CuP14合金对Sn-Zn系钎料合金的性能影响研究

摘要

本文是基于解决Sn-Zn系钎料润湿性不佳的缺陷，研制各使用性能在一定程度上满足实用化要求的无铅钎料。　　针对Sn-Zn二元合金易氧化、润湿性低劣的问题，在保证熔点不上升的基础上选择富P元素的CuP14合金作为合金化组元，期望P元素的覆盖层能抑制氧化，改善润湿性。　　其合金成分的确定以探索性的实验方法为主，基于现存的Sn-Zn二元合金近共晶成分进行多元合金设计和性能改善，并通过多次实验加以验证，逐步优化合金成分。　　合金的制备采用了覆盖剂熔炼法，通过多次实验，确定了理想的覆盖剂成分。同时尝试了空炼法在无铅钎料制备中的应用，并比较了两种熔炼法对合金元素氧化烧损量，获得了烧损量与合金元素含量的关系。　　论文主要关注CuP14合金对Sn-Zn系钎料的各种性能的影响，并分别在润湿性、熔点、力学性能、超电势及钎焊接头的界面反应等方面进行分析。　　钎料的润湿性和熔点是衡量钎料的首要标准。本文采用铺展面积法来测定钎料的润湿性能，通过在232℃与252℃两个温度下测量以确定钎料在两种实用钎焊系统中的润湿性能。研究发现，含微量的CuP14合金的Sn-Zn近共晶钎料的润湿性均比Sn-9Zn共晶钎料好，但低于Sn-37Pb共晶钎料。Zn和CuP14合金的含量分别控制在5-7wt.％和O.2-O.5wt.％之间可达到较好的润湿性。该合金系统在高温钎焊系统中的润湿性可达到实用化水平，与现今流行的Sn-Ag-Cu系钎料的润湿性相当。少量的Ag对钎料的润湿性影响不大，但在力学性能上对钎料有一定的改善作用，而CuP14合金的存在会导致了钎料系统力学性能的一定降低，抗拉强度和延伸率随着CuP14合金含量的增加都会出现了不同程度的下降。CuP14合金有利于抑制钎料的界面反应，对形成薄而连续的界面层，提高钎焊接头的可靠性有促进作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1无铅钎料研究的必要性

1.2无铅钎料的研究方法

1.3无铅钎料研究的发展与现状

1.4无铅钎料的实用化进程

1.5无铅钎料研究中存在的问题

1.6本课题的目的与研究思路

第二章钎料的选择和制备

2.1合金元素的选择

2.2合金成分的选择

2.3合金的熔炼

2.3.1覆盖剂熔炼法

2.3.2空炼法

2.4熔炼质量检测

2.4.1成分检测

2.4.2炉渣量的计算

2.5本章小结

第三章钎料的组织显微分析

3.1无铅钎料的组织结构

3.2试样的制备与显微观察

3.3合金的微观组织结构

3.4本章小结

第四章钎料的润湿性能及熔点测试

4.1研究润湿性能的重要性

4.2润湿热力学原理

4.3润湿影响因素

4.4钎料合金的润湿性能测试

4.4.1润湿性测试实验方法

4.4.2结果与讨论

4.5钎料的熔点

4.5.1钎料熔点的重要性

4.5.2实验过程

4.5.3结果与讨论

4.6本章小结

第五章钎料接头界面反应的显微分析

5.1钎料界面反应的意义

5.2无铅钎料的界面反应

5.3钎料接头显微分析的样品制备

5.4界面反应显微分析与讨论

5.5本章小结

第六章钎料的拉伸性能测试

6.1钎料在服役过程中的受力状态

6.2实验过程

6.3实验结果与讨论

6.3.1拉伸实验结果

6.3.2分析与讨论

6.4本章小结

第七章钎料的导电可靠性研究

7.1极化原理

7.2实验过程

7.2.1钎料电阻率的测量

7.2.2钎料超电势的测试

7.3实验结果与讨论

7.3.1钎料的电阻率

7.3.2钎料的阴极极化

7.3.3钎料的阳极极化

7.4本章小结

第八章结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

四川大学学位论文原创性声明

致谢