超声对Ni/Sn固-液溶解行为的影响

采用浸入实验法对比研究了加载超声和无超声辅助下Ni在Sn中的溶解动力学,通过模拟探明了熔池中声压分布规律,观察了Ni-Sn界面微观组织。上述研究表明,超声作用10 s Ni丝的溶解量与不加超声保温5 min的溶解量相当,表明超声能促进Ni在熔融Sn钎料中的溶解。无超声辅助时,随着保温时间的增加,Ni-Sn界面金属间化合物逐渐增厚,阻碍了Ni与Sn之间的相互扩散;而在超声空化作用下,Ni-Sn界面处于动态非平衡状态,能促进Ni在液态Sn中不断溶解;同时,在超声声流作用下界面Ni原子快速迁移至Sn中,在随后的冷却过程中析出大量细长棒状的Ni_3Sn_4金属间化合物。     

功率超声对Cu/Sn体系溶解行为的影响

_{摘要: 本文采用浸没法研究了在523K、553K和573K的温度下有无超声作用Cu/Sn体系的溶解行为。实验发现超声波作用下Cu丝在熔融Sn中的溶解速率是无超声作用的6.79~24.106倍。结合有限元模拟的方法分别从超声波空化效应、微射流效应和声流效应等角度出发解释这一现象。研究结果表明,空化泡坍塌瞬间会在Cu/Sn界面的局部产生1500K左右的高温,不但提高了Cu在Sn液中的固溶度极限,而且使“微点”区域Cu发生熔化；微射流效应能减薄金属间化合物(IMC)层厚度和改变其形貌,增加了原子扩散的通道；声流效应会产生搅拌作用,将Cu/Sn固液界面前沿的溶质Cu原子不断推向Sn液内部,使溶质原子溶度一直低于饱和溶解度。综合以上各方面的因素使得超声波作用下固体Cu在Sn液中溶解量和溶解速率显著增大。}     

溶解钎焊时Cu在Cu-Ag及Cu-P合金钎料中的溶解行为(英文)

研究溶解钎焊条件下母材Cu在Cu-Ag及Cu-P合金钎料中的溶解行为。测量了在800～920℃的温度范围内铜箔在Cu-P和Cu-Ag合金中的溶解厚度。推导并计算出Cu在这两种合金钎料中的溶解速度常数存在如下关系:kCu-P(T)=10kCu-Ag(T)。结果表明,采用溶解钎焊工艺时在相同条件下液态Cu-P合金对母材Cu的溶解量大于Cu-Ag合金的。由于溶解钎焊工艺在一个热循环内具有反应时间短和温度变化快的特点,因此Cu在液态钎料中快的溶解反应速度是实现溶解钎焊的根本原因。同时,P元素与Ag元素相比具有加速溶解母材的作用,是实现溶解钎焊必不可少的合金元素。研究了合金元素的添加对焊接接头力学性能的影响,提出了获得良好力学性能的钎料成分设计原则。     

铝合金/Cu/不锈钢接触反应钎焊及中间层溶解行为(英文)

以Cu作为接触反应材料连接6063铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢,探讨焊接工艺参数对接头组织的影响规律,分析中间反应层Cu的溶解特性结果表明:在1Cr18Ni9Ti不锈钢一侧界面反应层由Fe2Al5、FeAl3金属间化合物和Cu-Al金属间化合物构成,与之相邻区域主要含Cu-Al金属间化合物,焊缝组织由Al-Cu共晶及大块状的Al固溶体组成;随着保温时间的延长,焊缝组织最为显著的变化是在1Cr18Ni9Ti不锈钢一侧界面的金属间化合物层厚度增加,共晶组织宽度逐渐减小;中间反应层Cu的溶解速度非常迅速,是以秒为计量单位的快速过程,厚度为10μm的Cu溶解时间仅为0.47s。     

固相Ni在液相Zn中的溶解机制

通过研究固相Ni在静止的液相Zn中的溶解行为,建立了自然对流下的溶解速率模型,确定了不同温度下Ni在液相Zn中的溶解控制步骤。结果表明:450℃时固相Ni在液相Zn中的溶解由界面反应及溶质原子在合金相层中的扩散等因素控制;550℃和650℃时,溶质Ni原子通过液相Zn中浓度边界层的扩散为溶解的主要控制机制;650℃时,γ相从合金层中剥离加速了Ni在液相Zn中的溶解。     

Ni对Sn96.5Ag3.5/Cu之间扩散行为的阻挡作用

研究了电镀Ｎｉ层和化学镀Ｎｉ－Ｐ合金层对Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ焊点扩散行为的影响,电子探针分析表明,化学镀Ｎｉ－Ｐ合金层能很好地阻止Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ焊点在焊接过程中的ＣｕＳｎ互扩散和相互反应;而电镀Ｎｉ层则不能阻止Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ焊点过程中的Ｃｕ,Ｓｎ互搁工用和相互反应,界面反应产物以Ｃｕ６Ｓｎ５为主。应用化学镀Ｎｉ－Ｐ合金作为Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ之间的扩散阻挡层可大大减少Ｓｎ／Ｃｕ金属间化合物的生成,有得     

Ni/Sn固液扩散偶相界面的实验研究

采用"坩埚法"制备了曲面的Ni/Sn同液扩散偶,将扩散偶置于SK2管式电阻炉中在不同的工艺条件下进行热处理,利用光学显微镜和电子探针微区分析技术对相界面的变化和扩散层的成分进行观察和分析.结果表明,Ni/Sn扩散溶解层的厚度和层数随温度的升高和时间的延长而增加,生成金属间化合物的顺序依次为Ni3Sn4、Ni3Sn、Ni3Sn2.     

TC4/Al30Si固液扩散溶解层的研究

在真空钼丝炉中制备了TC4/Al30Si双金属复合材料,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针对扩散溶解层的组织和成分进行了表征,并测试了结合区的显微硬度。结果表明,当温度为650℃保温60 min时,扩散溶解层组织均匀、界面平直、厚度适中,无氧化物夹杂与孔洞等焊接缺陷。Ti和Al在TC4/Al30Si界面扩散充分,Si向溶解层富集,阻碍Ti和Al的扩散,形成Ti_7Al_5Si_(12)相层。基于Ti_7Al_5Si_(12)的强化,溶解层的显微硬度高于母材,峰值硬度达611.2 HV。     

Cu-Ni交互作用对Cu/Sn/Ni焊点液固界面反应的影响

研究Cu/Sn/Ni焊点在250℃液固界面反应过程中Cu-Ni交互作用对界面反应的影响。结果表明:液固界面反应10 min后,Cu-Ni交互作用就已经发生,Sn/Cu及Sn/Ni界面金属间化合物(IMCs)由浸焊后的Cu6Sn5和Ni3Sn4均转变为(Cu,Ni)6Sn5,界面IMCs形貌也由扇贝状转变为短棒状。在随后的液固界面反应过程中,两界面IMCs均保持为(Cu,Ni)6Sn5类型,但随着反应的进行,界面IMC的形貌变得更加凸凹不平。Sn/Cu和Sn/Ni界面IMCs厚度均随液固界面反应时间的延长不断增加,界面IMCs生长指数分别为0.32和0.61。在液固界面反应初始阶段,Sn/Cu界面IMC的厚度大于Sn/Ni界面IMC的厚度;液固界面反应2 h后,由于Cu-Ni交互作用,Sn/Cu界面IMC的厚度要小于Sn/Ni界面IMC的厚度,并在液固界面反应6 h后分别达到15.78和23.44μm。     

Al/Ti液/固界面扩散溶解层形成机制及生长规律

采用镶嵌式扩散偶技术制备Al/Ti扩散偶,在Al熔点以上Ti熔点以下进行扩散热处理,研究Al/Ti液/固界面扩散溶解层的组织结构演变、形成机制及生长规律。实验结果表明,热处理后的扩散溶解层为TiAl3颗粒 和含少量Ti的铝基固溶体的混合组织;TiAl3相是热处理过程中最先出现也是唯一出现的新生相;扩散溶解层的生长机制和生长方向随热处理时间的延长发生了改变,在热处理开始后一段时间,扩散溶解层的生长受化学反应速度控制,与保温时间呈线性关系,之后,转变为受扩散控制,与保温时间呈抛物线关系,扩散溶解层的生长方向也由Ti基侧转变为Al基侧;扩散溶解层的厚度与热处理温度呈指数关系。     

功率超声对Pb-Sn合金凝固行为的影响

研究了功率超声对铅锡合金凝固过程的影响,分析了其影响机制.结果表明,在功率超声作用下,声空化效应和声流效应使含铅5%的铅锡合金的凝固组织明显细化,并且经过功率600W的超声处理后,先析出相的析出温度升高3℃,凝固温度升高了5℃.随着超声功率的增加,合金组织的细化程度提高,但功率提高到一定程度时,细化作用减弱.     

Mechanism of Ag3Sn grain growth in Ag/Sn transient liquid phase soldering

Transient liquid phase (TLP) bonding is a potential high-temperature (HT) electron packaging technology that is used in the interconnection of wide band-gap semiconductors. This study focused on the mechanism of intermetallic compounds (IMCs) evolution in Ag/Sn TLP soldering at different temperatures. Experimental results indicated that morphologies of Ag₃Sn grains mainly were scallop-type, and some other shapes such as prism, needle, hollow column, sheet and wire of Ag₃Sn grains were also observed, which was resulted from their anisotropic growths. However, the scallop-type Ag₃Sn layer turned into more planar with prolonging soldering time, due to grain coarsening and anisotropic mass flow of Ag atoms from substrate. Furthermore, a great amount of nano-Ag₃Sn particles were found on the surfaces of Ag₃Sn grains, which were formed in Ag-rich areas of the molten Sn and adsorbed by the Ag₃Sn grains during solidification process. Growth kinetics of the Ag₃Sn IMCs in TLP soldering followed a parabolic relationship with soldering time, and the growth rate constants of 250, 280 and 320 °C were calculated as 5.83×10^?15 m²/s, 7.83×10^?15 m²/s and 2.83×10^?14 m²/s, respectively. Accordingly, the activation energy of the reaction was estimated about 58.89 kJ/mol.     

Co/Ni比对FeCoNiCrZr非晶合金变温晶化行为的影响

采用单辊急冷法制备了一系列不同Co/Ni比的FeCoNiCrZr非晶薄带,用Kissinger和Ozawa法研究Co/Ni比的变化对(Fe0.52Co0.48-xNix)73Cr17Zr10系非晶合金变温晶化行为的影响。结果表明:x在0.06~0.30变化时,所制备的合金薄带基本上以非晶结构为主;随着Co/Ni比的增加,特征温度Tg、Tx、Tp均向高温区移动;由于不同升温速度下特征温度对应的晶化体积分数几乎不变,因而,采用Kissinger法与Ozawa法的计算结果非常接近,且都呈现Eg﹥Ex﹥Ep的规律;随着Ni含量的增加,Ex呈先增大后减小的趋势。合金的阶段晶化激活能Eo随晶化分数x的增加而逐渐下降。     

Interfacial microstructure evolution and mechanical properties of Al/Sn joints by ultrasonic-assisted soldering

Soldering aluminum alloys at low temperature have great potential to avoid softening of base metals. Pure Al was soldered with pure tin assisted by ultrasound. The influence of primary α(Al) on the microstructure of Al/Sn interface and its bonding strength was studied. It is found that the primary α(Al) in liquid tin tends to be octahedron enclosed by Al {111} facet with the lowest surface free energy and growth rate. The ultrasonic action could increase the nucleation rate and refine the particles of primary α(Al). For the longer ultrasonic and holding time, a large amount of the octahedral primary α(Al) particles crystallize at the Al/Sn interface. The bonding interface exhibits the profile of rough dentation, resulting in an increment of bonding interface area and the effect of mechanical occlusion. The bonding strength at interface could reach 63 MPa with ultrasonic time of 40 s and holding time of 10 min.     

Effect of Applied Stresses on the Microstructure and Dissolution Behavior of Plasma Sprayed Wollastonite Coatings

Wollastonite coatings were deposited on the U-shape titanium alloy coupons by atmospheric plasma spraying.The effect of applied stresses on the microstructure and dissolution behavior of wollastonite coatings was investigated.The microstructure and composition of coatings were examined by scanning electron microscope(SEM)and electron diffraction spectroscopy(EDS).In addition,the dissolution behavior of coatings was evaluated by immersion in simulated body fluid(SBF).More apatite is observed on the surface of coatings under a tensile stress and a stress-free condition after immersion in the SBF solution,whereas almost no apatite can be found for the coatings under a compressive stress.The dissolution rate of coatings characterized by the pH changes and the ion concentration of Ca,Si and P in the SBF solution is lower under the compressive stress than those under a tensile stress or a stress-free condition.It can be concluded from the experimental results that the compressive stress inhibits the dissolution of wollastonite coatings and the formation of apatite,whereas a tensile stress enhances the two processes.     

超声作用下Ni/Sn/Ni钎焊界面金属间化合物的演变

对比研究了超声作用和无超声作用下Ni/Sn/Ni钎焊界面金属间化合物的形成和演变规律。结果表明,无超声作用时,Ni/Ni_3Sn_4界面较为平直且致密,而Sn/Ni_3Sn_4界面被液态Sn钎料逐渐溶解而呈扇贝状,并且有少量Ni_3Sn_4分布在焊缝中。其次,界面金属间化合物(intermetallic compound, IMC)层厚度与时间呈抛物线关系,Ni_3Sn_4的生长受体扩散的控制。超声作用下,声空蚀作用使得界面Ni_3Sn_4发生溶解而形成很多沟槽,甚至在界面IMC的局部区域出现了"neck"状连接,重新为母材Ni原子向钎料的溶解打开了通道,在声流的辅助作用下促进母材的溶解。随着超声时间的增加,声空化作用将界面"neck"状连接的细长的Ni_3Sn_4晶粒打碎而进入焊缝,使得界面IMC逐渐减薄。进入焊缝的Ni_3Sn_4进一步在空化作用下溶解和破碎,最终大量细小的Ni_3Sn_4均匀分布在焊缝中。     

空位对Cu/Sn无铅焊点界面元素扩散的影响

界面柯肯达尔空洞形成的过程伴随着空位的形成与扩散,对空位行为的研究有利于深入理解界面扩散和空洞形成过程. 运用分子动力学方法模拟Cu/Cu₃Sn界面上空位对扩散的影响,计算空位形成能、扩散势垒及空位扩散激活能. 结果表明,相同条件下含空位的模型发生扩散的几率要高于不含空位的模型. 另外,计算表明铜晶体的空位形成能大于Cu₃Sn晶体中铜空位的形成能;Cu₃Sn晶格中不同晶位的Cu空位(Cu1空位和Cu2空位)的形成能比较接近,但均小于锡的空位形成能. 此外,对Cu/Cu₃Sn界面的空位扩散势垒及空位扩散激活能的计算结果表明,Sn原子的空位扩散激活能高于Cu原子.     

外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头组织与性能

采用SEM、EDS、XRD等方法研究了超声、电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的组织与性能。结果表明,借助于超声、超声-电场外能辅助能细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头钎缝组织并使共晶组织比例增加,界面区金属间化合物(IMC)平均厚度、粗糙度和界面IMC颗粒尺寸减小。超声和电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头强度与其界面IMC层粗糙度密切相关,超声的作用更为显著,在超声-电场外能辅助钎焊接头界面IMC层粗糙度降低中占主导作用,施加超声-电场外能辅助下钎焊接头剪切强度与传统钎焊相比提高24.1%;施加超声、超声-电场外能辅助使Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头断裂途径由钎缝和界面IMC层组成的界面过渡区向钎缝侧迁移,呈界面(Cu,Ni)_6Sn_5 IMC解理和钎缝解理+韧窝的脆-韧混合型断裂机制,使接头剪切断口塑性区比例增加,从而提高接头剪切强度。     

SnPb钎料熔滴与Au/Ni/Cu焊盘的反应过程

研究了熔融的SnPb钎料由固定高度滴落到Au/Ni/Cu焊盘上的温度变化过程和界面反应情况.结果表明:对钎料熔滴到达焊盘瞬时的接触温度,熔滴初始温度是其主要影响因素,而高度变化对其影响不大.钎料与焊盘界面产生的金属间化合物形态受钎料熔滴初始温度影响很大.随着滴落钎料初始温度的提高,界面层由Au层基本不反应,变为形成了连续层状AuSn2及针状AuSn4.当初始温度升高到450℃时,AuSn2完全转化为AuSn4,棒状AuSn4生长极为明显,在离界面不远的钎料里发现细小的AuSn4.由计算推出界面反应的时间约为6～7 ms,在如此短的时间内,发生Au的溶解和Au-Sn化合物的形成,其原因在于Au在熔融钎料中溶解速度随温度变化的特殊性.