稀土Ce对高性能硅白铜焊料组织、析出和性能的影响规律研究

为研究Ce族稀土元素对高性能硅白铜焊料的凝固组织、固溶组织、时效析出行为和性能的影响规律。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电子探针(EPMA)等设备,对添加不同Ce含量的Cu-Ni-Si焊料进行组织观察和性能测试。结果表明:Ce族稀土元素的添加显著细化了硅白铜焊料的凝固组织,焊料凝固组织晶粒尺寸由未添加前的200μm减小到添加后的40μm。添加Ce元素抑制了焊料的固溶再结晶进程,细化了再结晶晶粒尺寸,添加Ce前再结晶温度为900℃,添加Ce后提高至950℃,添加Ce前再结晶晶粒尺寸为180μm,添加Ce后缩小为90μm。Ce元素的添加可促进Ni、Si元素的析出和抑制过时效阶段析出相的长大,但不改变时效析出相的类型,时效析出相为圆盘状的δ-Ni2Si和棒状的β-Ni3Si。Cu-3.2Ni-0.75Si-0.06Ce硅白铜焊料焊料在450℃时效4 h后达到最佳性能,抗拉强度为747 MPa,剪切强度为454 MPa,相较于未添加Ce元素的Cu-3.2Ni-0.75Si焊料,抗拉强度提高了117 MPa,增幅为18.6%,剪切强度提高了91 MPa,增幅25%。