钙、硫、碳对银基钎料组织及性能的影响

摘要

近年来，银基钎料的研究不断深入，应用领域不断扩展，无镉化和合金化的相关研究已趋于成熟。然而，银基钎料中不可避免地会引入微量的杂质元素，是钎料生产、储存及使用过程中一度被忽视的共性问题。这些杂质元素的存在将严重影响钎料的润湿性、熔化特性、接头强韧性等一系列性能，它已成为了制约银基钎料性能进一步提高的主要因素。虽然上述问题已引起了国内外学者的关注，相关研究也已逐步开展，但关于众多杂质元素对银基钎料的影响仍未见深入研究和报道。
　　 本课题旨在研究并揭示钙、硫、碳三种元素在银基钎料中的存在形式及它们对钎料显微组织、润湿性、熔化特性和钎焊接头强度等性能影响的作用机理，为银基钎料的生产、储存、应用提供参考和借鉴。
　　 采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察，能谱分析和XRD相结构分析等手段观察分析钎料的组织及相变化，通过DSC热分析检测钎料熔化特性变化，运用铺展面积测试方法检验钎料润湿性，利用显微硬度测试，抗拉强度测试分析微量元素钙、硫和碳对钎料及钎焊接头的力学性能影响。
　　 研究结果表明，微量钙加入到钎料中，少部分固溶于基体中，主要与银基钎料中的铜生成具有斜方晶格的α-CaCu金属间化合物。该化合物有高硬脆性，造成接头强度降低。又因为钙的化学性质活泼，吸附空气中的氧气，降低了合金的抗氧化性，提高了熔融钎料和母材之间的界面张力，减弱了钎料的润湿性。
　　 硫渗透到钎料内部，产生CuS，Cu2S，ZnS，Ag2S和Ag3CuS2高熔点硫化物，它们的存在破坏了基体的连续性，使钎料抗拉强度急剧降低，增大钎料的脆性。在钎焊温度下，高熔点硫化物以固态颗粒形式存在于熔融钎料中，阻碍液态钎料的流动，使润湿性大幅度下降，在钎焊时造成熔析和未钎透缺陷，降低了接头的性能。
　　 碳的存在对银基钎料本身的组织、熔化温度及润湿性没有明显影响。在接头中，随着碳含量的增加，接头强度从405MPa降到375MPa;从接头的微观组织可以看到沿界面分布着细小的气孔。碳主要分布在钎缝界面附近，在钎缝中心含量少，且碳在钎缝中的变化与氧在钎缝中变化相伴，表明沿界面分布的气孔可能是由于生成了CO气体而产生的反应型气孔。

目录

声明

摘要

图表清单

1 引言

1．1 钎焊技术的发展

1．2 钎料分类

1．3 含镉银基钎料

1．4 镉的危害及无镉化进程

1．5 银基钎料发展趋势

1．6 Ag-Cu-Zn系银基钎料

1．6．1 Ag-Cu-Zn-Sn系银基钎料

1．6．2 Ag-Cu-Zn-In系银基钎料

1．6．3 Ag-Cu-Zn-Ni系银基钎料

1．6．4 Ag-Cu-Zn-Ni-Mn系银基钎料

1．7 微量元素对Ag-Cu-Zn系银基钎料性能的影响

1．7．1 稀土元素对银基钎料的影响

1．7．2 镓、硅、锑等对银基钎料的影响

1．7．3 杂质元素对银基钎料的影响

1．8 研究内容及意义

1．8．1 研究内容

1．8．2 研究意义

1．8．3 技术路线

2 试验材料及分析测试方法

2．1 钎料制备

2．1．1 含钙钎料制备

2．1．2 含硫钎料制备

2．1．3 含碳钎料制备

2．2 钎焊方法及工艺

2．2．1 钎焊方法

2．2．2 钎焊工艺

2．2．3 钎焊母材

2．2．4 钎剂

2．3 组织分析方法

2．3．1 OM分析

2．3．2 SEM分析

2．3．3 EDS分析

2．3．4 XRD分析

2．3．5 DSC分析

2．4 性能测试方法

2．4．1 显微硬度测试

2．4．2 拉伸试验

2．4．3 润湿性试验

3 钙对银基钎料组织及性能的影响

3．1 钙对银基钎料的影响

3．1．1 钙对银基钎料组织的影响

3．1．2 钙对银基钎料熔化温度的影响

3．1．3 钙对银基钎料润湿性的影响

3．2 钙对钎焊接头的影响

3．2．1 钙对钎焊接头组织的影响

3．2．2 钙对钎焊接头力学性能的影响

3．3 本章小结

4 硫对银基钎料组织及性能的影响

4．1 硫对银基钎料的影响

4．1．1 硫对银基钎料组织的影响

4．1．2 硫对银基钎料力学性能的影响

4．1．3 硫对银基钎料润湿性的影响

4．1．4 硫对钎料焊接性的影响

4．2 硫对钎焊接头的影响

4．2．1 硫对钎焊接头组织的影响

4．2．2 硫对钎焊接头力学性能的影响

4．3 本章小结

5 碳对银基钎料组织及性能的影响

5．1 碳对银基钎料的影响

5．1．1 碳对银基钎料组织的影响

5．1．2 碳对银基钎料熔化温度的影响

5．1．3 碳对银基钎料润湿性的影响

5．2 碳对钎焊接头的影响

5．2．1 碳对钎焊接头组织的影响

5．2．2 碳对钎焊接头抗拉强度的影响

5．3 本章小结

6 结论

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢