新型控温易熔合金的设计与性能研究

摘要

易熔合金，是指熔点低于232℃(Sn的熔点)的低熔点合金；通常由Bi、Sn、Pb、In等低熔点金属元素组成。易熔合金常被广泛地用做焊料，以及电器、蒸汽、消防、火灾报警等装置中的保险丝、熔断器等热敏组件，是一类颇具发展潜力的新型材料。但目前对易熔合金的基础理论、成型工艺等方面，尚缺乏系统的研究。 本文利用现有的合金相图及正交设计方法，从控温易熔元件的特点及符合环保的要求出发，对Bi-Pb-Sn-Cd四元和Bi-Sn-In三元易熔合金的成分进行了优化设计，进而利用示差扫描量热分析仪(DSC)、显微硬度计、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等对易熔合金的组织、结构、熔化特性、硬度、剪切强度、抗拉强度等进行了研究。实验结果表明，Bi-Pb-Sn-Cd易熔合金主要由Bi、Pb7Bi3、Sn和Cd相组成；Bi-Sn-In易熔合金由Bi、Sn、BiIn、γ、β、Bi3In5、BiIn2和InBi相等组成。对Bi-Pb-Sn-Cd四元易熔合金，合金的液相线和熔程随Cd含量的增加而逐渐降低；Cd元素对合金熔程、剪切强度、抗拉强度的影响最大；Sn元素的影响次之；Pb元素的影响最小。对Bi-Sn-In三元易熔合金，合金的熔化区间较小，流动性好。钎焊接头的抗拉强度随In含量的增加呈线性下降；随Sn含量的增加而上升。 通过成分的优化设计，研制出成分为50Bi-24Sn-20Pb-6Cd的低铅低镉型易熔合金，及无铅无镉的42.6Bi-40.4Sn-17.0In合金；两类合金的熔点、熔程、硬度、抗拉强度与现行Bi-Pb-Sn-Cd四元共晶易熔合金的性能接近，符合74℃中温消防用易熔元件的要求。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1易熔合金研究现状

1.1.1 Sn-Bi合金

1.1.2 Sn-In合金

1.1.3 Bi-In合金

1.1.4 Bi-Pb-Sn-Cd合金

1.1.5 Bi-Sn-In合金

1.1.6其它易熔合金

1.2易熔合金的应用

1.2.1应用现状

1.2.2发展前景

1.3易熔合金的钎焊

1.3.1熔化特性

1.3.2力学性能

1.3.3钎剂

1.4本文研究的内容与目的

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

第二章材料制备与测试方法

2.1成分设计

2.1.1 Bi-Pb-Sn-Cd合金

2.1.2 Bi-Sn-In合金

2.2合金制备

2.3组织与结构观察

2.3.1组织观察

2.3.2结构分析

2.4熔化特性测定

2.5力学性能测定

2.5.1显微硬度

2.5.2钎焊接头的剪切强度

2.5.3钎焊接头的抗拉强度

2.5.4断口分析

第三章Bi-Pb-Sn-Cd易熔合金的结构与性能

3.1物相组成

3.2熔化特性

3.3力学性能

3.3.1剪切强度

3.3.2抗拉强度

3.4断口分析

3.5综合分析

3.5.1最佳成分

3.5.2 Cd元素的作用

3.6低铅低镉型四元易熔合金

3.6.1合金配制

3.6.2组织结构与熔化特性

3.6.3力学性能与断口形貌

3.7小结

第四章Bi-Sn-In易熔合金的结构与性能

4.1组织结构

4.1.1组织分析

4.2.2结构分析

4.2熔化特性

4.3力学性能

4.3.1硬度

4.3.2钎焊接头的剪切强度

4.3.3钎焊接头的抗拉强度

4.3.4拉伸断口分析

4.4综合分析

4.5 小结

第五章结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢