机械合金化法制备(Ag-Cu28)-xSn合金的结构和性能研究

利用机械合金化法制备(Ag-Cu28)-xSn系合金粉末,借助差示扫描量热仪、X-射线衍射仪、扫描电镜等,研究了Sn含量对合金熔化温度、球磨时间对合金粉末的物相组成及显微结构的影响。研究表明:Sn对合金的熔化温度有显著影响,随Sn含量增加合金熔化温度下降趋势减缓;当Sn含量为30%时,合金熔化温度最低为539.3℃。球磨40 h时,(Ag-Cu28)-30Sn粉料合金化完全,其物相组成为Ag4Sn、Cu3Sn和Cu6Sn5。球磨初始阶段(Ag-Cu28)-30Sn粉料颗粒异常长大,球磨至40 h时合金化完成,颗粒断裂和焊合达到平衡,合金粉末粒度均匀,平均粒径约为5~10μm。     

低合金钢氧化过程残余元素的富集

通过扫描电镜和XEDS分析,对含Cu、As和Sn残余元素的低合金连铸坯中Cu、As和Sn的氧化富集机理进行了研究。结果表明：氧化温度在1250～1150℃时,氧化层中包裹一定量的Cu、As和Sn残余元素;氧化温度在1100—1000℃时,氧化层与基体界面存在明显的Cu、As和Sn富集相;随氧化温度升高,氧化层厚度明显增加。影响连铸坯中Cu、As和Sn富集的主要因素是氧化温度。     

超细W-25Cu粉末在金刚石工具中的应用研究

采用粉料混合、制粒、冷压成形和真空热压烧结法制备样品.利用SEM观察了添加超细W-25Cu合金粉末和W、Cu单质粉末的刀头断口金刚石形貌并进行了EDS分析,研究了烧结温度对添加超细W-25Cu合金粉和添加W、Cu单质粉末的胎体硬度、烧结密度、抗弯强度的影响,并利用SEM、金相和面扫描手段分析了断口形貌、显微组织和主要元素分布.结果表明:添加超细W-25Cu合金粉末的刀头中,金刚石表面形成了含W元素较多的“岛状”晶体物质并形成网状结构,提高了胎体对金刚石的把持力;在试验温度范围内,添加超细W-25Cu合金粉能显著提高胎体的硬度、致密度和元素分布的弥散性,但降低抗弯强度.锯片切割实验表明:添加超细W-25Cu合金粉比添加W、Cu单质粉可提高工具使用寿命约40％,可见添加超细W-25Cu合金粉末确实有利于胎体耐磨性的增加和胎体对金刚石把持力的提高.     

扩散CuSn10粉末烧结膨胀行为及影响因素的研究

采用雾化Cu粉和Sn粉为原料,通过调整原料粒度,利用扩散工艺制备了4组CuSn10粉末,将粉末分别压制成轴承生坯进行烧结,研究了轴承的烧结膨胀行为,并分析了原料粒度变化对烧结膨胀行为的影响。结果表明,4组轴承样品烧结后都发生了尺寸膨胀,原因主要有:雾化粉末呈近球形,压制后总孔隙率少;富Sn区熔化后产生液相,由于Cu、Sn互溶,液相Sn扩散渗入Cu粉内部,造成Cu的晶格变大,使Cu粉颗粒体积增大,同时在Sn颗粒原有位置形成空位;液相渗入Cu粉颗粒之间,使其颗粒间距增加;压坯的闭孔中存在气体,随着烧结温度的提高,闭孔内部气压增大,造成体积膨胀。CuSn10烧结膨胀率随原料粒度的增大而增大,Sn粉粒度对CuSn10烧结试样膨胀率的影响约是Cu粉的3倍。     

Al-Pb粉末在机械合金化过程中的粒度及形貌演变

采用XRD，SEM，TEM和粒度分析仪对Al-15％Pb和Al-15％Pb-4％Si—1％Sn—1．5％Cu(质量分数，％)混合粉末在机械合金化过程中的粒度及形貌演变进行了研究。结果表明：混合粉末经球磨后都可以获得纳米晶，球磨对Pb的细化明显大于对Al的细化作用；在相同的球磨时间下，添加有Si，Sn，Cu混合粉末的Al，Pb晶粒更小，其获得纳米晶的时间更短。由于冷焊与断裂在MA不同阶段的主导不同，Al-15％Pb-4％Si-1％Sn—1．5％Cu粒子经历了快速长大、快速减小和慢速减小3个阶段；而Al—15％Pb粒子细化则是增大-减小的反复过程，在球磨过程中Si作为硬度高的脆性粒子难于完全实现合金化，而Sn，Cu合金化速度较快。     

In的添加对Sn-9Zn无铅焊料合金组织与性能的影响

锡锌（Sn-Zn）无铅焊料在电子封装中具有广阔的应用前景,但其润湿性和抗氧化性能较差。采用16通道摇摆炉制备Sn-9Zn-x In(x=0,1,2,3,4;%,质量分数)焊料合金,研究In元素对Sn-9Zn无铅焊料合金微观组织、熔化特性、润湿性、抗氧化性以及力学性能的影响。结果表明：添加的In元素与Sn,Zn形成低熔点合金,明显降低焊料合金的熔点及固相线温度;加入In元素使得焊料合金表面张力降低,润湿性能提高;焊料合金的润湿力在In含量为3%达到最大值（0.857 mN）;焊料添加In元素形成In2O3氧化膜有保护熔体的作用,有助于增强焊料合金抗氧化性能,不含In元素时焊料合金的氧化增重为0.47%,而In含量为3%时其氧化增重质量分数为0.14%,抗氧化性能提高;添加In后在Sn基体中产生固溶强化和析出强化使得合金抗拉强度先提高后降低,当In含量为3%时,焊料合金极限抗拉强度达到55 MPa左右。加入In后破碎为长条状、针棒状的富Zn相使得延伸率逐渐下降,当In添加量大于3%时,延伸率急剧下降。综合焊料的力学性能、润湿性、抗氧化性能,确定In的在Sn-9Zn中最优添加量为3%。     

微量稀土元素对Sn57BilAg焊料合金组织与性能的影响

研究微量稀土元素对Sn57Bil Ag无铅焊料合金显微组织以及性能的影响.结果表明,当稀土含量为0.05％ ～0.5％(质量分数)时,对该无铅焊料合金的导电性和腐蚀性影响不大,但使熔化区间温度降低;可以提高焊料合金的力学性能,提高焊料的铺展面积,细化组织.比较Ce、Er、Y三种稀土元素对焊料合金的影响,发现Er元素可以更好地提高焊料合金的综合性能,Ce次之.     

Sn-Ag-Cu无铅焊料的发展现状与展望

Sn—Ag—Cu系无铅焊料由于具有良好的焊接性能和使用性能，已逐渐成为一种通用电子无铅焊料；综述了Sn-Ag—Cu系焊料从无到有、从二元发展至二三元乃至多元的发展历程，及其研究现状和当前应用较多的几个典型成分的各自应用水平，对当前Sn-Ag-Cu系焊料的熔化温度、润湿性、组织结构和力学性能研究方面以及存在的超电势问题、抗氧化和抗腐蚀性不足、使用的可靠性等主要问题作了总结，并根据国情对其在国内外的发展前景作了预测和展望，提出在发展无铅焊料过程中需要着重注意研究的几个方面，并指出今后较长一段时间内不会出现某一种无铅焊料能像Sn-Pb系那样独断电子封装行业的状态。     

Sn-Bi/Cu焊接接头的剪切性能及界面微观组织分析

通过对断口形貌和界面微观组织的观察分析,研究了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的剪切断裂机理.结果表明:3种Sn-Bi/Cu焊接接头均在弹性变形阶段断裂,并且均沿Sn-Bi焊料/Cu基板界面处断裂.孔洞降低了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的有效连接面积,从而降低了其剪切强度.根据3种Sn-Bi/Cu焊接接头断口形貌,Sn59.9Bi40Cu 0.1/Cu和Sn57.9Bi40Zn2Cu 0.1/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理、沿晶脆性断裂和韧窝的混合型断裂,而Sn42Bi58/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理断裂.微观组织分析显示,3种焊料合金焊接接头界面处的金属间化合物层均为连续的Cu6Sn5相.     

封装锡合金焊料Ⅰ型断裂特性的实验研究

采用铜-焊料-铜双悬臂梁焊接试件,利用联动夹具和非接触式引伸计,对锡铅焊料Sn63Pb37和无铅焊料Sn Ag Cu305进行了25℃温度下的I型断裂实验,得到了焊料I型断裂时的载荷-张开位移曲线,观察了焊料的起裂、裂纹扩展、断裂等实验现象,采用双材料弹性基柔度法,计算了焊料的I型能量释放率.实验结果表明,两种焊料的初始能量释放率基本相同,均为800~900 N/m,但无铅焊料有较长的亚临界裂纹扩展阶段,其开裂载荷约为最大载荷的80%左右;能量释放率饱和值比初始值高1. 4倍,表现出更好的抵抗裂纹扩展的特性.     

Ti—Cu—Nb合金钎料的制备及其在SiC表面润湿性的研究

采用真空电弧熔炼法制备Ti-50Cu-SNb（质量分数）合金钎料。根据DSC曲线确定出合金钎料的熔化温度为980～1050℃;通过能谱（EDS）和x射线衍射（XRD）分析得出钎料化学组成主要为Cu3Ti2和CuTi2,Nb元素以固溶体的形式存在于钛铜合金中;通过改良后的座滴法研究了钎料在1000、1050和1100℃下润湿角度的变化情况。实验表明在高温下钎料对基体均有很好的润湿作用;在钎料与SiC基体反应界面,主要生成物TiSi促进了润湿过程的进行。     

微量Ga元素对低银系无铅钎料抗氧化性能的影响

电子封装波峰焊从有铅到无铅的转换过程中,由于无铅钎料中锡含量比传统Sn37Pb钎料高,导致波峰焊过程中氧化渣的产生量很大。其不仅造成生产中的浪费,还会影响焊接质量。控制钎料氧化渣的产生量是当前无铅波峰焊技术必须要解决的一个重要问题。研究了目前常用的Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料在模拟波峰炉中的抗氧化情况。主要研究了微量Ga元素的加入对该钎料抗氧化性的影响。通过钎料的润湿实验和氧化锡渣的产出量的比较可以发现微量Ga元素的加入可以提高钎料的抗氧化性能,Ga元素的最佳含量是0.02%(质量分数),Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.020Ga的抗氧化有效温度范围是320℃以下,有效时间控制在120 min以下。利用俄歇能谱AES分析表明,微量元素Ga在焊料表面富集,O原子浓度的降低。热力学分析表明:Ga元素会在合金中优先氧化,阻碍钎料的进一步氧化;动力学分析表明:在保护膜内高价Ga离子使表面层离子排列空位增加并使电导率降低,是产生抗氧化性的原因。     

Nb-Ti-Al基合金防护涂层制备及其抗氧化机理研究

采用真空电子束和电弧炉熔炼制备Nb–Ti–Al基合金,采用料浆熔烧法在合金表面制备Si–Cr–W涂层。在1250℃下对涂层进行氧化测试,通过扫描电镜、能谱分析方法分析涂层测试前后的微观形貌变化以及成分分布。分析结果显示,涂层由Nb、Ti、Cr、W等金属硅化物组成,依靠金属硅化物的氧化分解形成SiO_2和复合金属氧化物来实现对合金的高温氧化防护。在氧化测试100 h以后,涂层外层因氧化而疏松,但内层未被氧化依然致密,说明该涂层具有良好的高温抗氧化能力。     

Performance of MWCNT-Reinforced SAC0307/Cu Solder Joint Under Multiple Reflow Cycles

The evolution of interfacial microstructure and its effect on shear strength under multiple reflow cycles for multi-walled carbon nanotubes (MWCNT)-reinforced Sn0.3Ag0.7Cu solder/copper joint was investigated. The melting characteristics, wettability and mechanical properties of the solder alloy were assessed. The addition of MWCNT in the range of 0.01–0.05 wt% improved the wettability, melting behaviour and mechanical strength of the SAC0307 solder alloy. The nanoparticles in small weight fraction (0.01–0.05 wt%) addition were more effective in retarding intermetallic compounds growth at the interface. Amongst all compositions studied, the SAC0307–0.05MWCNT nanocomposite showed significant improvement in the performance of SAC0307/Cu solder joint under multiple reflow condition. The nanoparticles’ reinforcement above 0.1 wt% of the solder alloy was ineffective in improving the solder performance due to increased clustering in the matrix.     

Thermodynamic consideration and phase evolution during oxidation of tungsten–copper electrical contactor scraps

Present studies account the feasibility studies on isothermal oxidation of W–Cu hard metal electrical contractor scraps for recycling by roasting-leaching method. This was investigated as one of main processes to produce friable oxidized product amenable to subsequent leaching process. Oxidation is facilitated using scrap turnings instead of solid W–Cu contactor rods. The alloy oxidizes to Cu_xO, WO_x and CuWO₄ upon heating in the temperature range 400–1000°C under oxygen flow. Apart from oxidized W and Cu phases, significant amount of Cu nuggets formed initially at 450°C that rose gravimetrically up to 750°C, and then disappeared at higher temperature. The maximum weight gain was about 22% compared to initial weight when oxidation was carried out at 750°C. Oxidation beyond the temperature of 750°C corresponded to significant loss of tungsten by evaporation of WO₂ · (OH)₂ gaseous product. Thermal oxidation of W–Cu metal electrical contractor tip scraps produced porous and friable oxidized product of W and Cu.     

合金元素Cr,Al对Sn-Ag-Cu基无铅钎料高温抗氧化和润湿性的影响

研究了少量合金元素Cr，Al对Sn-3．0Ag-0．5Cu（305）无铅钎料高温抗氧化性的影响。钎料在液态下的表面颜色变化以及热重分析表明，Cr，Al能明显改善305合金钎料的抗氧化性能。通过合金元素Cr，AI的抗氧化机制和X射线衍射分析得出：Al和Cr在钎料表面形成致密氧化膜，形成“阻挡层”，抑制了钎料的氧化。同时也比较了合金元素Cr，Al对305钎料润湿性能的影响，结果表明：单独加Al不利于钎料的铺展，少量的Cr和Al同时加入对钎料的铺展没有太大的影响。实验证实：Cr和Al的共同作用明显提高了Sn-3．0Ag-0．5Cu钎料的高温抗氧化性，同时对钎料的润湿性也没有恶化作用。     

利用废弃银铜合金触点直接制备银铜双金属粉

研究了利用废弃银铜合金触点(Ag、Cu、Sn质量分数分别约为30%、60%和2%)直接制备银铜双金属粉的工艺。原料以硝酸溶解后,采用葡萄糖预还原和水合肼二次还原,在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的保护下制得了粒径在1μm左右类球形超细银铜双金属粉和超细铜粉。还原前加入尿素,控制反应温度在60℃温度下,加入抗氧化剂苯并三氮唑,均可防止铜粉的表面氧化,从而获得高质量的银铜双金属粉,银、铜的回收率达到99%以上。所得产品可再用于粉末冶金法制备银铜合金触点,或者直接用于制备电子浆料。该工艺可避免银、铜的分离过程,使废弃银、铜合金触点中银、铜的回收和深加工得到有效结合,从而实现节能减排的目标。     

Effects of Cu,Bi, and In on microstructure and tensile properties of Sn-Ag-X(Cu,Bi, In) solders

Effects of minor additions of Cu, Bi, and In on microstructure, melting temperature, and tensile properties of Sn-Ag-based lead-free solders were investigated. It was found that the intermetallic compounds (IMCs) Ag₂In and Cu₆Sn₅ are formed in In- and Cu-containing solders, respectively. At low concentration, Bi dissolved in the Sn matrix and tended to precipitate pure Bi particles at the solubility limit of 4 wt pct Bi. The formation of large Ag₃Sn precipitates from the solder matrix was suppressed when alloying bismuth into the Sn-Ag alloy. The Bi addition resulted in a significant linear increase of the ultimate tensile strength (UTS) of solders, which is attributed to a solid-solution hardening mechanism. Solder strengthening due to In and Cu is less pronounced and attributed to a dispersion strengthening mechanism. The additions of Cu, Bi, and In all depressed the melting temperatures of Sn-Ag-based solders; however, In is the most effective one.     

Effects of Indium Content on Microstructural,Mechanical Properties and Melting Temperature of SAC305 Solder Alloys

The present study investigated the effects of indium (In) addition on the microstructure, mechanical properties, and melting temperature of SAC305 solder alloys. The indium formed IMC phases of Ag₃(Sn,In) and Cu₆(Sn,In)₅ in the Sn-rich matrix that increased the ultimate tensile strength (UTS) and the hardness while the ductility (% EL) decreased for all In containing solder alloys. The UTS and hardness values increased from 29.21 to 33.84 MPa and from 13.91 to 17.33 HV. Principally, the In-containing solder alloys had higher UTS and hardness than the In-free solder alloy due to the strengthening effect of solid solution and secondary phase dispersion. The eutectic melting point decreased from 223.0°C for the SAC305 solder alloy to 219.5°C for the SAC305 alloy with 2.0 wt% In. The addition of In had little effect on the solidus temperatures. In contrast, the liquidus temperature decreased with increasing In content. The optimum concentration of 2.0 wt % In improved the microstructure, UTS, hardness, and eutectic temperature of the SAC305 solder alloys.     

Effect of Lanthanum on Driving Force for Cu6Sn5 Growth and Improvement of Solder Joint Reliability

By means of adding low content of rare earth element La into Sn6(bPb40 solder alloy, the growth of Cu6Sn5 intermetallic compound at the interface of solder joint is hindered, and the thermal fatigue life of solder joint is increased by 2 times. The results of thermodynamic calculation based on diffusion kinetics show that, the driving force for Cu6Sn5 growth is lowered by adding small content of La in Sn60-Pb40 solder alloy. Meanwhile, there is aneffective local mole fraction range of La, in which, 0.18% is the limited value and 0.08% is the best value.