Cu对Sn-Bi焊料压入蠕变性能及显微组织的影响

以纯Sn、纯Bi、纯Cu制得Sn-Bi和Sn-Bi-Cu合金.通过压入蠕变试验得到两种合金的蠕变曲线,总结了压入蠕变随着载荷和温度的变化规律.利用X射线衍射和扫描电镜对合金的物相组成和蠕变前后的显微组织进行分析,研究了Cu元素对Sn-Bi合金压入蠕变性能及显微组织的影响.结果表明,添加Cu元素可提高Sn-Bi合金焊料的抗蠕变性能.蠕变前,Sn-Bi合金中析出相为独立存在的颗粒状Bi,加入Cu后有块状的Cu6Sn5和发亮的少量颗粒状Bi析出;蠕变后,Sn-Bi合金中析出的Bi相变得细小并弥散分布于基体中,添加Cu后的合金中由于发生再结晶,块状析出相边缘变得光滑且有小块状Cu6Sn5,但含Bi的析出相几乎没有了.     

采用Sn-Bi钎料钎焊Bi2Te3基热电材料与无氧铜

Bi2Te3基热电材料需与电极Cu连接构成热电模块.采用无铅钎料Sn-Bi及钎剂实现了大气环境中分别直接钎焊p型(Bi,Sb)2Te3与无氧Cu和n型Bi2(Te,Se)3与无氧Cu.观察了接头的组织及Sn,Cu,Bi元素在接头处的线分布和面分布.通过研究表明,Sn元素与p型(Bi,Sb)2Te3的反应比与n型Bi2(Te,Se)3剧烈,在(Bi,Sb)2Te3与Sn-Bi界面处形成了5～7 μm的Sn反应层;Cu元素在Cu/Sn-Bi界面处也形成几微米的反应层;温度增加,两种反应的程度均有增加趋势.利用Gleeble1500D试验机测试了两种类型接头的抗剪强度,结果表明,(Bi,Sb)2Te3/Sn-Bi/Cu接头平均抗剪强度为5.1MPa,Bi2(Te,Se)3/Sn-Bi/Cu接头则为4.4 MPa,(Bi,Sb)2Te3/Sn-Bi/Cu接头强度分散性高于Bi2(Te,Se)3/Sn-Bi/Cu接头.接头主要断裂于反应层,反应层的成分、组织和厚度是影响接头强度的关键因素.     

Bi对铝基滑动轴承合金力学及抗咬合性能的影响

以Al-Cu-Mg合金为基体,研究了添加低熔点组元Bi后合金的微观组织、力学性能及抗咬合性能。采用XRD分析了材料的物相组成,利用SEM和EDS观察了合金的微观组织、断口形貌、磨损界面形貌。结果发现,添加低熔点组元Bi后,合金中出现球状富Bi相,当富Bi相颗粒较小时,其基本由Mg_3Bi_2相组成;当富Bi相颗粒较大时,其以Mg_3Bi_2为核,外部包裹一层Bi,形成了核壳组织。抗拉强度及硬度检测发现,添加2.6%的Bi后合金抗拉强度降低了10%,伸长率降低了21%,硬度降低了8.5%,说明Bi对合金力学性能具有一定的削弱作用。摩擦磨损试验发现,添加Bi后合金抗咬合能力明显提升,承载力从1 700 N增加到5 500 N,且在磨损表面发现带状富Bi相涂覆在磨损表面,起到减摩自润滑作用。     

热循环对Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点界面与性能影响

为了改善Sn58Bi低温钎料的性能,通过在Sn58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125℃热循环过程中Sn58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。结果表明:回流焊后,在Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu6Sn5IMC层。在热循环300次后,在Cu_6Sn_5/Cu界面处形成了一层Cu_3Sn IMC。Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn58Bi/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这2种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu_6Sn_5和Cu_3Sn IMC)明显比Sn58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层生长的抑制作用。     

凝固速率跃迁对定向凝固Al-40%Cu过共晶合金初生Al_2Cu相的影响

采用高温度梯度定向凝固装置进行了Al-40%Cu(质量分数)过共晶合金的定向凝固实验,研究了凝固速率跃迁过程中的凝固组织演变.结果表明,当定向凝固速率从10μm/s跃迁减速到2μm/s时,由于固/液界面附近的液相成分向共晶点成分变化以及耦合共晶组织的界面生长温度高于初生Al_2Cu相的界面生长温度,合金凝固组织从初生Al_2Cu枝晶和Al/Al_2Cu共晶组织转变为全耦合层片共晶组织.组织转变过程中,板条状的初生Al_2Cu相先分解成小尺寸的初生相,然后小的初生相逐渐被共晶组织所取代,这种组织转变是凝固界面前沿液相中溶质扩散不足造成的,而不是由合金中存在的热及溶质对流引起的.在初生相生长形态中,由于凝固速率跃迁引起的界面前沿液相中Cu成分富集,造成凝固界面生长温度升高,Jackson因子α变小,Al_2Cu初生相由小平面相向非小平面相转变.     

喷射沉积法和吸铸法制备镧基非晶合金的退火晶化组织分析

通过X射线衍射仪和场发射扫描电镜等实验设备,对比分析了喷射沉积法和铜模吸铸法制备的La_(62)Al_(16)(Cu,Ni)_(22)非晶合金的晶化过程和在不同退火温度下的晶化组织。结果表明沉积态La_(62)Al_(16)(Cu,Ni)_(22)非晶合金晶化主要析出纳米级的Al、Al Ni、La和未知相,析出相呈均匀分布,组织结构较好,而吸铸态La_(62)Al_(16)(Cu,Ni)_(22)非晶合金晶化后析出La和La(Cu,Ni)相,析出相颗粒尺寸大小不一,且分布不均匀,从而证明喷射沉积法作为La_(62)Al_(16)(Cu,Ni)_(22)块体非晶合金的制备方法,具有一定的优势。     

时效处理对Sn0.7Cu-0.5Al_2O_3/Cu焊点界面形态的影响

研究了纳米Al_2O_3颗粒对Sn0.7Cu钎料润湿性的影响,并分析比较了时效0 h和时效250 h后Sn0.7Cu-0.5Al_2O_3/Cu焊点界面IMC的形貌和厚度变化。结果表明:添加微量的纳米Al_2O_3颗粒可以改善Sn0.7Cu钎料的润湿性,但添加过量将降低润湿铺展面积,纳米Al_2O_3颗粒的最佳添加量为0.5%,比Sn0.7Cu钎料的铺展面积提高了30.2%。焊后未时效的焊点钎料晶粒细小,界面处Cu_6Sn_5IMC层较薄,经过150℃时效,钎料晶粒粗化,IMC界面层的厚度明显增加,形貌由扇贝状变为明显的块状,界面的不平度逐步减小。界面层由单一的Cu_6Sn_5IMC层转变为Cu_6Sn_5IMC和Cn_3SnIMC两层,厚度增大了96.5%。     

Cu-Sn-Pb过偏晶合金中异常Cu-Sn壳/Pb核宏观结构的形成（英文）

目前核/壳结构难混熔合金的壳是由低熔点相组成还是高熔点相组成,尚无确切答案。根据文献中Cu-Sn-Pb合金的计算相图,通过铸造法研究14Sn-73.1Cu-12.9Pb、14Sn-64.5Cu-21.5Pb、Cu-65Pb和Cu-75Pb合金的相分离过程。结果表明,14Sn-64.5Cu-21.5Pb合金具有富Cu-Sn相包裹富Pb相核/壳结构组织;这一结果与低熔点相(如Cu-75Pb合金)形成核的观点不一致,这种异常现象可以解释为:在铸造过程中,由于过冷度的影响,偏晶反应发生在液相分离反应前。这为通过控制凝固路径改变难混熔合金的结构提供了一种可能的方法。     

Cu-Sn-Pb过偏晶合金中异常Cu-Sn壳/Pb核宏观结构的形成

目前核/壳结构难混熔合金的壳是由低熔点相组成还是高熔点相组成,尚无确切答案。根据文献中Cu-Sn-Pb合金的计算相图,通过铸造法研究14Sn-73.1Cu-12.9Pb、14Sn-64.5Cu-21.5Pb、Cu-65Pb和Cu-75Pb合金的相分离过程。结果表明,14Sn-64.5Cu-21.5Pb合金具有富Cu-Sn相包裹富Pb相核/壳结构组织;这一结果与低熔点相(如Cu-75Pb合金)形成核的观点不一致,这种异常现象可以解释为:在铸造过程中,由于过冷度的影响,偏晶反应发生在液相分离反应前。这为通过控制凝固路径改变难混熔合金的结构提供了一种可能的方法。     

三元Fe62.5Cu27.5Sn10合金的快速凝固组织演变机制

在自由落体条件下研究三元Fe62.5Cu27.5Sn10合金的亚稳相分离和凝固组织形成规律。结果表明:液相分离使得合金液滴在快速凝固过程中形成2~3层壳核组织和均匀弥散组织,其相组成为α-Fe固溶体和Cu3Sn金属间化合物相。分析液滴内部L2(富Cu)液相的运动特征发现,温度梯度和浓度梯度所引起的Marangoni运动促进壳核组织的形成,合金液滴的最终凝固组织由冷却速率、过冷度和Marangoni运动共同决定。如果液滴直径足够小,快速冷却能够抑制液相分离,凝固组织演变为等轴枝晶形态,其相组成为α-Fe固溶体和Cu2FeSn化合物。EDS分析显示,初生α-Fe相在快速凝固过程中发生了显著的溶质截留效应。     

Cu/Sn-58Bi-xCe/Cu钎焊接头基体组织和力学性能的研究

研究了Ce对Cu/Sn-58Bi/Cu钎焊接头显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:Ce颗粒的添加可有效细化钎料基体组织,当Ce添加量为0.5wt%时,组织最为细小弥散,具有较小的Sn-Bi两相片层间距;铺展系数随Ce含量的增加而表现出先上升后下降的趋势,Sn-58Bi-0.5Ce钎料表现出较好的铺展性能;Cu/Sn-58Bi-0.5Ce/Cu钎焊接头在获得最佳抗拉强度的同时,仍表现出较好韧性;Ce的最佳添加量为0.5wt%。     

消失模铸造液-液复合Al/Mg双合金界面特征研究

通过设置铝隔层,利用消失模铸造实现了Al/Mg双合金的液-液复合。使用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)研究了Al/Mg双合金界面的组织特征。结果表明,铝隔层成功阻止了液态合金混液,被完全熔化,与液态合金一起发生冶金反应。镁合金和铝合金实现了良好的冶金结合,形成了均匀的反应层,其中镁合金侧反应层是由Mg_(17)Al_(12)相和δ-Mg相组成的共晶组织,铝合金侧反应层由连续分布的Al_3Mg_2相和颗粒状的Mg_2Si相组成。     

Sb含量对Sn-Bi系焊料性能的影响(英文)

研究Sb元素含量对Sn-Bi系焊料性能的影响。通过差示扫描量热法研究Sn-Bi-Sb焊料的熔化行为。采用铺展实验研究焊料在Cu基板上的润湿性。测试Sn-Bi-Sb/Cu结合界面的力学性能。结果表明:三元合金中含有包共晶反应形成的共晶组织,随着Sb含量的增加,共晶组织增多;在加热速率为5°C/min的条件下,三元合金显示出更高的熔点和更宽的熔程;添加少量Sb对Sb-Bi系焊料的铺展率有影响;在焊料铺展过程中形成反应过渡层,反应过渡层中存在Sb元素而无Bi元素,过渡层厚度随着Sb元素含量的增加而增大。Sn-Bi-Sb焊料的剪切强度随着Sb元素含量的增加而升高。     

Al-Bi-Ce-Cu难混溶合金的凝固组织和耐磨性

本文研究了Al-Bi-Ce-Cu难混溶合金的凝固组织和耐磨性能。实验结果表明,添加Ce到Al-Bi合金中,原位生成的棒状化合物Bi₂Ce作为异质形核质点,促进了Bi相的形核,所制备难混溶合金中富Bi相颗粒弥散分布。添加Cu到Al-Bi-Ce合金中生成了硬质相Al₂Cu,硬质相增强了基体的硬度,进而提高了合金的耐磨性能,降低了合金的耐磨性系数。因此Al-Bi-Ce-Cu合金,不仅具有富Bi相颗粒弥散分布的组织,同时还具有高的耐磨性能,有很强的实际应用价值。     

85℃时效Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点界面化合物生长行为

以Sn-9Zn/Cu焊点为参比物,研究了Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点在85℃时效条件下界面金属间化合物(IMC)的生长行为。结果表明,相同钎焊工艺条件下,与Sn-9Zn/Cu相比,Sn-8Zn-3Bi/Cu界面反应更为充分。在85℃时效过程中,Sn-9Zn/Cu界面IMC结构稳定,Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点界面IMC生长速率变化不大,界面IMC层增厚速率在界面反应初期较快而在后期则显著下降。Bi的添加对合金熔点的降低促进了界面初期反应过程的充分进行。随着界面反应时间的延长,Bi对Cu-Zn(IMC)层的生长表现出明显的抑制作用,界面IMC生长动力学时间指数显著减小。     

钢/铝异种金属激光-MIG复合焊接接头组织与性能研究

采用激光-MIG复合焊接的方法对Q960钢/6061铝异种金属进行了焊接,对比分析了添加Cu前后复合焊接接头的显微组织、物相组成和力学性能的变化,并对其断口形貌进行了观察。结果表明,添加Cu后焊接接头仍然保持着典型熔-钎焊特征,但是IZ(界面区)区域的界面层形态发生了明显改变,界面层厚度从加Cu前的16μm降低至加Cu后的6μm,界面层中的针状Fe_4Al_(13)相和舌状Fe_2Al_5相转变为细小絮状Al_(13)(Fe,Cu)4和舌状Al_5(Fe,Cu)2相,界面层中的显微裂纹消失;加Cu后钢/铝复合焊接接头的最高硬度仍然出现在界面层,但是最高硬度相对加Cu前有明显降低,这主要与界面层中形成了Al_(13)(Fe,Cu)4和Al_5(Fe,Cu)2金属间化合物有关;加Cu后焊接接头的抗拉强度和伸长率相较于加Cu前分别提高了110.5%和183.3%,而断裂位置都处于钢/铝界面区。     

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.     

Al-Zn-Mg-Cu-Zr-0.12Ce合金铸锭的均匀化退火及组织演变

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、波谱分析(WDS)、X射线衍射(XRD)以及差示扫描量热仪(DSC)等技术对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-0.12Ce合金铸态组织及均匀化退火过程中的组织演变进行研究。结果表明:该合金铸态组织存在严重的枝晶偏析,主要由α(Al)基体、α(Al)+Mg(Zn,Al,Cu)_2非平衡共晶组织以及少量的θ(Al_2Cu)相、Al_8Cu_4Ce相、Al_7Cu_2Fe相构成;均匀化退火过程中,大量层片状共晶组织溶入基体,同时转变生成Al_2Cu Mg相;合金的过烧温度为474.87℃;合金的最佳单级均匀化退火工艺为465℃、40 h,这与均匀化动力学方程测算结果接近;合金经(435℃,8 h)+(470℃,32 h)双级均匀化退火处理后,回溶效果更好,主要残留相为难溶的Al_2CuMg相,少量含Fe杂质相以及Al_8Cu_4Ce相。     

回流温度对Sn-58Bi焊点显微组织及剪切强度的影响

利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等手段,研究了回流温度对Sn-58Bi焊点显微组织及剪切强度的影响。结果表明:回流焊接后,Sn-58Bi/Cu钎焊接头的金属间化合物(IMC)层主要以Cu_6Sn_5相为主,IMC层厚度随回流温度的升高而增加。Sn-58Bi焊点剪切强度随回流温度的增加呈先增加后降低的趋势。IMC层过厚,将导致界面层脆性激增,产生裂纹,使剪切强度急速下降。回流温度在180℃～200℃范围内时,剪切强度最佳。     

Mg、Ce和Cu对2D70铝合金显微组织的影响

通过向2D70铝合金中添加不同含量的Cu、Mg和Ce,并借助OM、SEM和EDS等手段对铸态组织进行分析。结果表明,随着Cu含量增加,2D70铝合金中Al_9FeNi相逐渐减少,产生非平衡共晶反应,析出的共晶组织θ-Al_2Cu相呈花纹网状或者汉字形,当Cu含量过大时,析出降低合金性能的Al_7Cu_4Ni相和Al_7Cu_2Fe相。添加Mg后,多余Cu原子被捕获,形成片层状S-Al_2CuMg相,此时Al_9FeNi相受Cu的影响较小,几乎不再分解。加入Ce,导致Cu原子溶质再分配并充分溶解于基体中,提高了Cu在铝合金中的固溶度,晶界处不再出现大量难熔相,使合金显微组织均匀,并细化晶粒尺寸。