Sn对Cu-Sn-Ti钎料显微组织与性能的影响

为揭示Sn调控Cu-Sn-Ti钎料显微组织与力学性能的规律,采用真空非自耗熔炼法制备Cu-Sn-Ti钎料,利用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、万能材料试验机等,研究了Sn对Cu-Sn-Ti钎料的显微组织、显微硬度、剪切强度及断口形貌的影响.结果表明,钎料显微组织随Sn含量增加而演变的规律为:枝晶状初生α-Cu基体相+共晶组织+晶间组织→初生α-Cu基体相+共晶组织→共晶组织→初生CuSn_(3)Ti_(5)相+粗化共晶组织+α-Cu基体相(富Sn)+Cu_(41)Sn_(11)相+SnTi_(3)相,其中晶间组织为α-Cu相和CuSn_(3)Ti_(5)相的混合组织+少量的(SnTi_(3)+CuTi相+Cu_(3)Ti相).随着Sn含量的增加,钎料显微硬度呈先增大后减小的趋势,钎料剪切强度呈逐渐减小的趋势,断口形貌由准解理断裂向解理断裂+准解理断裂的混合形态转变.增加Sn含量促使钎料形成粗化的CuSn_(3)Ti_(5)相和共晶组织是导致钎料剪切强度下降的主要原因.

Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂对Ni_(3)Al基金刚石复合材料性能的影响

采用真空热压法制备了Ni_(3)Al基金刚石复合材料,研究了不同烧结助剂对复合材料力学性能和微观结构的影响,并对Ni_(3)Al基金刚石钻头的钻孔性能进行了测试。结果表明,在添加0~30vol%的Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂后,Ni_(3)Al基金刚石刀头的致密度、抗弯强度、硬度得到提高。Ni3Al基金刚石复合材料的抗弯强度随着Ni-Cr、Co烧结助剂含量的增加而提高。Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂中的Cr元素在金刚石的表面出现了富集现象。将添加Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂的Ni_(3)Al基金刚石复合材料制备成工具进行钻削测试,发现Ni_(3)Al基金刚石复合材料的失效形式可以分为微破碎、磨耗、宏观破碎3种形式,钻削试验中并没有发现整颗金刚石脱落的现象,表明Ni_(3)Al基对金刚石的把持力较大,强度较高。

稀土Ce对Cu-Sn-Ti-Cr合金时效性能的影响

研究采用真空熔炼方法制备了Cu-Sn-Ti-Cr和Cu-Sn-Ti-Cr-Ce两种合金,经过时效处理,对其硬度、导电率和强度进行了测试。结果表明,经过50%的冷轧和450℃时效处理60 min后,Cu-Sn-Ti-Cr-Ce合金表现出最佳的力学性能,硬度达到了290HV,导电率为20.1%IACS。通过EBSD分析,发现Ce元素的引入可以抑制晶粒的生长,细化晶粒的尺寸。相较于Cu-Sn-Ti-Cr合金,稀土元素Ce的加入使析出相尺寸变小且数量增加,改善了合金的性能。

Cu-Sn合金的高温修正非线性回归本构模型

采用Gleeble-3800热模拟机进行了Cu-Sn合金在变形温度823~973 K、应变速率0.001~10 s^(-1)、真应变0.3、0.6和0.9下的高温压缩实验。基于实验结果,构建了Cu-Sn合金的修正非线性回归本构模型,并利用平均绝对相对误差eAAER证实模型的准确性。结果表明,随变形温度的升高和应变速率的降低,Cu-Sn合金的流变应力降低;应变速率为0.01~10 s^(-1)时流变应力呈现出峰值特征,峰值应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大;应变速率为10 s^(-1)的试样在变形后期由于开裂而导致流变应力急剧下降;建立的修正非线性回归本构模型的eAAER为9.98%,表明模型能够准确地预测Cu-Sn合金的流变应力,具备较好的适用性。

修正Zerilli-Armstrong模型预测Cu-Sn合金的高温流变应力

在变形温度为823~973 K,应变速率为0.001~1 s^(-1)及真应变为0.9的条件下,采用Gleeble-3500热模拟实验机对Cu-Sn合金进行了热压缩实验,分析了其热变形行为。基于Cu-Sn合金的热压缩实验结果,利用多元线性回归建立了描述合金热变形特征的修正Zerilli-Armstrong模型。引入了相关系数(R)和平均相对误差(AARE)对模型的精度进行评估。结果表明:Cu-Sn合金的流动应力受变形温度和应变速率的影响显著,流动应力随应变速率的增大和变形温度的降低而增大,流动应力呈现锯齿状抖动是加工硬化与流动软化之间竞争的结果;修正Zerilli-Armstrong模型的预测应力值与实验应力值的R和AARE值分别为0.986和7.12%,表明该模型的精度较高,能够准确地描述Cu-Sn合金的高温流动行为。

Cu-Sn-Ti合金的微观结构和磨削性能研究

通过在铜锡合金中加入TiH_(2)制备出Cu-Sn-Ti合金,研究了TiH_(2)的添加量对青铜合金组织形貌、磨削性能的影响,并讨论了TiH_(2)的作用机理。结果表明:在青铜合金中添加TiH_(2)能够有效降低合金的烧结温度,当TiH_(2)的添加量>9 vol%时,可以明显检测到TiH_(2)的衍射峰;在相同条件下,随着TiH_(2)添加量的增加,合金组织的晶粒先增大后减小,最后趋于稳定,合金的硬度先减小后增大,最后又减小。当TiH_(2)的添加量为12 vol%时,TiH_(2)对合金晶粒的细化和组织均匀分布的促进作用达到最佳,合金的硬度达到最大,为75.2(HR 15 N),合金的耐磨性最好。当TiH_(2)含量低于12 vol%时,一定含量的TiH_(2)在青铜钛合金烧结的过程中可以通过抑制晶界偏析细化晶粒,促进合金组织均匀分布,有利于改善合金的磨削性能。

先进封装Cu-Sn互连焊点界面金属间化合物研究进展

对先进封装中Cu-Sn焊点之间的界面金属间化合物(IMC)形成机理与生长控制进行阐述,分别从Cu-Sn焊点界面之间增加阻挡层与锡焊点内部掺杂合金元素两个方面介绍了Cu-Sn焊点之间良性IMC层的形成与生长控制机理。重点介绍了尺寸效应、热迁移和电迁移三种因素促进焊点界面恶性IMC层的形成原理,分析了恶性IMC层对焊点可靠性的影响与失效模式。对国内外控制良性IMC层的形成与生长的研究和抑制恶性IMC层的形成与生长的研究进行了评述,总结了近年来IMC层生长过程对先进封装Cu-Sn焊点可靠性影响的研究进展。最后,从焊点可靠性角度对良性IMC层的控制方法进行了分析总结,并从改良和创新两个方面对该领域未来的发展方向进行了展望。

形变热处理对Cu-Sn-P合金微观组织及性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)技术、万能试验机等分析了轧制和热处理工艺对Cu-Sn-P合金带材晶粒尺寸、晶粒取向、组织分布和性能的影响,并建立了形变热处理工艺-带材微观组织-带材折弯性能之间的联系。结果表明:Cu-Sn-P合金带材先经过70%变形量的冷轧加工,再在650℃下进行走带速度为65 m·min^(-1)连续退火处理后,可将带材的变形加工组织与再结晶组织比例控制在5:1左右,带材的晶粒平均直径为3.5μm,且晶粒大小均匀。随后经15%冷轧变形和230℃保温3 h的低温去应力退火处理后,合金带材抗拉强度达到716 MPa,在垂直于带材轧制方向和平行于轧制方向分别进行180°折弯测试,带材表面在相对弯曲半径R/t≤1.5时均不开裂且无明显大褶皱。

Sn粉氧含量的变化对Cu-Sn-Ti金属结合剂性能的影响及分析

采用Cu、Sn、Ti等金属粉末为原料制备青铜基金属结合剂试样,研究了添加不同氧含量(质量分数,下同)的Sn粉对Cu-Sn-Ti金属结合剂机械性能的影响。结果表明,Sn粉的氧含量在500×10^(-6)至3 000×10^(-6)范围内,随着氧含量的升高,Cu-Sn-Ti金属结合剂的密度、抗折强度等性能都有所下降。在添加高氧含量的Sn粉后,Cu-Sn-Ti结合剂内形成金属-陶瓷相,结合剂的硬度提高,由此结合剂制作而成的金属结合剂超薄砂轮耐磨性增加。

Cu-Sn-P-ZnCr_2S_4(CdCr_2S_4)纳米复合镀层的性质和组成研究

为了获得耐蚀性能优异的复合化学镀层,利用中性化学复合镀技术,在A3碳钢片表面制备了金黄色光亮致密的Cu-Sn-P-ZnCr_2S_4和Cu-Sn-P-CdCr_2S_4纳米复合化学镀层。用扫描电子显微镜(SEM)观察了镀层外貌;以称重法测定厚度;通过5％NaCl溶液、1％H_2S气体加速腐蚀试验、抗粘性试验及室温氧化试验等多种手段测定了其性能;用X射线光电子谱(XPS)及俄歇电子能谱(AES)测定了其价态及组成。结果表明:Cu-Sn-P-ZnCr_2S_4(CdCr_2S_4)纳米复合材料镀层的性能优于Cu-Sn-P合金镀层,复合镀层Cu-Sn-P-ZnCr_2S_4中,各原子百分数(％)约为:Cu 68.00,Sn 3.50.P 6.90,Zn 2.10,Cr 4.20,S 8.40,C 6.80;Cu-Sn-P-CdCr_2S_4中:Cu 69.00,Sn 3.30,P 5.90,Cd 2.4,Cr 4.8,S9.60.C 4.80。Cu-Sn-P-ZnCr_2S_4占镀层的93.10％,Cu-Sn-P-CdCr_2S_4占镀层的95.00％。所得镀层耐蚀性好,耐盐水及室温氧化性能均优于Q235钢片和相近厚度的Cu-Sn-P合金镀层。

快速凝固Cu-Sn合金的组织形态及相结构

研究快速凝固Cu-20％Sn亚包晶合金的相结构、晶体生长行为和组织特征，分析冷却速率与组织形成之间的相关规律。结果表明：在急冷快速凝固条件下，合金的包晶转变和共析转变均受到抑制，形成了以亚稳的Cu5.6Sn金属间化合物为主相的快速凝固组织；随着冷却速率的增大，α-Cu相含量减少，Cu5.6Sn相数量显著增多；晶体生长的方向性增强；Cu5.6Sn生长方式由小平面向非小平面生长转变，组织形态由粗大板条状向细密柱状转变。TEM分析表明：在Cu5.6Sn晶内存在大量的位错塞积及孪晶；孪晶之间相互平行，间距约25～80nm；随冷却速率的增大，位错密度增大，孪晶数量增多。

锂离子电池中纳米Cu-Sn合金负极材料的制备与性能研究

将反相微乳液工艺用于制备纳米储锂合金,成功地制备出了具有非晶结构的Cu-Sn合金纳米颗粒,避免了电极的粉化问题,改善了合金负极的循环性能．但纳米合金表面固体电解质膜(SEI膜)的成膜反应造成了较大的不可逆容量．纳米颗粒之间的接触电阻导致了电极导电性较差．实验证明,纳米Cu-Sn合金的颗粒尺寸与电极中导电剂含量的匹配问题对电极的电化学性能有较大的影响,当导电剂含量为40％时,粒径范围在50-60 nm的Cu-Sn合金具有最佳的电化学性能．

锂离子电池负极合金CoSn和Cu-Sn的制备与表征

CoSn alloy and Cu-Sn samples were syn thesized by H 2 -reduction following solid-state r eaction between Co ?,Cu?,Sn?and NaOH at ambient temperature.The samples were characterized by XRD,S EM.The results showed that CoSn alloy(80～200nm)is globe-shaped,ultrafine hexagon al material,and Cu-Sn alloy powder consists of two phases,i.e.Cu 6 Sn 5 and Cu 3 Sn.Cu-Sn powder has spherical morphology and the particle size is estimated to be 60～70nm.The electro chemical performances of CoSn alloy and Cu-Sn powder were studied using lithium-ions model cell Li /LiPF 6 (EC +DMC)/CoSn(or Cu-Sn).It was demonstrated the reversible discharge capacities for 10cycles keep above 280mAh ·g -1 for nanophase Cu-Sn,and 60mAh ·g -1 for CoSn alloy.Differ-ential capacity plots showed that th e reaction mechanisms of Cu-Sn with l ithium were reversible.

激光近净成形Ni-Cu-Sn合金

利用激光近净成形技术成形出无变形的Ni-Cu-Sn合金样品。沿沉积方向显微组织主要为柱状晶,呈外延式跨层生长,长度随工艺参数不同而变化。平均显微硬度HV0.2在1700MPa左右,而弹性模量和延伸率波动较大,这与高功率下近净成形颗粒全熔化的凝固特性有关。

锂离子蓄电池用Cu-Sn合金负极的制备及改性

用机械合金化法经20h、50h和100h球磨制备了3种Cu-Sn合金,由合金制备的电极经300℃、500℃和700℃热处理后具有良好的电化学性能,其中经300℃热处理5h的电极具有最优的循环性能:电极循环50次后放电容量为205mAh·g-1以上,库仑效率为99.5%;电极循环100次后放电容量还有152mAh·g-1左右,库仑效率仍能维持在约99.5%,并且电极自放电率很小。

急冷条件下Cu-Sn合金的快速枝晶生长

研究快速凝固Cu-xSn(x=7%,13.5%,质量分数)合金的相结构、组织形态和枝晶生长特性,将金属熔体热传导方程与Navier-Stokes方程相耦合,从理论上计算液态合金的冷却速率。结果表明:在急冷快速凝固条件下,Cu-7%Sn合金形成过饱和的单相α-Cu固溶体组织;Cu-13.5%Sn合金形成以亚稳的Cu13.7Sn相为主相、α-Cu为第二相的快速凝固组织;随着冷却速率的增大,溶质截留效应增强,合金相结构由复相向单相转变;沿垂直于辊面方向上合金的组织形态依次为近辊面细小等轴晶、中部柱状晶及自由面粗大等轴晶;增大冷却速率,晶体形态由柱状晶向等轴晶转变;在急冷快速凝固过程中,α-Cu和Cu13.7Sn相均以枝晶方式生长;随温度梯度的增大,晶体生长速率呈线性增大。

影响Cu-Sn合金电阻率的因素

利用量子力学理论分析了成分变化对Cu-Sn合金电阻率影响的微观机理;探讨了铸态、正火态、轧制态和回火态存在的一些影响因素,如固溶体中的溶质含量、晶界、晶体缺陷和应力等对Cu-Sn合金电阻率影响的宏观机理。实验结果表明:正火处理会增加Sn原子在Cu晶粒内部的固溶量,使合金的电阻率上升;大变形量轧制后,Cu晶粒被挤压变长,晶界厚度减小,铸造缺陷基本消失,自由电子被散射的几率减小,Cu-Sn合金的电阻率会大幅度下降;回火处理可消除微观组织中的部分应力,使晶格畸变减轻和位错密度降低,可获得更低的电阻率。

Cu-Sn系水雾化合金粉性能研究

本实验系统地研究了含Sn质量分数分别为10%、15%、20%合金粉末的热压烧结组织、XRD相组成及力学性能。实验结果表明：Cu-Sn系粉末热压烧结温度较低,在700-720℃即可达到致密化;烧结组织从含Sn质量分数10%的单一固溶体转变为出现电子化合物的二相组织,和XRD线谱变化趋势相吻合;抗弯强度随Sn质量分数的增大变化不大,为700 MPa左右;冲击韧性从含Sn质量分数为10%的17J大幅下降至含Sn质量分数为20%的3J左右。实验中,结合胎体特性,分析了Cu-Sn系粉末用作胎体时,可提高金刚石工具的加工效率。

Ag-Cu-Sn-In中温焊膏的性能与初步应用试验

采用氮气雾化法将Ag-22.4Cu-15Sn-5In焊料制成粉体,利用丙烯酸酯类化合物为载体将其调配成膏状焊料。应用试验表明,所配制的新型焊膏易于涂布,焊接性能良好,焊后残渣少,无需再清洗。该新型焊膏能进行可伐与钨铜、可伐与陶瓷等材料的焊接,有着广阔的应用前景。钎焊界面分析发现,钎料主要是由富Ag相,少量Cu7In4相、Cu39Sn11相以及Cu3Sn相组成。在钎焊过程中,镍基板上的镍与钎料中的元素铜存在元素扩散,这对改善钎料与基体之间的结合状况是有益的。

Cu-Sn合金急冷箔储能焊接头的形貌特征与形成机制

应用自制的微型电容储能电阻焊机研究了快速凝固Cu-20%Sn包晶合金的储能焊连接行为及接头组织特征.微型接头由熔核区、半熔化区及热影响区组成,熔核为以细密β’-Cu5.6Sn等轴晶为主相的快速凝固组织,熔合区宽度仅2.0-3.0μm,热影响区组织未发生明显变化,储能焊接头组织与快速凝固箔材一致性好.在电极压力及电磁力的共同作用下,过冷熔核中发生了一定程度的液相流动,形成以加压电极为对称轴向四周辐射,并以结合面为对称面,向侧面延伸的弯曲流线.气孔是快速凝固Cu-Sn 合金储能焊接头主要的焊接缺陷.随电极压力的增大,气泡半径急剧减小,当电极压力大于1.0 MPa时,该减小趋势趋于缓和. 液相流动促进气泡的碰撞、合并及迁移是气孔沿熔核周边分布的主要原因.