Ag-CuO-NiO-LiAlSiO_(4)复合钎料空气反应钎焊GH3128/Al_(2)O_(3)接头组织及性能

以Ag-CuO-NiO-LiAlSiO_(4)复合钎料对GH3128高温合金与Al_(2)O_(3)陶瓷进行空气反应钎焊(RAB)连接,研究了NiO和LiAlSiO_(4)添加量对钎焊接头显微结构和力学性能的影响,分析了接头的界面微观结构及其形成机制。结果表明,钎焊过程中,GH3128合金表面生成了包括CuCrO_(4)内氧化层和NiO外氧化层的复合氧化反应层,Al_(2)O_(3)陶瓷表面生成了以CuAl_(2)O_(4)为主要成分的界面层。NiO的添加明显改善了复合钎料在合金侧的润湿性,而锂霞石(LiAlSiO_(4))的添加减小了钎缝与母材间的热失配,极大地改善了键合接头的连接性能。最终,使用含0.3%NiO(质量分数)和4%LiAlSiO_(4)(质量分数)的Ag-10%CuO复合钎料钎焊GH3128合金和Al_(2)O_(3)陶瓷,获得了61.8 MPa的最大剪切强度。此时,接头界面结构为GH3128/CuCrO_(4)+CrNi3+NiO+CuO/Ag+CuO+LiAlSiO_(4)/CuAl_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)。

中国近十年绿色焊接技术研究进展

“绿色制造”是中国制造2025的重要前提,绿色焊接是“绿色制造”的重要组成部分,是针对焊接行业中普遍存在的能源消耗大、资源有效利用率低等问题而提出的发展概念,其主要理念是研发并采用低排放、低污染的焊接材料、焊接工艺及新型高效、绿色的焊接方法。黑色金属主要指钢及不锈钢,其构件主要用于造船、汽车制造、电站设备、石油化工设备以及桥梁建设等大型构件。随着我国制造行业轻量化进程的不断加快,铝合金、镁合金以及钛合金等轻量化产品在各行各业的应用也越来越广泛。焊接技术作为装备制造领域的共性技术,已经成为影响黑色、有色金属在装备制造领域应用的关键技术之一。围绕黑色金属绿色焊接,船舶制造领域CO2气体保护焊用药芯焊丝逐渐取代实心焊丝;汽车制造领域为减轻车身质量,大幅采用热成形钢、镀锌钢以及铝/钢异种结构,主流的绿色焊接技术包括动态电阻中频自适应焊接技术、激光焊、搅拌摩擦焊等;火、水、核电站等大型构件主要采用的绿色焊接方法为热丝TIG焊、窄间隙热丝TIG焊、窄间隙埋弧焊以及多头熔化极气体保护焊等;石油化工设备制造多为现场焊接,对于球罐结构多采用焊接机器人进行焊接,对于海洋管道的维修和抢修,水下干式高压焊是比较成熟的高质量焊接方法,未来发展的重点是无潜式全自动海洋管道焊接维修系统;我国当前桥用结构钢已经发展到第六代桥梁钢Q500q钢,Q500q钢的发展带动了新型绿色药芯气体保护焊丝等焊接材料的成功研发。针对高铁、汽车、五金家电、电子行业等制造领域有色金属构件的焊接,可采用激光焊、高效电弧焊及激光-电弧复合焊、搅拌摩擦焊、新型绿色钎焊技术等诸多方法。本文综合评述了黑色、有色金属构件与熔化焊、压力焊、钎焊相关的新型高效绿色焊接方法及绿色焊接材料的研究进展。首先介绍了造船、汽车、电力、石油化工、桥梁建设等领域黑色金属大型构件的绿色焊接技术,以及每种焊接技术各自的特点和应用范围;然后综述了与有色金属构件相关的高铁、汽车制造、五金家电和电子行业等领域连接所涉及的绿色焊接技术,并对机器人自动化焊接、典型绿色焊接技术如激光?电弧复合能场焊、搅拌摩擦焊等以及绿色焊接材料如高铁制造用铝合金焊丝以及无镉低银、无铅钎料进行了简单举证与分析;最后整理了目前绿色焊接技术所存在的问题,并展望了未来的发展趋势,以期为我国绿色焊接技术在各行各业的进一步推广应用提供有益的参考。

金基中低温钎料的研究现状与展望

随着电子封装技术的发展以及无铅化进程的推进,目前已开发了诸多无铅钎料合金体系用于代替Sn-Pb钎料,但在熔化温度为280~400 ℃之间的无铅钎料封装领域,价格高昂的Au-Sn、Au-Si、Au-Ge等金基低温钎料是唯一可代替高温Sn-Pb钎料的合金体系,并凭借其优良的钎焊性能被广泛应用于电子封装等领域。然而,随着电子器件高集成度、高功率化发展,熔点低于400 ℃的金基低温钎料已不能完全满足封装要求,亟需开发熔点在400~600 ℃之间的中温钎料。目前,熔化温度在280~600 ℃之间的金基钎料合金体系是高温电子封装的主要选择,甚至部分钎料是唯一的选择。金基钎料虽然具有优良的电导率、热导率、耐腐蚀性能、力学性能和高可靠性等优点,但由于组成相具有高脆性而难以加工成型,加工难度大、成品率低、产品性能差等严重影响了钎料的使用。此外,金基钎料中Au含量普遍较高,使用成本高昂。因此,一直以来除了研究金基钎料的加工工艺外,研究者们在采用合金元素替代Au元素以及开发新的金基合金体系等方面进行了大量探索。针对金基钎料高脆性、难加工的特点,研究人员开发了铸造拉拔轧制法、叠层冷轧法、甩带快速凝固法与电镀沉积法等制备方法,实现了厚度为0.1 mm以下箔材的生产。合金元素对金基钎料的影响研究表明,低熔点合金元素(如Sn、Sb、In等)能降低Au-Ge钎料的熔点,少量Sb的添加还能增强Au-Ge钎料的延展性能,Sb与Sn还能抑制钎焊界面反应层的过度生长。在诸多的金基合金体系中,Au-Ag-Si、Au-Ag-Ge、Au-In、Au-Ga等合金体系作为潜在的新型金基中温钎料得到了关注。这些钎料合金因具有高脆性而无法采用常规方法进行加工成型;同时也因具有优异的润湿铺展性能和良好的力学性能而易于推广应用。本文归纳了金基中低温钎料的研究现状,对金基中低温钎料的性能、特点、应用领域以及合金元素影响等进行了介绍,概述了高脆性中低温金基钎料的各种加工方法及其优缺点,重点分析并比较了Au-Ag系、Au-In系与Au-Ga系中温钎料的性能特征。最后,在评述和归纳现有文献的基础上,对金基中低温钎料的发展方向进行了展望。

基于图像处理的短路过渡焊熔池振荡特性分析

利用图像处理技术对短路过渡焊(S-GMAW)高速摄影图片进行处理,实现了熔池轮廓的精确提取,研究了短路过渡熔池的振荡及熔池表面行波的传播过程,分析了送丝速度、短路频率、熔池振荡频率以及短路过渡稳定性之间的关系。结果表明:熔池表面行波引发的焊丝下方熔池表面的上下振荡是影响短路频率的主要因素;短路频率及其离散程度反映了短路过渡焊的稳定性,当短路频率较高但离散程度最小时,焊接过程稳定;短路过渡熔池具有明显的周期性振荡特性,熔池振荡频率随着送丝速度的增加不断降低,当短路频率与熔池振荡频率最接近时,焊接过程中单个熔滴短路频率离散程度最低,表明焊接过程越稳定,焊缝成型越美观。

Ag30CuZnSn药芯钎料润湿性及钎缝性能研究

采用带材轧制法,用Ag30CuZnSn钎料带包裹硼酐、四氟硼酸钾、氟化钾构成的药芯粉末制备药芯银钎料,研究Ag30CuZnSn药芯钎料在T1紫铜表面的润湿铺展性能。利用Ag30CuZnSn药芯钎料火焰钎焊T1紫铜,观察钎缝的微观组织,测试的钎缝力学性能,并与Ag30CuZnSn钎料+FB102的性能进行比较。结果表明:Ag30CuZnSn药芯钎料在紫铜表面的铺展面积略高于Ag30CuZnSn钎料+FB102。采用Ag30CuZnSn药芯钎料火焰钎焊紫铜所得的钎焊接头力学性能能满足使用要求,剪切断裂位置均位于母材。钎缝微观组织主要由CuZn相、Ag基固溶体、Cu基固溶体构成,这一结果与Ag30CuZnSn钎料+FB102所得钎缝组织构成一致。

CO_2气体保护焊短路过渡控制技术的研究现状与展望

CO2气体保护焊因成本低、生产率高等特点,广泛应用于制造业。随着制造业节能减排的需求日益增加及汽车轻量化概念的推广,制造业对薄板焊接的要求不断提高,传统的焊接方式已不能满足其要求。CO2短路过渡焊相对于传统的焊接方式(钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、激光焊等),具有高热稳定性、低热输入、低熔深等特点,但其焊接飞溅大、焊缝成形差,从而限制了其广泛应用。CO2短路过渡焊接过程是由燃弧阶段与短路阶段组成的复杂的非线性时变系统,熔滴过渡过程决定了焊接过程的稳定性与焊缝成形的优劣。燃弧阶段熔滴在电磁收缩力、表面张力、等离子流力、金属蒸发反作用力等多种力的共同作用下长大并与熔池接触短路,同时形成稳定液桥。短路阶段,液桥在表面张力、电磁收缩力和粘滞力的作用下形成缩颈并断开。燃弧阶段的熔滴尺寸、振荡特性,短路阶段熔池的振荡特性、峰值电流都对熔滴过渡稳定性有十分重要的影响。针对短路过渡焊飞溅产生机制的研究表明,熔滴、熔池的氧化还原反应、短路前期产生的瞬时短路和短路末期液桥电爆炸是导致焊接过程不稳定及产生飞溅的主要因素。国内外众多焊接研究者针对CO2短路过渡焊熔滴过渡过程及控制技术进行了大量的研究与探索,研究工作主要分为四个方向:焊接材料成分的优化,基于焊接电源输出电信号的熔滴过渡建模及控制,基于视觉传感技术的熔滴过渡控制和基于磁控技术的CO2短路过渡焊接技术。活性焊丝和药性焊丝的推广可有效降低焊接飞溅;波控技术及衍生的CMT技术在使用小电流参数焊接时取得了优异的焊接效果;中、小电流参数条件下,磁控焊接技术可有效解决焊接飞溅和成形差问题。本文从焊丝、电源、外加磁场形式和工艺四个方面综述了国内外CO2气体保护焊短路过渡控制技术的研究现状,首先分析了CO2短路过渡焊焊接飞溅的产生机理,其次介绍了典型的CO2气体保护焊短路过渡控制技术的原理、特点和局限性,分析了不同短路过渡控制技术的特点,最后阐述了目前短路过渡控制技术在研究和应用过程中存在的问题及解决办法,并对该领域下一步发展趋势进行了展望。

固化剂对树脂基Sn-58Bi复合焊膏铺展性能的影响

以市售Sn-58Bi焊膏为研究对象,加入E51型环氧树脂,采用多种固化剂制备不同种类树脂基复合焊膏,对比分析不同种类复合焊膏的润湿铺展性能,并结合DSC和FT-IR检测方法探究了固化剂活性以及各组焊膏固化产物的官能团组成。研究表明:复合焊膏以间苯二胺为固化剂时,在常温保存4 h内已经固化;不加固化剂或添加593固化剂、651固化剂、甲基四氢苯酐固化剂时,在铺展过程中将发生不润湿或反润湿现象。三乙醇胺和DMP-30可以保持或促进焊膏润湿铺展。其中,三乙醇胺固化剂的添加使焊膏具有良好固化成型形貌的同时又使铺展面积增大了17.66%。DSC测试表明,固化剂活性过高会使焊膏铺展时产生不润湿现象。FT-IR分析表明,焊膏中原有胺类物质和羧酸类物质以及添加的加成型固化剂都会被固化反应消耗,使助焊剂活性降低,出现反润湿现象。叔胺类物质不会被固化反应消耗且能提高固化剂活性,故能抑制反润湿并提高润湿性能。

纳米颗粒增强无铅钎料的研究进展

电子产业的发展离不开封装材料的进步。随着科学技术的进步,电子器件集成度逐渐提高,引脚尺寸和间距不断减小,而电子产品的服役条件也日趋复杂,因此对钎料的性能要求越来越严苛。与无铅钎料相比,传统的SnPb钎料因为成本低廉、性能优异,得到了电子工业的青睐。随着人们环保意识的提高,有毒元素铅在电子产业中的使用受到了限制,推动了电子封装材料朝着无铅化发展。但是目前,无铅钎料合金体系均存在成本高、润湿性差、可靠性不足、熔化特性与生产体系不匹配等问题,难以满足电子工业发展的需要。因此,探索改善无铅钎料性能的方法,研发性能优异的无铅钎料以替代SnPb钎料成为电子封装领域研究的一个热点。目前无铅钎料改性的研究主要集中在微合金化和纳米颗粒增强两个方面。微合金化就是向钎料中添加微量的合金元素,通过改变钎料合金成分来改善钎料的组织性能。无铅钎料微合金化的研究起步较早,目前已经取得了大量的研究成果,添加如Ag、In等元素均可以显著改善钎料的力学性能和可靠性,其中稀土元素由于活性较高,被视为无铅钎料合金化的理想合金元素。但是微合金化只能部分地提高钎料的性能,还不能满足生产的需要。纳米材料以其特殊的尺寸效应和优异的理化特性而受到广泛关注,同时纳米颗粒作为增强材料,在改善金属材料组织性能方面也具有非常明显的作用。将细小的纳米颗粒弥散地分布于钎料基体中,能够显著影响无铅钎料的性能,这也是一个较为新颖的研究方向。常见的纳米增强颗粒主要有金属纳米颗粒、氧化物纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒和碳基材料纳米颗粒等。本文综合评述了纳米颗粒增强无铅钎料的研究进展。首先对目前纳米颗粒复合无铅钎料的三种制备方法的工艺特点进行了介绍;然后讨论了不同类型的纳米颗粒对SnAgCu、SnZn、SnBi和SnCu几种应用广泛的无铅钎料组织性能的影响,如微观组织、力学性能、润湿性能、熔化特性和可靠性等,同时对纳米颗粒增强无铅钎料的作用机理进行了分析;最后整理了目前纳米颗粒增强无铅钎料存在的不足,并对其未来的发展趋势进行了分析与展望,以期能够为未来无铅钎料的研究提供一定的参考。

汽车轻量化焊接技术发展现状与未来

随着人们对生活与生存环境质量的要求越来越高,“绿色环保、节能减排”已经成为我国社会的发展方向。汽车作为一种便民工具的同时也给能源和环境带来了负担。因此,各大汽车厂商都在为提高燃油效率、减少尾气排放设计解决方案。实现这些目标的一个有效方法就是降低汽车质量,汽车轻量化也由此成为汽车行业研究的热点。目前实现汽车轻量化的方法主要有优化结构设计、使用轻量化材料以及采用先进制造技术。在汽车轻量化技术途径中,使用轻量化材料替代部分钢材是一个主要的研究方向,如采用铝合金、镁合金等有色金属以及高强度钢、复合材料等。但是铝、镁合金与钢材在热物理性质和化学性质上存在着较大的差异,传统焊接技术很难得到可靠的铝-钢、镁-钢焊接接头。近年来,国内外学者对铝-钢、镁-钢的焊接进行了大量的研究并取得了许多重要成果,为汽车轻量化材料的应用奠定了理论基础。先进焊接技术的应用离不开相关材料焊接性能的提高和焊接工艺的改进,为了提高铝、镁合金与钢的焊接性能,许多研究者选择在钢的表面镀上一层金属,如Zn、Cu、Ni等。镀层金属在一定程度上改善了材料之间的润湿铺展,并使得界面处的连接方式得到改变,从而提高焊接接头的连接强度和焊接接头的可靠性。各种先进焊接技术的应用也突破了传统焊接技术的局限性。冷金属过渡技术是数字化控制与焊接过程结合的产物,实现了对热输入的精准控制,在选择适当工艺的情况下得到了理想的焊接效果。电弧熔-钎焊和激光焊接技术效率较高,在异种金属的连接中应用十分广泛。搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接技术,其焊缝中存在冶金结合和机械结合两种结合方式,且所得的焊接接头美观、牢固,受到了人们的关注。火焰钎焊自动化程度高,焊接方式灵活。本文综述了几种在汽车轻量化领域潜在应用范围广阔的先进焊接技术,总结、归纳、分析了其研究现状和优缺点,对焊接工艺的选择、不同焊接技术的特点进行了评述,分析了轻量化材料的焊接性和适用性,并展望了所述焊接技术的未来发展趋势,为汽车轻量化焊接技术的发展提供借鉴与参考。

Ga2O3对Ag30CuZnSn药芯银钎料钎缝组织及钎焊接头性能的影响

向Ag30CuZnSn药芯银钎料药粉中添加Ga2O3,研究了Ga2O3对Ag30CuZnSn药芯银钎料钎缝组织的影响及钎焊接头性能的影响.结果表明,微量Ga2O3可以显著提高Ag30CuZnSn药芯银钎料的润湿铺展性能且可以减少药芯中钎剂的添加量.Ga2O3添加量为0.4%(质量分数)时,钎料润湿铺展性能和钎焊接头抗剪切强度达到最佳值.这是因为Ga2O3属于表面活性物质,可以显著降低熔融钎料和母材之间的界面张力,从而提高了钎剂粉末的去膜效果,进而提高银钎料的润湿铺展性能.药芯银钎料基体及钎缝组织主要由以CuZn相为主的固溶体、银基固溶体和铜基固溶体构成.火焰钎焊时,添加0.4%Ga2O3(质量分数)时作用效果最佳,钎缝组织的细化与钎着率的提高(钎着率提高至95%以上)使得钎焊接头抗剪强度提高了11%以上,钎焊接头断口组织的形貌证明了上述结果.

焊缝跟踪过程传感与信号处理技术的研究进展

焊接自动化是21世纪焊接技术迈向"数字化"、"智能化"的重要途径。在焊接自动化的实现过程中,对焊缝进行自动、快速、准确地跟踪是其中的关键技术。在自动化焊接技术诞生之前,传统的焊接操作主要靠人工来完成。然而,人工进行焊接监视跟踪的工作有两方面的缺点,一方面焊接工作的恶劣环境会对焊接工人的身体健康造成一定的损害,另一方面还会由于焊工长时间工作疲劳而影响焊接质量。现代的焊缝跟踪技术逐渐地脱离了人为的干涉,越来越多地转向了由信号传感到计算机处理再到机构执行的全自动焊接过程。传感器相当于焊缝跟踪系统的"感官器官",系统完全依靠传感器来感知外界焊接环境,判断焊枪与焊缝的相对位置。同时,焊接环境常常伴随着各种噪声、飞溅、高频辐射等的干扰,会明显地影响传感器所采集的信号,甚至会使得计算机对焊缝位置产生错误的判断。因此,要想得到比较理想的数据信息,采取合适的焊接传感方式并对所采集的信号进行准确快速处理成为焊缝跟踪的迫切需要。焊缝跟踪传感器总体上可分为两大类:直接式传感器(即电弧传感器)和间接式传感器。近年来,这两类传感器都有一定的发展,如磁控电弧传感器的应用为焊缝跟踪提供了新的研究方向,间接式视觉传感器正在向小型化和简单化的方向发展。与此同时,多传感器信息融合技术的出现为克服单一传感器准确性的不足提供了新的可能性。而信号处理技术可以提高信号的信噪比,为获得准确的焊缝位置信息奠定基础。其中,电信号滤波技术正由单纯的硬件滤波逐步向软件滤波和硬件软件结合滤波的方法转变;而对于图像处理技术,图像的抗干扰能力得到进一步提高,但是还需在焊缝识别的准确性、实时性和可靠性方面继续深入研究。本文系统介绍了焊缝跟踪过程中所用到的各种传感方式,并着重介绍了主流的电弧传感器和视觉传感器的详细分类与各自的特点。同时,本文总结了电弧传感中关键的电信号滤波技术以及视觉传感必不可少的图像处理技术的发展现状,并对焊缝跟踪未来的研究方向提出了建议。

BAg17CuZnSn-xCe钎料组织及性能分析

通过向BAg17CuZnSn钎料中添加微量的稀土元素Ce,研究了微量Ce元素的添加对低银钎料组织及焊接性能的影响.结果表明,当Ce元素质量分数为0.15%时,BAg17CuZnSn-0.15钎料在黄铜和不锈钢母材表面铺展面积较BAg17CuZnSn钎料分别提高了12.1%和37.4%,钎焊接头的抗剪强度达到最大值340.2MPa.随着Ce元素的添加,钎料的自腐蚀电位逐渐正移,钎料的耐腐蚀性能得到提升.Ce元素对BAg17CuZnSn-xCe钎料基体中的CuZn化合物相有明显的细化作用,当Ce元素质量分数为0.15%时,钎料组织最为细小、均匀.但是当Ce元素质量分数达到0.5%时,钎料中出现了Ce-Sn化合物相.

电子封装用Au-20Sn钎料研究进展

Au-20Sn钎料具有优异的综合性能且适用于无钎剂钎焊,在微电子器件和光电子器件封装领域占据重要地位。近年来,国内外学者对金锡钎料的研究工作不断深入,金锡钎料制备工艺及焊点可靠性研究已成为电子封装领域的研究热点。然而,Au-20Sn钎料在发展和应用过程中仍受到以下问题的严重制约:第一,Au-20Sn钎料铸态组织中由于存在脆性金属间化合物(IMC),难以采用常规方法加工成形;第二,钎料中贵金属金含量太高(约为80%),导致钎料价格昂贵;第三,Au-20Sn钎料在制造过程中难免会存在夹杂物,影响钎料的使用性能和连接质量;第四,有关Au-20Sn钎料的焊点可靠性研究尚未见系统报道。Au-20Sn钎料铸态组织粗大,IMC分布不均匀,导致合金脆性较大,难以通过传统铸造轧制工艺制备出符合使用要求的Au-20Sn钎料。因此,研究者们不断优化Au-20Sn钎料的制备方法,采用熔铸增韧等工艺有效控制了Au-20Sn钎料制备过程中脆性IMC的形成和分布,大幅提高了Au-20Sn钎料的使用性能。在高可靠性电子封装及芯片封装中,电子元器件通常使用镀层提高可焊性。铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)是电子封装中常用的基板材料和表面金属化层,Au-20Sn钎料与镀层金属形成的焊点界面IMC是实现可靠性连接的基础。目前,有关Au-20Sn钎料与不同镀层金属之间相互作用的研究主要集中在钎焊过程中焊点界面IMC的演变及时效过程中焊点可靠性的影响机制。除了对Au-20Sn钎料制备工艺进行优化和探索不同界面反应外,不少研究者尝试对焊点钎着率和钎缝气密性等可靠性问题进行研究。通过不断优化钎焊工艺参数,制定合理的工艺规范,采用焊点钎着率和钎缝气密性作为评价大功率电子及光电子器件性能及其稳定运行的重要指标。本文重点介绍并分析了Au-20Sn钎料的优点以及其制备的难点,阐述了Au-20Sn钎料在无钎剂封装焊点钎着率和钎缝气密性等可靠性的研究进展,详细讨论了Au-20Sn钎料与不同镀层的界面反应问题,探讨了Au-20Sn钎料研发、制备和应用过程中存在的问题及解决措施,从而为Au-20Sn钎料的生产与应用提供理论指导。

稀土元素Ce对Sr变质的Al-5Si铝合金焊丝含氢量和焊缝气孔率的影响

通过减压凝固法、固态测氢法和X射线检测分别研究了稀土元素Ce对Sr变质的Al-5Si铝合金焊丝熔体吸氢倾向、焊丝合金含氢量和焊缝气孔率的影响。结果表明,单独添加0.02%(质量分数)的Sr时,Al-5Si合金焊丝含氢量和焊缝气孔率显著增加。当向含0.02%Sr的Al-5Si合金中添加0%~0.05%(质量分数)的Ce时,Al-5Si-0.02Sr-xCe合金焊丝含氢量随着Ce含量的增加而降低,并在Ce含量为0.05%时达到最低值0.07 mL/(100 g Al),较Al-5Si-0.02Sr合金焊丝降低了81.6%。进一步增加Ce的含量至0.1%,合金焊丝含氢量基本不变。随Ce含量的增加,焊缝的气孔率与合金焊丝含氢量的变化趋势基本一致,而且对于Ce含量大于等于0.05%的焊丝,其焊接形成的焊缝接头无气孔。Ce的添加对焊接接头的拉伸性能几乎没有影响,但是明显提高了焊接接头的弯曲性能。

添加合金元素改善Au-Ge钎料组织及性能的研究进展

现如今电子行业纷纷开展了无铅钎料的研究工作,但是对用于高温环境下的无铅钎料的研究十分有限。对于熔化温度在280~400℃范围内的无铅钎料,Au-Sn、Au-Ge、Au-Si等金基钎料已逐步代替传统的高铅钎料,被广泛应用于微电子的耐高温封装领域。其中,Au-Ge合金具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性和高抗拉强度等优点,其耐高温性能明显优于Au-Sn、Au-Si钎料,尤其适用于高温环境。然而,Au-Ge钎料固有的缺点严重影响了其生产应用:一方面,由于Ge元素的存在,Au-Ge合金脆性较大,导致其难以加工成型,产品性能差、成品率低,严重影响了该钎料的推广使用。另一方面,Au-Ge钎料中Au含量较高,使得其成本高昂。因此,除了寻找最佳的Au-Ge钎料的加工方法外,研究者们也纷纷向Au-Ge钎料中加入适当的合金元素进行改性,开发出多种金锗基多元合金体系。对于Au-Ge合金很脆,难以加工成型的问题,研究人员发现水平连铸的方法可以省去加工过程,直接连铸出所需的直径,降低损耗,保证钎料质量。研究者们除了研究Au-Ge二元合金外,还纷纷开展了Au-Ge-X三元合金体系的研究。研究表明,一些低熔点的元素,如Sn、Sb、In等,可以有效降低钎料的熔点。与Au-12Ge合金相比,Sn、Sb元素的加入不仅可以降低钎料合金熔化温度,保持良好的润湿性能,还可抑制界面层的过度生长,从而避免对电性能和力学性能带来的不利影响。其中,添加适量的Sn元素还可以抑制Ge相的长大粗化,提高其高温性能。添加适量的Sb元素能改善Au-Ge钎料的延展性能。Au-Ge-Ni合金可以和GaAs材料形成欧姆连接,提高钎料的电阻率,在钎缝和母材之间形成“等电阻率”过渡,提高钎焊接头强度。但是,在Au-12Ge合金中加入过量的Ni元素会形成粗大的GeNi化合物,该化合物集聚后颗粒变大且分布不均匀,严重降低钎焊接头的强度。在Au-Ge钎料中加入In、Sb元素还可起到细化晶粒的作用。目前,对Au-Ge系三元合金的研究十分有限,在润湿性能、力学性能、焊点可靠性等方面需做进一步的研究。本文介绍了Au-Ge基钎料的研究现状,重点分析了Sn、Ni、In、Sb元素对Au-Ge钎料组织及性能的影响。此外,本文分析总结了Au-Ge基钎料在生产使用中存在的问题以及主要的解决方法,展望了该钎料的未来研究方向,以期为Au-Ge基钎料在高温封装领域的应用提供理论指导。

Sr、La复合添加对SAl 4047焊丝氢含量及焊接接头力学性能的影响

研究了Sr、La单独和复合添加对SAl 4047铝合金焊丝氢含量以及6082焊接接头力学性能的影响。结果表明:单独添加0.015%(质量分数,下同)Sr的SAl 4047焊丝铸态组织中α-Al枝晶的二次枝晶臂间距减小,初晶硅相受抑制而消失,共晶硅相的平均尺寸为0.56μm,与不做任何添加的焊丝合金相比平均尺寸下降了84%;固体测氢试验结果表明添加0.015%Sr的SAl 4047焊丝氢含量为0.53 mL/100 g Al,采用该焊丝焊接得到的6082焊缝气孔率为1.81%,焊丝氢含量和焊缝气孔率均超标。单独添加0.08%La可使SAl 4047焊丝氢含量降低到0.18 mL/100 g Al,铸态组织中初晶硅尺寸减小且边角钝化,部分α-Al枝晶向等轴晶转变,共晶硅颗粒平均尺寸为1.24μm,La变质效果明显弱于Sr,当La添加量超过0.08%时,反而会导致针状的富La相产生,降低焊丝及焊缝的力学性能。复合添加的Al-12Si-0.015Sr-0.08La焊丝铸态组织中初晶硅和共晶硅相均完全变质,共晶硅颗粒平均尺寸为0.6μm,α-Al相以柱状晶和等轴晶形式共存;复合焊丝氢含量为0.31 mL/100 g Al,该焊丝焊接所得的6082焊缝气孔率为0.38%,焊丝氢含量和焊缝气孔率均满足标准;接头力学性能试验结果表明,复合焊丝焊接得到的接头的抗拉强度、断后伸长率、弯曲断裂角度分别为186.7 MPa、8.4%、45~52°,与未添加Sr或La的焊丝所得焊接接头相比,分别提高了6.7%、29.2%、76%。

CeO_(2)对Ag30CuZnSn药芯银钎料润湿性能及钎焊接头组织与性能的影响

向Ag30CuZnSn药芯银钎料中添加CeO_(2),研究CeO_(2)对Ag30CuZnSn药芯银钎料的润湿铺展性能和钎焊接头性能的影响,探索CeO_(2)对药芯银钎料润湿铺展性能和钎缝组织的作用机理。研究结果表明:药芯钎剂粉末中加入CeO_(2)能提高Ag30CuZnSn药芯银钎料的润湿铺展性能,CeO_(2)添加量达到0.3%(质量分数,下同)时,对药芯银钎料的改进效果最佳。理论分析认为这是因为高价态的CeO_(2)具有氧化作用,可与T2紫铜表面的Cu2O发生氧化反应生成CuO和Ce2O3。同时,CuO、Cu2O与CeO_(2)、Ce2O3及钎剂中的B2O3生成CuO·Ce2O3·B2O3等盐类,促进了去膜反应的进行,从而提高了银钎料在紫铜板表面的润湿铺展性能。药芯钎剂粉末中添加过量CeO_(2)时,熔点较高的CeO_(2)反而增加了液态钎剂的粘度,未参与反应的CeO_(2)会阻碍熔融钎剂的铺展,进而阻挡熔化的Ag30CuZnSn银钎料在T2紫铜表面的润湿铺展。CeO_(2)作为高熔点氧化物,加入钎剂中后既能起到形核质点的作用,又能作为界面活性剂去除氧化膜。因此,火焰钎焊时,CeO_(2)能细化Ag30CuZnSn药芯银钎料钎焊接头的钎缝组织,当CeO_(2)添加量达到0.3%时,细化效果最佳。钎缝组织的细化使得钎焊接头抗剪强度提高了10%以上,钎焊接头断口组织的形貌和变化规律印证了上述结果。

钎料钎剂复合型绿色钎料研究进展

钎焊是制造业的关键基础技术之一,复合钎料是践行钎焊绿色化、自动化的重要手段,与传统钎料相比,复合钎料可实现钎剂定位—定温—定时—定量精准反应。综述了国内外钎料钎剂复合型钎料的分类和特点,分析了药芯钎料、药皮钎料、粉末合成钎料等的制备技术、成分设计和典型应用,指出了目前研究的不足,并对复合钎料未来的发展方向提出了建议:借助材料基因组技术开发高活性低排放的低银无镉钎料,持续创新复合钎料加工制备技术如搅拌摩擦加工、电磁致塑技术;加强质量监控、控形提性开发表面质量优良的连续型盘装、桶装药芯复合钎料以替代传统手工条状钎料,加速我国钎焊自动化进程。

铝/钢异种材料钎焊研究现状与发展趋势

“低碳环保,节能减排”已经成为国家实现可持续发展的重要环节,而如何实现汽车轻量化、减少温室气体的排放则成为汽车行业的前沿课题。采用高强度铝合金材料部分代替结构钢,是减轻汽车质量的一种有效途径,而铝合金与钢之间焊接接头的质量是衡量铝/钢结构可靠性的重要指标。实现铝合金与钢之间可靠连接的主要难点是两种材料的物理化学性能差异很大,常温下两者几乎不互溶,且容易发生反应生成Fe-Al脆性金属间化合物,严重影响铝/钢焊接接头的质量。而铝合金与钢的钎焊可通过调节钎料成分或改变焊接工艺等方法来控制接头脆性金属间化合物的形成,近年来受到了国内外学者的广泛关注并取得了突破性进展。目前,铝/钢钎焊的研究主要集中在钎焊材料改性和钎焊工艺优化两个方面。钎剂的改性就是向Nocolok钎剂中加入活性剂,增强钎剂对铝合金和不锈钢两种材料表面氧化膜的同时去除作用,改善钎料在母材上的润湿性;钎料的改性主要是通过微合金化的方法向钎料中添加微量的合金元素,通过改变钎料的化学成分来改善钎料基体的组织和性能,近年来取得了大量的研究成果并在工业生产中得到广泛应用,如添加Cu、Ag等元素均可以显著改善钎料的力学性能和可靠性。在钎焊工艺方面,钎焊温度和保温时间直接影响钎料的填缝和钎料与母材的相互作用,并决定钎焊接头的质量。除此之外,在不锈钢表面预镀一层中间相也是相关学者研究的重点课题,镀层金属可以限制Fe原子与钎料中Al原子的相互扩散,降低界面脆性金属间化合物层的厚度,从而提高钎焊接头的力学性能。本文综合评述了铝与钢异种材料钎焊的研究进展。首先介绍了铝合金与钢常用的几种钎焊方法,以及每种钎焊方法各自的特点和应用范围;然后综述了钎焊材料的改性及钎焊工艺的优化对铝/钢钎焊接头性能的影响,并对其作用机理进行了分析;最后整理了目前铝/钢异种金属钎焊存在的问题及相应的解决措施,并对其未来的研究和发展趋势进行了展望,以期为铝/钢连接技术的发展以及最终在汽车行业的广泛应用提供有益的参考。

Nd对Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点高温可靠性的影响

通过研究150℃时效条件下Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.05Nd/Cu焊点剪切力变化和界面微观结构演变,探讨稀土元素Nd对焊点高温可靠性的影响及其影响机制.结果表明,不同时效时间后Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.05Nd/Cu焊点剪切力明显高于Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点,且时效过程中Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.05Nd/Cu焊点剪切力的下降速率低于原焊点.这是由于0.05%Nd可将界面原子扩散系数由1.88×10^(-10) cm^(2)/h降低至1.10×10^(-10) cm^(2)/h,即通过抑制界面金属间化合物的粗化来提高焊点的高温可靠性.