银含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点显微组织和力学性能的影响

使用高频感应加热设备研究Ag含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点的显微组织和剪切强度的影响。结果表明,Ag含量的增加使焊点表面更致密光滑,减少焊点内部长条状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的产生,从而提高焊点的抗氧化性。Ag能够加快焊点界面IMC层的生长速度,Cu6Sn5层的生长速度由体扩散和晶界扩散共同决定,Cu3Sn层的生长速度由体扩散和界面反应共同决定。在快速热冲击环境下,焊点的断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,而高Ag含量使得焊点的断裂模式转变时间更短,降低焊点的抗热疲劳性能。

经历多次热循环的X80管线钢焊接粗晶区的组织性能研究

采用相变仪DIL805A D模拟X80管线钢焊接的多次热循环过程,并采用OM、SEM及HV-1000获得其显微组织、M-A组元尺寸和体积分数以及原奥氏体晶粒粗化情况和显微硬度。结果表明:经历峰值温度为1350℃的快速焊接热循环作用后,母材中的PF和QF消失;随着热循环次数的增加,组织类型基本保持不变,主要为GB、BF、M-A组元,但GB体积分数逐渐减少、BF体积分数逐渐增多、BF板条宽度从1次热循环后的0.77μm增至3次热循环后的1.36μm,M-A组元的平均晶粒尺寸增大且体积分数略微减少;原奥氏体晶粒尺寸从1次热循环后的40.5μm粗化至3次热循环后的69.5μm,且表现出逐渐不均匀化。此外,X80管线钢显微硬度的上升趋势随热循环次数的增加而减缓。

快速热冲击下SAC305/Cu焊点氧化行为与金属间化合物生长动力学

通过电磁感应加热装置,研究SAC305/Cu焊点氧化行为和界面金属间化合物(IMC)生长动力学。结果表明,快速热冲击下焊点自身氧化行为是主要因素,内部的Cu6Sn5IMC会加剧焊点的氧化。Cu_(6)Sn_(5)层的生长由晶界扩散控制,Cu_(3)Sn层的生长则由体扩散控制。基底溶解的Cu原子主要扩散到界面IMC和焊料的内部。在快速热冲击下,焊点剪切强度大幅度降低,72 h后下降49.2%。断裂机制由韧性断裂向韧脆性混合断裂转变,最终转变为脆性断裂。

钛合金窄间隙激光填丝焊接工艺及接头组织性能分析

采用自主研发的Ti-Al-V-Mo系钛合金药芯焊丝为填充金属,进行TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊接工艺实验,研究激光功率、摆动参数、焊接速度和送丝速度等工艺参数对焊缝成形的影响规律,借助高速摄像系统研究焊接过程羽辉及等离子体特性,并对获得的焊接接头组织性能进行分析。研究结果表明:采用激光功率4.0 kW、圆形摆动模式、摆动频率100 Hz、摆幅2 mm、焊接速度0.42 m/min、送丝速度0.6 m/min的工艺参数组合下得到的焊缝成形良好,无明显外观缺陷,当焊丝末端与液态熔池接触距离为0 mm时,过渡方式为液桥过渡,可以实现焊丝熔化金属向熔池的稳定、有序过渡,该焊接工艺获得的20 mm厚TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊接头组织性能良好。

热循环与晶界对铜锡镀层锡须生长影响的分子动力学模拟

随着微电子封装全面走向无铅化,且日益趋向极小化、便携化和多功能化,锡须生长严重威胁电子产品服役的可靠性和安全性。本文以铜锡双镀层的锡须生长过程为研究对象,创建有晶界和无晶界分子动力学模型,并在多物理场(热-力)耦合下进行热循环与晶界对锡须生长过程的模拟,探究外力、不同热循环次数(0、5、10次)和晶界等因素对锡须生长的影响及部分内部应力的变化规律。结果表明:在一定范围内,热循环次数增多会促进锡须生长,且在有晶界的模型中,锡须生长速率更大;锡须底部的内应力达到最大,形成应力梯度促进锡须生长;外加载荷会增大铜锡双镀层的内部应力,内部应力积累的时间也缩短1.5 ns左右,从而加快锡须生长速率。

焊接工艺参数对TA15/304不锈钢真空扩散焊接头组织与抗剪强度影响

针对TA15钛合金与304不锈钢的异种金属连接及其接头进行了研究.结果表明,在850~950℃的焊接温度下,接头扩散区(β-Ti区)和(α+β)-Ti双相区的宽度随温度的升高而增加,元素扩散更充分,接头孔洞逐渐减少,观察到逐渐增加的分层产物.分层产物主要为金属间化合物组成的界面层,即σ-Fe(第1层),FeTi+Fe_(2)Ti(第2层),FeTi+β-Ti(第3层)和β-Ti(第4层).当焊接温度为900℃时,焊接接头达到最大抗剪强度为108 MPa,随着焊接时间的提升,焊接接头的微观形貌,元素成分和物相组织与焊接温度参数接头类似,但焊接时间对接头的抗剪强度影响较小,当焊接时间为80 min时,抗剪强度达到最大,断口出现以韧性为主的脆-韧性混合断裂特征.

海洋环境下E690低合金高强钢MAG焊接接头热影响区耐腐蚀性能研究

随着海洋石油开采技术的发展,高强度钢焊接接头的耐腐蚀性能成为关键问题。为研究E690低合金高强钢MAG焊接接头热影响区(HAZ)在模拟海洋环境下的腐蚀行为,并分析其腐蚀机理,并使用3.5%NaCl溶液作为腐蚀溶液进行浸泡试验。通过光学显微镜、扫描电镜和能谱分析等手段,观察和分析HAZ不同区域的微观组织、力学性能、腐蚀形貌和腐蚀产物成分。结果表明,HAZ不同区域的腐蚀程度由大到小依次为过热区(GRHAZ)>正火区(CHAZ)>混晶区(CGHAZ)。GRHAZ内的腐蚀产物最少且分布均匀,未产生大面积腐蚀,腐蚀产物主要以Fe_(3)O_(4)和Fe_(2)O_(3)两种化合物为主,结构表现为团状和柱状。CHAZ和CGHAZ的腐蚀产物相对较多,且分布不均匀,其中CHAZ的局部位置出现加重腐蚀现象。焊接接头设计时应充分考虑HAZ的腐蚀敏感性,并采取相应的防护措施,以保证海洋平台的安全性和可靠性。

电子封装微互连焊点力学行为的尺寸效应

研究了微互连模拟焊点在不同直径(d=200—575μm)和长度(l=75—525μm)匹配条件下准静态微拉伸的力学行为.研究结果表明,焊点几何尺度因子d/l对焊点内的力学拘束及接头强度有重要影响;d/l增大时导致焊点中力学拘束和应力三轴度的提高,但接头强度并不完全符合Orowan近似公式的预测结果,保持l恒定而增加d时会出现强度变小的尺寸效应.研究结果还表明,无论无铅还是含铅钎料,其焊点拉仲强度与焊点体积(d^2l)之间的变化关系符合反比例函数,即σF-Joint=1/(Ad^2l)+B,焊点的强度随焊点体积的减小而显著增大,显示了焊点"越小越强"的"体积"尺寸效应.

基于焊接创新大赛的大学生创新创造能力提升的研究与实践

创新能力和创造能力是高等学校大学生就业的核心竞争力,如何培养和提升学生创新、创造能力也是焊接专业长期面临的难题。文中探讨了依托全国大学生焊接创新大赛这一焊接学科专业领域知名度高、参与面广、师生反响大的高水平学科竞赛,以培养焊接领域高素质复合型人才为目标,实践了如何有效提升焊接及其相关专业学生的创新、创造能力,可以为焊接专业教育教学改革、人才培养等提供指导和参考。

焊点高度对微尺度焊点力学行为的影响

采用精密动态力学分析仪研究了直径恒定为400μm、高度为125～325μm的无铅Sn-3.0Ag-0.5Cu"铜引线/钎料/铜引线"三明治结构微尺度焊点在100℃和25℃温度下的准静态拉伸与剪切力学行为以及断裂失效机制.结果表明,所有微尺度焊点的拉伸和抗剪强度均随焊点高度的增大而减小;在相同的试验条件下,相同尺寸微尺度焊点的抗剪强度低于抗拉强度,同时剪切断裂应变小于拉伸断裂应变,表明电子封装互连微尺度焊点在剪切应力下的服役环境更为严峻.但是,在相同的加载速率下,相同尺寸微尺度焊点的拉伸强度与断裂应变均随温度的升高而减小.

电子封装微互连中的电迁移

随着电子产品不断向微型化和多功能化发展,电子封装微互连中的电迁移问题日益突出,已成为影响产品可靠性和耐久性的重要因素.本文在回顾铝、铜及其合金互连引线中电迁移问题的基础上,对目前微电子封装领域广泛采用的倒装芯片互连焊点结构中电迁移问题的几个方面进行了阐述和评价,其中包括电流拥挤效应、焦耳热效应、极化效应、金属间化合物、多种负载交替或耦合作用下的电迁移以及电迁移寿命预测等.

电迁移对低银无铅微尺度焊点力学行为的影响

研究了电迁移条件下不同电流密度（0.63～1.0×10^4A/cm^2）和通电时间（0～48 h）对低银无铅Sn-Ag-Cu微尺度焊点的拉伸力学行为的影响.结果表明,电迁移导致了低银无铅微尺度焊点的抗拉强度显著降低,并且随着电流密度的增加或通电时间的延长,焊点的抗拉强度均呈下降趋势;同时电迁移还导致焊点的拉伸断裂模式发生明显变化,在经历高电流密度或长时间通电的电迁移后,焊点在服役条件下会发生由韧性断裂向脆性断裂的转变.此外含银量高的微尺度焊点的抗电迁移性能更强.

焊点尺寸对微焊点拉伸断裂强度的影响

采用基于动态力学分析仪（DMA）的精密拉伸试验与ANSYS有限元数值模拟方法研究了“铜引线／Sn-3．0Ag-0．5Cu钎料膳同引线”三明治结构微焊点（直径均为200μm，高度为75-225μm）的拉伸断裂行为。结果表明：微焊点直径不变而高度为225，175，125和75μm时，其拉伸断裂强度分别为79．8，82．8，92．5与104．6MPa，即焊点尺寸（高度）减小会导致拉伸断裂强度增大，同时微焊点最终断裂位置由焊点中部向钎科似同引线的界面处转移。

电迁移致无铅钎料微互连焊点的脆性蠕变断裂行为

研究了电迁移条件下不同电流密度（0.8-1.27×10^4A/cm^2）和通电时间（0-96 h）对无铅钎料模拟微互连焊点的蠕变断裂行为的影响.研究结果发现,电迁移作用加速了焊点的蠕变断裂过程,随着电迁移通电时间的延长及电流密度的增加,其蠕变应变速率显著增大,而蠕变寿命逐渐缩短;电迁移还导致焊点蠕变断裂机制发生明显变化,在高电流密度或长时间通电的电迁移后,微互连焊点在服役条件下会发生由延性断裂向脆性断裂的转变.

无铅微互连焊点力学行为尺寸效应的试验及数值模拟

采用高精度微拉伸试验和有限元数值模拟方法研究不同微尺度的Sn-Ag-Cu无铅钎料模拟互连焊点力学行为和性能演变的尺寸效应。结果表明,当焊点高度恒定(225μm)而焊点直径逐渐减小(475～200μm)时,拉伸断裂强度显著提高且远高于体钎料的抗拉强度,断裂应变也逐渐增加;焊点的断裂位置及模式由较大直径时的界面低延性断裂转变为小直径时焊点中间部位的大变形颈缩断裂。模拟结果表明,由于焊点内力学拘束水平的不同,小直径焊点的界面应力较低且最大应力分布在焊点中间部分,易导致断裂发生在焊点中部,接头强度应较高;而大直径焊点中最大应力处于焊点界面,易导致界面金属间化合物层在较低外加应力下起裂,焊点断裂强度应较低。

不同体积无铅微尺度焊点的蠕变力学性能

采用基于动态力学分析仪的精密蠕变试验方法,对比研究了5.34×107μm3与7.07×106μm3两种体积相差近一个数量级的无铅Sn-3.0Ag-0.5Cu微尺度焊点的高温蠕变力学行为与蠕变性能.结果表明,所有微尺度焊点的蠕变曲线均呈现初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变阶段.虽然微尺度焊点的体积存在较大差异,但是它们的蠕变激活能与蠕变应力指数均非常接近.此外,在相同的试验温度与拉伸应力作用下,大体积微尺度焊点的稳态蠕变速率相对小体积焊点更大,而蠕变寿命则呈现完全相反的趋势.

三种高Sn无铅钎料的表面张力和润湿性能研究

采用悬滴法测量了3种无铅钎料合金(Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-0.7Cu与Sn-9.0Zn)在260℃时的表面张力,分别为525.5,534.8和595.4 mN/m;同时采用座滴法测量了其在260℃熔融状态下与Cu基板的接触角,分别为24.5°、28.0°和102.5°,并且与传统Sn-37.0Pb钎料进行了比较研究。结果表明,无铅钎料合金的表面张力与接触角均大于Sn-37.0Pb钎料。结合Young-Dupre公式讨论了钎料合金表面张力与其润湿性能的相关性,认为Sn基钎料合金在Cu基板上的润湿性能主要取决于其表面张力。

电磁制造技术在航空航天领域的应用

电磁制造是一种涉及电磁学、动力学、材料学、热力学及表面物理化学等多学科交叉融合的先进制造技术,在航空航天、轨道交通、能源化工、汽车船舶和电力电子等诸多领域的同质金属材料和异种金属材料连接中有着广泛的应用前景。简要介绍了电磁制造技术的基本原理和优势,重点阐述了电磁校形、电磁缩径、电磁铆接和电磁焊接等电磁制造技术在航空航天领域的研究进展与应用现状,并对其今后的发展趋势进行了展望,为进一步推动电磁制造技术的广泛应用和快速发展提供参考。

激光-电弧复合焊接缺陷形成机理及抑制方法

近年来,随着电弧焊设备、激光器性能和工业集成技术的不断提高以及激光-电弧复合焊接机理和工艺研究的持续深入,激光-电弧复合焊技术在国内外众多重要工程领域应用越来越广泛。然而,由于激光-电弧复合焊热源间的强耦合作用及其众多的工艺参数难以优化控制,焊接过程仍会出现焊接缺陷,严重影响焊接接头质量和服役可靠性。本文在深入探讨激光-电弧热源协同机制和复合参数影响规律的基础上,重点阐明了激光-电弧复合焊接气孔、裂纹、咬边、驼峰等主要缺陷的形成机理和成形过程,同时进一步分析了不同焊接形式的缺陷抑制方法及其作用机理,以期为更好地理解激光-电弧复合焊这一优质高效焊接方法并推动其更广泛的工业应用提供参考。

电子封装用低银含量无铅钎料的研究和应用进展

电子封装用钎料从传统锡铅合金向无铅钎料的转换过程中适逢手持便携式电子器件高速增长期,加之近年来金属价格的持续上涨,因而低银含量无铅钎料合金作为第二代无铅钎料成为关注的焦点。本文阐述了无铅低银钎料的研究与发展现状,同时分析了其应用情况,最后,对该钎料及其可靠性的发展趋势进行了分析和展望。