铝铜软钎焊用Sn-Zn-Ni与Sn-Zn-BI-Al(Ni)钎料性能研究

摘要

铝铜连接是制冷行业铝代铜进程的关键技术。本论文研究的目的是针对现有铝铜硬钎焊存在的不足使用软钎焊的方法实现铝铜可靠性连接。本论文主要研究了由“团簇+连接原子”模型设计的Sn-Zn-Ni钎料和Sn-Zn-Bi-Al(Ni)钎料合金的微观组织、熔化性能、润湿性能、耐腐蚀性能，以及钎焊过程中界面反应及其对铝铜接头力学性能的影响。本论文主要实验结论如下:
　　1.研究Sn-Zn-Ni钎料合金的性能发现，Ni加入Sn-Zn钎料中以Ni3Zn14的形式存在，其加入能够提高钎料的耐腐蚀性能;在Al/Sn-Zn-Ni/Cu钎焊接头中，Al/Sn-Zn-Ni界面处主要生成Al-Zn-Sn固溶体而形成结合，Sn-Zn-Ni/Cu界面由于钎料成分不同，生成不同类型的Cu-Zn金属间化合物形成结合:A-1钎料/Cu界面处只有一层Cu5Zn8金属间化合物;A-2钎料/Cu界面生成Cu5Zn8和Al4.2Cu3.2Zn0.7两层金属间化合物;而A-3钎料/Cu和A-4钎料/Cu界面处生成Cu5Zn8和CuZn5两层金属间化合物。
　　2.研究Sn-Zn-Bi-Al(Ni)钎料合金的熔化性能发现，Sn-Zn-Bi-Al(Ni)钎料的DSC升温曲线上存在三个峰，温度由低到高分别对应了Sn-Zn-Bi三元共晶组织的熔化、Sn-Zn共晶组织的熔化和钎料中剩余Zn的熔化;在Sn-Zn基钎料中加入Bi能够降低液态钎料的表面张力，提高钎料的润湿性能，使得Sn-Zn-Bi-Al(Ni)钎料的润湿性能均优于Sn-9Zn钎料。
　　3.研究Al/Sn-Zn-Bi-Al(Ni)/Cu钎焊接头发现，在Al/Sn-Zn-Bi-Al(Ni)/Cu钎焊接头中，Sn-Zn-Bi-Al(Ni)/Cu界面处主要生成一层颗粒状Al4.2Cu3.2Zn0.7金属间化合物形成结合，Al/Sn-Zn-Bi-Al(Ni)界面的结合主要靠Al和Zn的固溶;Al/Sn-Zn-Bi-Al/Cu钎焊接头在时效过程中，Al/Sn-Zn-Bi-Al界面微观组织无明显变化，Sn-Zn-Bi-Al/Cu界面上的金属间化合物层，随时效时间的延长而增厚;随时效时间延长，Al/Sn-Zn-Bi-Al/Cu钎焊接头的剪切强度逐渐降低，接头断裂位置由Al侧变为Cu侧，Cu侧金属间化合物增厚是钎焊接头剪切强度下降的原因。随Zn含量的增加，在时效过程中剪切强度的下降率逐渐增大。