Sn改性Ti-Zr-Cu-Ni钎料的微观组织和力学性能

采用自制Ti-Zr-Cu-Ni-Sn钎料钎焊TA2钛合金,研究了不同Sn元素含量改性Ti-Zr-Cu-Ni钎料的熔化特性、微观组织及物相、润湿及熔蚀性、接头拉伸强度。研究表明,Sn含量增加,Ti-Zr-Cu-Ni-Sn钎料固、液相线温度基本升高,但温度差值基本变窄,可更好地抑制钎焊界面脆性化合物形成。Ti-Zr-Cu-Ni-5Sn钎料组织由Ti、Zr基体和晶体相构成,Sn倾向与Ti、Zr结合形成Ti₂Sn₃、Ti₆Sn₅、Zr₅Sn₃等低熔点共晶相。Sn≤1.5%时,随Sn含量增加,钎料对TA2钛合金的润湿性逐渐变差;继续增加Sn,钎料润湿性改善,添加5%Sn的钎料对基体润湿最佳。添加5%Sn并降低Cu、Ni总量的改性钎料对TA2钛合金熔蚀减弱。相同钎焊工艺下,添加5%Sn接头的强度和塑性均有提升。钎焊温度升高,Ti-Zr-Cu-Ni钎料产生更多强化物相,致接头强度大幅提升,而Ti-Zr-Cu-Ni-5Sn钎料产生的含Sn物相强化作用对接头强度提升有限;相...     

一种新型钛基钎料合金对γ-TiAl合金的钎焊性

在钎焊温度范围为1050 ~ 1125 ℃下保温10 min,采用非晶Ti-Zr-Cu-Ni-Co-Mo钎料成功地实现了Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.15B (原子分数,%)合金钎焊连接. 运用SEM,EDS,XRD,TEM和维氏硬度仪等分析研究了铸态和箔带钎料显微组织、温度(900 ~ 1125 ℃)和保温时间(0 ~ 15 min)对铸态钎料在TiAl基合金表面上润湿铺展面积的影响,以及钎焊接头中界面显微组织和维氏硬度在不同钎焊温度下的变化规律. 结果表明,随着温度和保温时间的增加,铸态钎料在TiAl合金母材表面润湿铺展面积的增幅先增大后减小. 钎焊接头界面组织主要包括TiAl母材层,α₂-Ti₃Al+AlCuTi (层Ⅰ)和γ-(Ti, Zr)₂(Ni, Cu)+α-(Ti, Zr)(层Ⅱ). 钎缝中各区域的硬度均随着钎焊温度的增加而增加,1125 ℃时获得最大值为872(±8) HV,主要与钎缝中生成的硬脆金属间化合物(Ti, Zr)₂(Ni, Cu)和α₂-Ti₃Al有关.     

石墨电极-铜导线低温钎焊连接方法

设计一种石墨中温活性金属化和低温软钎焊方法,实现电导率传感器中石墨电极与漆包铜导线异质材料连接. 通过采用Ag-Cu-Ti合金焊膏实现对石墨表面进行真空活性金属化,再采用Sn-Ag合金药芯焊丝低温钎焊石墨金属层与漆包铜导线;利用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪对石墨金属层、石墨金属层/无氧铜反应界面的微观组织、相组成和元素扩散进行了分析,用万能拉伸机对石墨-无氧铜钎焊接头结合强度进行了测定. 结果表明,Ag-Cu-Ti合金焊膏在石墨表面作用明显,生成TiC化合物组成的反应层;留在石墨表面的钎料层,厚度约为60 μm;Sn-Ag合金钎料与石墨金属层润湿良好,润湿角为16°,中间反应层以Ag₃Sn金属间化合物为主;钎料与金属导线结合层由Cu₃Sn(ε相)和Cu₆Sn₅(η相)组成,钎焊接头抗拉强度为39 MPa,力学性能满足石墨电极与漆包铜导线连接可靠性的相关需求.     

Au-Ag-Si新型中温共晶钎料的研究

根据合金相图的基本原理,分析了Au-Ag-Si系相图,研制出熔化温度在400℃～500℃的共晶钎料合金.通过钎料合金与Ni板的润湿性测试和润湿后界面的微观组织分析.结果表明:Au-Ag-Si系钎料对于纯Ni具有良好的漫流性和润湿性,在450℃～500℃范围内,可以对Ni板进行钎焊.     

Ag-Cu+WC复合钎料钎焊ZrO2陶瓷和TC4合金

采用新型Ag-Cu+WC复合钎料进行ZrO₂陶瓷和TC4合金钎焊连接,探究了接头界面组织及形成机制,分析了钎焊温度对接头界面结构和力学性能的影响. 结果表明,接头界面典型结构为ZrO₂/TiO+Cu₃Ti₃O/TiCu+TiC+W+Ag_(s,s)+Cu_(s,s)/TiCu₂/TiCu/Ti₂Cu/TC4. 钎焊过程中,WC颗粒与Ti发生反应,原位生成TiC和W增强相,为Ti-Cu金属间化合物、Ag基和Cu基固溶体提供了形核质点,同时抑制了脆性Ti-Cu金属间化合物的生长,优化了接头的微观组织和力学性能. 随钎焊温度的升高,接头反应层的厚度逐渐增加,WC颗粒与Ti的反应程度增强. 当钎焊温度890 ℃、保温10 min时,复合钎料所得接头抗剪强度达到最高值82.1 MPa,对比Ag-Cu钎料所得接头抗剪强度提高了57.3%.     

CuNiSnTi钎料钎焊立方氮化硼界面产物分析

采用扫描电镜、能谱仪、微区X射线衍射仪研究了CuNiSnTi活性钎料钎焊立方氮化硼(c-BN)界面产物的微观结构和形成机理,并运用动力学分析了界面反应产物的生长过程及反应激活能.结果表明,钎焊过程中CuNiSnTi钎料对c-BN具有良好的润湿性,钎料与c-BN发生化学反应,实现c-BN与钢基体的可靠连接;钎料与c-BN界面处生成Ti-N和Ti-B化合物新相,形成了钎料/TiN/TiB/TiB₂/c-BN的结构形式;在钎焊温度1323~1398 K,保温时间5~20 min之间依据抛物线生长法则指出界面处产生的化学反应和原子间的相互扩散是促使界面反应层形成与生长的主要因素及形成机理.     

Formation Process of Joints Brazing with Amorphous Filler Metal

研究了铜基非晶钎料液相的生成和铺展润湿过程。结果表明:非晶钎料由于熔化前固相扩散比较充分,使得钎料中的共晶组织被破坏,生成了大量高熔点的铜固溶体以及铜和镍的化合物,致使非晶钎料产生的液相相对晶态钎料少,因此液相铺展和流动过程较弱。而晶态钎料生成了大量液相,故液相的铺展和流动是晶态钎料钎焊的主过程。由于非晶态钎料非常薄,钎料中原子扩散距离短,有利于快速溶进基材;而普通钎料比较厚,溶解时间较非晶钎料长得多。随钎焊温度的升高和保温时间的延长,钎料残余层的厚度减小。在相同的钎焊温度和保温时间下,非晶态钎料残余层的厚度比晶态钎料小。     

Cu-Pd-V钎料真空钎焊Cf/SiBCN复合材料的界面组织与性能

利用Cu-Pd-V钎料对新型四元陶瓷基复合材料C_f/SiBCN进行了真空钎焊连接.利用座滴法研究了Cu-Pd-V钎料对C_f/SiBCN复合材料的动态润湿性.利用SEM和XRD对钎焊接头微观组织及断口物相进行了分析表征.结果表明,经1 170℃保温30 min后钎料在复合材料上的润湿角为57°.在1 170℃-10 min钎焊规范下,Cu-Pd-V钎料在C_f/SiBCN复合材料表面形成厚度约为1 μm的V （C,N）反应层,主要包括VC和VN化合物,钎缝中央为Cu₃Pd和CuPd两种固溶体相.接头的室温三点弯曲强度为58.1 MPa,当测试温度提高至600℃时接头强度上升至90.2 MPa,在700和800℃测试温度下钎焊接头强度呈下降趋势,但仍然可以维持在室温强度水平,分别为66.9和64.6 MPa.     

梯度三明治钎料钎焊过程组织演变及力学性能分析

三明治复合钎料是实现硬质合金与钢可靠钎焊连接的重要技术，复合层间及其与基体间的界面层组织形态对力学性能有着重要影响.系统分析了不同钎焊温度、时间条件下梯度三明治复合钎料钎缝组织演变规律，分析了影响力学性能的关键因素.试验结果表明，梯度三明治复合钎料与钢和硬质合金基体界面形成分为4个阶段：界面组织形成、长大、溶合、重排.梯度钎料中间CuMn₂层随着保温时间的延长，由初始连续状逐渐变为孤立的小岛，周围被低Mn铜固溶体包围；继续延长保温时间，CuMn₂层消失，整个钎缝由铜固溶体、银固溶体和银铜共晶组成.钎缝抗剪强度在780℃、保温2.5 min时达到最高285 MPa,Co,Ni元素此时发生长程扩散，聚集在中间层CuMn₂附近，提高了CuMn₂中间层强韧性，在断口韧窝的根部分布着Co基颗粒强化相；进一步延长保温时间，Co,Ni等钎缝强韧化元素开始分散，钎缝组织粗化，强度降低.     

真空电子管用新型梯度钎料的研究

根据梯度钎料钎焊温度范围、液相线温度差等技术要求,进行了梯度钎料合金体系的选择、熔化温度及钎焊温度范围的设计,通过对选择的梯度钎料进行熔化温度测试,在母材无氧铜上的润湿铺展性试验、清洁性及溅散性等试验,初步验证了不同牌号的Ag-Cu-Pd系合金满足二、三级梯度钎料的设计要求,所选的一级钎料AgZr合金性能较差,不能满足一级钎料的设计要求,所以尽快研制一级钎料是下一步工作的重点。     

Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点液固界面金属间化合物的生长动力学

采用扫描电镜和光学显微镜观察研究了230~260℃焊接温度范围内Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面金属间化合物的结构及生长动力学.结果表明,在该焊点界面形成的化合物可分为两层:靠铜侧的是厚且平直的γ-Cu₅Zn₈化合物层;靠焊料侧的则为另一薄且呈扇贝、粒状的CuZn化合物层.提高钎焊温度及延长反应时间基本不改变Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面金属间化合物的结构和成分,但会使形成的界面金属间化合物层厚度增加.γ-Cu₅Zn₈金属间化合物层的厚度与反应时间的平方根呈线性关系,表明其生长由扩散机制控制.根据阿伦尼乌斯公式,Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面γ-Cu₅Zn₈金属间化合物层反应活化能为22.09 kJ/mol.     

Effect of Nd and La on surface tension and wettability of Sn-8Zn-3Bi solders

Maximum bubble pressure measurement was employed to evaluate surface tension of Sn-8Zn-3Bi- （0-0.15）Nd and Sn-8Zn-3Bi-（0 -0. 15）La solder melts. Wetting balance method was used to measure wetting force and wetting time on Cu substrate of the two group solders. The experimental results show that minute amount of Nd or La addition to Sn-8Zn-3Bi solder causes significant decrease of the surface tension of the solder melts at 200 - 240 ℃ and Nd addition is more effective on reduction of surface tension than that of La. Nd or La addition has the effect on enhancing the wetting force of the solder melts on Cu substrate, which results from the de- crease of interracial tension between the solder melt and Cu substrate. The wetting force reaches the maximum when 0.1% Nd is added to the base alloy. The contact angle between Sn-8Zn-3Bi base solders and Cu substrate decreases with the addition of Nd or La and the minimum of the contact angle is obtained from the solder with 0.1% Nd addition.     

低熔点Sn-Zn-Bi无铅钎料的组织和性能

研究了Sn—Zn—Bi钎料的组织、相变及润湿性．在Sn-9Zn二元共晶的基础上加入质量分数为(2～10)％的Bi,合金结晶过程中形成富Zn的初生相．这导致合金的结晶温度降低,也标志着熔点的降低,但熔程扩大．在加Bi基础上,适当降低Zn的含量则可以缩小熔程,且熔点无明显变化．Bi的加入明显改善了Si—Zn系钎料的润湿性,提高了钎料在Cu基底上的铺展面积,缩短了润湿时间．钎料中Zn原子向Cu基底的扩散而形成扩散反应层,导致钎料熔体／Cu界面能的下降．因此,钎料中Zn含量提高,其在Gu基底上的铺展面积增大,润湿力提高．而由于扩散过程需要一定时间,导致润湿时间延长．因此,必须合理控制Zn的含量以获得铺展性与润湿时间的良好匹配．     

Investigations of interfacial reactions of Sn–Zn based and Sn–Ag–Cu lead-free solder alloys as replacement for Sn–Pb solder

The interfacial reactions of Sn–Zn based solders and a Sn–Ag–Cu solder have been compared with a eutectic Sn–Pb solder. During reflow soldering different types of intermetallic compounds (IMCs) are found at the interface. The morphologies of these IMCs are quite different for different solder compositions. As-reflowed, the growth rates of IMCs in the Sn–Zn based solder are higher than in the Sn–Ag–Cu and Sn–Pb solders. Different types of IMCs such as γ-Cu₅Zn₈, β-CuZn and a thin unknown Cu–Zn layer are formed in the Sn–Zn based solder but in the cases of Cu/Sn–Pb and Cu/Sn–Ag–Cu solder systems Cu₆Sn₅ IMC layers are formed at the interface. Cu₆Sn₅ and Cu₃Sn interfacial IMCs are formed in the early stages of 10 min reflow due to the limited supply of Sn from the Sn–Pb solder. The spalling of Cu–Sn IMCs is observed only in the Sn–Ag–Cu solder. The size of Zn platelets is increased with an increase of reflow time for the Cu/Sn–Zn solder system. In the case of the Sn–Zn–Bi solder, there is no significant increase in the Zn-rich phases with extended reflow time. Also, Bi offers significant effects on the wetting, the growth rate of IMCs as well as on the size and distribution of Zn-rich phases in the β-Sn matrix. No Cu–Sn IMCs are found in the Sn–Zn based solder during 20 min reflow. The consumption of Cu by the solders are ranked as Sn–Zn–Bi > Sn–Ag–Cu > Sn–Zn > Sn–Pb. Despite the higher Cu-consumption rate, Bi-containing solder may be a promising candidate for a lead-free solder in modern electronic packaging taking into account its lower soldering temperature and material costs.     

预镀层不锈钢/铝异种金属高频感应钎焊接头界面及力学性能分析

文中通过热浸镀一层纯铝到不锈钢表面,再对0Cr18Ni9不锈钢和LF21铝合金采用高频感应钎焊.当热浸镀时间从10 s增加到50 s时,镀层厚度从7 μm增加到20 μm,反应层由FeAl₃向Fe₂Al₅发生转变.在热浸镀温度为750℃,浸镀时间为10 s时,镀层成型最好,高频感应电流为270 A,加热时间30 s时,抗拉强度达到167.12 MPa,比不浸镀的接头强度高63.8%.主要是因为镀层限制钢中的Fe原子和Al-Si钎料中的Al,Si原子的相互扩散,在热浸镀不锈钢与铝合金反应中使Fe₂Al₅转化为Fe（Al,Si）₂固溶体而未形成5-Al₈Fe₂Si化合物,降低了界面上硬脆化合物的含量,力学性能随之提高.     

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。     

In对Sn-8Zn-3Bi无铅钎料润湿性的影响

首先采用铺展法测试了Sn-8Zn-3Bi-(0～5)In钎料合金的铺展性.结果表明,少量In的加入提高了钎料的润湿性.当In含量达到0.5%时(质量分数,下同),钎料在铜基底上的铺展面积最大.采用气泡最大压力法对Sn-8Zn-3Bi-(0～1.5)In钎料熔体进行了表面张力测试.加入0.5%的In大大降低了Sn-8Zn-3Bi钎料熔体的表面张力,但进一步增加In的含量导致熔体表面张力增大.最后采用润湿平衡法对上述钎料进行了润湿力测试.结果表明0.5%In的加入使合金的润湿力达到最大,其原因是钎料/铜界面的界面张力减小.     

Sn-Zn-Bi-(P,Nd)无铅钎料的微观组织及性能

研究了复合加入P,Nd元素的Sn-8Zn-3Bi钎料的微观组织、力学性能、抗氧化性及润湿性.结果表明,单独加入元素P会导致Sn-8Zn-3Bi钎料组织中出现初生Zn相,而同时加入元素P和Nd不仅能够抑制初生Zn相的形成,钎料组织也能够得到细化,因此钎料的塑性提高,断后伸长率达到48%.P,Nd元素的复合添加能够在钎料表面形成稳定的扩散阻挡层,抑制P元素在长时间加热条件下的烧损,进一步降低表面的氧化速度.由于钎料的抗氧化性提高,Sn-8Zn-3Bi-0.1P-0.05Nd钎料呈现出更好的润湿性.     

复合添加Ga,Al,Ag对Sn-9Zn钎料性能的影响

采用润湿平衡法研究了合金元素Ga,Al,Ag复合添加对Sn-9Zn钎料润湿性的影响.结果表明,Ga,Al,Ag的最佳添加量分别为0.2,0.002,0.25(质量分数,%);添加合金元素后钎料的高温抗氧化性能显著提高.俄歇电子能谱分析表明,Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag钎料表面Al高度富集并形成一层致密的氧化膜,可阻挡氧向液态钎料内部扩散,减少钎料的氧化.Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag钎料与Cu/Ni/Au基板之间的金属间化合物由一层平坦的AuZn3和颗粒状的AuAgZn2化合物组成.另外,微焊点力学试验表明,采用Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag钎料时,电子元器件与基板间微焊点的力学性能比Sn-9Zn钎料略有提高.     

Effects of Ga,Al, Ag,and Ce multi-additions on the wetting characteristics of Sn-9Zn lead-free solder

An orthogonal method was used to evaluate the effects of Ga, Al, Ag, and Ce multi-additions on the wetting characteristics of Sn-9Zn lead-free solders by wetting balance method. The results show that the optimal loading of Ga, Al, Ag, and Ce was 0.2 wt.%, 0.002 wt.%, 0.25 wt.%, and 0.15 wt.%, respectively. Intermetallic compounds (IMCs) formed at the interface between Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag-0.15Ce solder and Cu substrate were investigated by scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis. The SEM images illustrate that the IMCs can be divided into two portions from the substrate side to the solder side: a planar Cu₅Zn₈ layer and an additional continuous scallop-like AgZn₃ layer. The EDS analysis also shows that Ga segregates in the solder abutting upon the interface. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Auger electron spectroscopy (AES) of the surface components of Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag-0.15Ce solder indicate that Al aggregates at the surface in the form of Al₂O₃ protective film, which prevents the further oxidation of the solder surface. On the other hand, Ce aggregates at the subsurface, which may reduce the surface tension of the solder and improve the wettability in consequence.