 0%,0.3%,0.7%,1.0%和1.5%)接头的抗剪强度随Fe颗粒含量先增加后降低. 当Fe颗粒含量为1% (质量分数,%)时,取得最大值50.23 MPa,且Sn35Bi-1.5Fe/Cu接头的力学性能依旧比Sn35Bi/Cu接头好;在恒温时效阶段,Sn35Bi-1Fe/Cu接头中Fe颗粒通过对Bi相的钉扎作用,以及与Sn反应生成FeSn₂化合物,消耗晶界能量,降低Bi相的迁移速率,抑制Bi相粗化,还能有效降低界面IMC层的生长速率,抑制界面Cu₃Sn的生成,改善接头在服役阶段的力学性能.     

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元素对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅微焊点界面IMC和力学性能的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料为研究对象,借助扫描电镜和X衍射等检测方法研究了Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅微焊点界面IMC和力学性能的影响.结果表明,添加适量Ni元素能显著细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金初生β-Sn相和共晶组织,抑制焊点界面区(Cu,Ni)6Sn5金属间化合物的生长和表面粗糙度的增加,提高无铅焊点抗剪强度.当Ni元素添加量为0.1%时,钎料合金组织细小均匀,共晶组织所占比例较多;焊点界面IMC薄而平整,(Cu,Ni)6Sn5颗粒尺寸小,对应焊点抗剪强度最高为45.6 MPa,较未添加Ni元素焊点提高15.2%.     

Fe颗粒含量对Sn35Bi/Cu钎焊接头组织性能影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及万能力学试验机等研究了Fe颗粒含量对Sn35Bi-xFe/Cu钎焊接头组织和性能的影响,并研究了Fe颗粒含量对Sn35Bi-Fe合金钎料的铺展面积和润湿性的影响.结果表明:向Sn35Bi合金钎料中加入少量Fe颗粒,会在Fe颗粒周围生成很薄的FeSn2化合物,降低固相/液相的界面能,提高相的形核率,细化接头的组织;当Fe颗粒含量为1 mass％时,接头组织的细化程度最佳;向Sn35Bi合金钎料中加入Fe颗粒,可以有效提高合金钎料的润湿性和力学性能,当Fe含量为1 mass％时,Sn35Bi-1Fe合金钎料的铺展面积最大,润湿角最小,润湿性能最佳,Sn35Bi-1Fe/Cu接头的剪切强度达到最大,为50.23 MPa,与Sn35Bi/Cu接头相比,提高了37.7％.     

Ni含量对304/Sn-8Sb-4Cu-xNi/304钎焊接头组织与剪切性能的影响

研究了Ni含量对Sn-8Sb-4Cu-xNi(x=0, 0.5, 1和2,质量分数)钎料熔点和微观组织的影响,用Sn-8Sb-4CuxNi钎料对304不锈钢进行钎焊连接,分析了接头的界面组织与剪切性能.结果表明,添加不同含量的Ni后,Sn-8Sb-4Cu-xNi均为近共晶钎料,其熔点约为245℃;Sn-8Sb-4Cu钎料组织由α相基体、Sb₂Sn₃+Cu₆Sn₅+Sn复合相和Cu₆(Sn,Sb)₅相组成.添加Ni元素后,钎料中块状Cu₆(Sn,Sb)₅转变为细小、均匀分布的(Cu,Ni)₆(Sn,Sb)₅.当Ni含量小于1%时,随Ni含量的增加,钎料中的复合相和(Cu,Ni)₆(Sn,Sb)₅相均增加;当Ni含量为2%时,钎料中的复合相和(Cu,Ni)₆(Sn,Sb)₅相均减少,但(...     

Cu和Sb元素添加对Sn-Bi共晶合金性能的影响

向Sn-Bi共晶合金中同时添加Cu和Sb元素设计额定温度为142℃的易熔合金,并对合金的熔点、相组成、准静态拉伸性能、焊接接头力学性能进行了研究.结果表明,Cu与Sb元素的添加使合金的熔点上升,但是合金的过冷度和熔化潜热下降.添加Cu和Sb元素后,在合金基体内形成了块状的SnSb相和长条状的Cu6Sn5、Cu3Sn相,...     

稀土La、Nd对BiSbSn高温钎料力学性能的影响

通过在Bi5Sb8Sn焊料中添加微量稀土La、Nd来提高其力学性能,以获得新型的无铅高温钎料.研究表明:加入稀土(La、Nd)元素可以明显提高Bi5Sb8Sn钎料的力学性能;当稀土(La+Nd)含量小于0.2％时,随着稀土元素的增加,钎料的抗拉强度、剪切强度、伸长率增大;当稀土含量大于0.2％时,随着稀土元素的增加,钎料的抗拉强度、剪切强度、伸长率下降.因此稀土的含量为0.2％时,Bi5Sb8Sn钎料的力学性能最佳.     

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。     

高纯氧化铝与金属钛的钎焊

电真空应用中,要求高纯氧化铝与金属钛的连接接头不仅要有较好的强度,还要有高的气密性.用Ag-Cu-Ti钎料钎焊高纯氧化铝陶瓷与金属钛,钎焊温度为825～875℃,保温时间为15～20min,陶瓷表面为烧结自然表面时,钎焊接头抗剪强度可达到100MPa以上,连接温度过低或过高,保温时间过短或过长均对接头强度不利.陶瓷表面研磨后,接头强度降低.钎料厚度在60μm或105μm对接头强度的影响不大.接头由Al2O3/反应层(Cu,Al,Ti,0)/Ag Cu-Ti化合物/α-Ti(Cu)/Ti构成.反应层主要以Cu3Ti3O和Cu4Ti为主.     

Sn-Bi系低温无铅钎料的研究现状与展望

锡铋钎料是近年来比较有发展潜力的低温无铅钎料,其广泛应用于低温钎焊相关产业中。锡铋钎料中Bi的脆性、 Sn-Bi钎料在服役过程中出现相的粗化以及Sn-Bi/Cu焊点Bi在界面偏聚等问题一直以来是国内外学者争相研究的热点。文中结合国内外对Sn-Bi钎料的最新研究成果,主要阐述了Ag, Cu, Zn, Sb, Ni等5个元素对Sn-Bi钎料的熔化特性、力学性能、润湿性以及钎焊点显微组织和性能等方面的影响,指明了不同成分的钎料在目前研究中存在的问题及今后研究的方向。