Al-Cu-Si三元共晶合金的定向凝固组织

在5 K/mm温度梯度下,运用不同拉伸速率1、5、10、2 0、2 5和35 mm/min对Al-13.6Cu-6Si三元合金进行定向凝固试验,对定向凝固试样的横/纵截面进行显微组织观察,研究下拉速率对凝固组织的影响.结果表明,Al-13.6Cu-6Si三元合金定向凝固后获得了同一方向(即热流的反方向)生长的组织.下拉速率较小时,Al-13.6Cu-6Si三元合金组织由(α-A1+θ-A 12Cu)二元共晶和(α-Al+β-Si+ θ-Al2Cu)三元共晶组成;而当速率增大到5 mm/min及以上时,Al-13.6Cu-6Si三元合金组织中出现初生θ-Al2Cu相.在相同温度梯度时,随着下拉速率的增加,凝固组织排列更均匀有序,组织由胞状晶向柱状晶转变,且组织越来越细密.     

Al-Ni-Y三元共晶合金定向凝固组织定量分析

在5 K/mm温度梯度下,在不同的下拉速率(1~50 mm/min)下对成分为Al-1.0%Ni-3.0%Y(摩尔分数)三元共晶合金进行下拉定向凝固。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察横纵截面的组织,研究定向凝固后合金组织的变化规律;应用MIAPS软件和定量金相法定量分析合金组织中各组成相及共晶团的尺寸、体积分数以及共晶层片间距等形貌特征参数随凝固条件(v)的变化。结果表明:定向凝固后,合金组织定向生长特征明显;随着下拉速率的增加,Al-Ni-Y三元共晶合金组织由1 mm/min时的α(Al)+Al3Y+Al23Ni6Y4三相共晶组织逐渐转变为下拉速率5 mm/min以上时的α(Al)+Al3Y相组成的菊花状共晶和α(Al)+Al23Ni6Y4相组成规则层片状共晶所组成的两个两相共晶组织;当下拉速率增加到50 mm/min时,完整的菊花状共晶组织特征消失,组织破碎细化,转变为α(Al)+Al3Y相枝晶状共晶。同时,组织的各特征参数与下拉速率之间具有明确的数学关系。     

纳米氧化物颗粒掺杂对SnAgCu无铅钎料性能的影响

研究了纳米颗粒掺杂对SnAgCu无铅钎料的焊接工艺、润湿性以及显微组织的影响.结果表明,不同的纳米颗粒掺杂对钎料的焊接工艺有不同的要求.纳米颗粒掺杂能够改善焊料的润湿性,其加入也能明显细化焊点的显微组织.纳米颗粒粒径越小,对焊料的性能改善作用越大.     

强脉冲磁场对Al-Cu共晶合金定向凝固组织的影响

用自行研制的脉冲磁场发生装置，研究了在强脉冲磁场作用下Al-Cu共晶合金的定向凝固组织，分析了脉冲磁场强度对合金定向凝固组织的影响。结果表明：脉冲磁场对Al-Cu合金凝固组织有着显著的细化作用：脉冲磁场强度对细化效果起着关键性的作用；同时指出了实验中的新现象和新问题。     

SnAgCu系无铅钎料合金力学性能及钎焊性能研究

利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDX)及Instron电液伺服疲劳拉伸试验机,对SnAgCu系无铅钎料合金的力学性能和钎焊性能进行了研究.结果表明,适量的稀土元素Ce的添加显著地延长了Sn3Ag2.8Cu钎焊接头在室温下的蠕变断裂寿命,Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce钎焊接头的蠕变断裂寿命超过Sn3Ag2.8Cu钎料的9倍;同时,使Sn3Ag2.8Cu合金的延伸性能也得到了显著改善,伸长率达到15.7%;Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce与铜基板的扩散层厚度比Sn37Pb厚,但是比Sn3Ag2.8Cu薄.     

SnAgCu无铅钎料焊点结晶裂纹

针对印刷电路板(PCB)上无铅钎料SnAgCu微小焊点的结晶裂纹,利用设计的试件重现无铅钎料钎焊过程中产生的结晶裂纹,对无铅钎料结晶裂纹进行模拟,同时研究了微量元素的添加对SnAgCu合金焊点结晶裂纹形成的影响。结果表明,在尺寸很小的焊点上仍然存在明显的结晶裂纹。用焊点结晶裂纹的总长度定量地评价无铅钎料结晶裂纹的敏感倾向,添加Ni和Ce元素能够降低无铅钎料结晶裂纹的形成,而P元素的添加却加剧了结晶裂纹的形成,明显增加了焊点处的结晶裂纹。     

一种定向凝固高温合金的薄壁效应研究

采用定向凝固无余量精铸工艺，制造了接近于空心涡轮叶片的２和壁厚的管状薄壁试样，研究了一种定向凝固高温合金的薄壁性能，结果表明，薄壁试样的持久性能与标准试样相比没有明显的下降，说明在本试验条件下，该合金的薄壁效应不明显，从工艺因素和显微组织方面讨论了试验结果。     

稀土对SnAgCu系钎料合金蠕变断裂寿命的影响

基于ANSYS软件,采用有限元方法,对不同稀土含量的SnAgCuRE系钎料钎焊接头的蠕变断裂寿命进行预测,并进行了相关的试验验证。结果表明,添加微量RE可提高SnAgCu钎料的抗蠕变性能。当稀土含量为0.1wt%时,接头蠕变断裂寿命最高,可以达到未添加稀土时的5～6倍。当稀土含量超过0.1wt%时,接头的蠕变断裂寿命呈下降趋势。这与试验测量结果呈现出较好的一致性。这一结果对于新型无铅钎料的研制具有一定的指导意义。     

高Nb-TiAl合金定向凝固研究现状及展望

高Nb-TiAl合金具有高比强和优异的高温性能,是TiAl合金向800℃以上应用发展的重要方向,其定向组织合金作为叶片材料在高推重比发动机中具有巨大的应用潜力。以传统TiAl合金定向凝固为背景论述了高Nb-TiAl合金定向凝固的研究现状。首先介绍了定向凝固方法和模壳材料发展,然后对高Nb-TiAl合金定向凝固宏观组织、界面形态和片层特征控制进行了评述,接着简要阐述了冷坩埚定向凝固制备高Nb-TiAl合金的相关工作,进一步对定向组织高Nb-TiAl合金的力学性能进行了分析。最后,展望了高Nb-TiAl合金定向凝固的发展方向。     

定向凝固条件下Al-5%Fe过共晶合金的组织演化

利用定向凝固技术研究了生长速度和合金元素Cr对过共晶Al-Fe合金初生Al3Fe相生长过程的影响.结果表明:随着生长速度的增加.初生Al3Fe相将发生粗大板片状→厚片状→薄片状→分枝片状的转变.当加入合金元素Cr后,初生Al3Fe相的形貌由粗大板片状、厚片状、薄片状、分枝片状变成块状和片状.同时,讨论了各种形貌组织的形成机理.     

急冷型SnAgCu系钎料合金钎焊工艺及接头性能研究

制备了急冷型SnAgCu系钎料合金,在对其进行熔化特性测定和钎焊工艺试验后,对钎焊接头的力学性能和显微组织进行了测试分析,结果表明:所制备钎料合金的熔化特性满足要求;钎焊温度和钎焊时间对接头的剪切强度有较大影响,工艺参数为275℃×4.5min时,接头强度最高;在钎焊过程中形成的金属间化合物沿界面分布不均匀,且向钎焊缝中生长.     

Damage Behavior of SnAgCu Solder under Thermal Cycling

电子封装焊点的热循环失效是焊点材料损伤逐步发展的结果,本工作旨在对SnAgCu钎料的热循环损伤失效行为进行研究.以连续损伤力学理论为基础,提出了一种适用于热循环条件下SnAgCu钎料蠕变-疲劳交互作用的损伤模型.据此,设计了热力循环实验和热循环实验用以标定损伤模型相关参量.自行设计了双金属剪切加载装置并结合温度循环实验,对SnAgCu钎料的热力耦合损伤行为进行了深入研究.以电阻变化率作为损伤变量,并在热循环的不同周次测量试样的损伤值从而验证损伤模型.结果表明:所提出的幂函数形式的损伤模型能较好的描述SnAgCu钎料的热循环损伤演变.最后,对热循环条件下SnAgCu钎料试样的微观组织演变进行了SEM分析,从而揭示其损伤演变机理.     

急冷型SnAgCu系钎料箔带制备及物理性能测试

采用单辊法制备了急冷型SnAgCu系钎料箔带,对其进行了物理性能测试和显微组织分析,并与相同成分的常态钎料合金进行了分析比较,结果表明:采用单辊法制备急冷型SnAgCu系钎料箔带是可行的,所制备的钎料箔带熔化温度及同-液相线温度区间均低于相同成分的常态钎料合金,且其显微组织也更为细化.     

孕育形核处理对金锡共晶合金铸态凝固组织的影响

研究了添加微量Au或Sn作为孕育形核剂进行孕育形核处理对金锡共晶合金Au20Sn铸态凝固组织的影响。结果表明:添加微量Au或Sn进行孕育形核处理均将显著改善金锡共晶合金铸态凝固组织,特别是改变了初生相的结构、形貌和尺寸。初生相的结构由传统凝固组织中的’-Au5Sn相改变为-AuSn相,初生相的形貌和尺寸由粗大且分布不均的树枝状改变为细小且分布较为均匀的棒状或卵状,而且添加微量Sn比添加微量Au孕育形核处理后得到的凝固组织中初生相更趋均匀;同时,孕育形核处理也细化了共晶层片组织,共晶团的平均尺寸明显减小。     

SnAgCu/Cu焊点热循环失效行为研究

对热循环条件下SnAgCu/Cu焊点的热力疲劳行为进行了研究。基于热循环条件下实际倒装焊点的位移分析,设计了单焊点试样及其热力耦合加载装置。利用电阻应变测量法研究了–40~125℃热循环条件下焊点的变形行为。以电阻变化率为损伤参量,确定了焊点的损伤演变规律以及焊点热疲劳寿命。基于此,采用基于应变的Coffin-Manson模型确定了焊点寿命与非弹性应变之间的关系。结果表明焊点随加载应变范围的增大而出现加速破坏。最后,对热循环过程中SnAgCu/Cu焊点的微观组织演变进行了扫描电镜观察分析,旨在进一步揭示焊点失效的本质。     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。