合金元素对Sn-57Bi无铅钎料组织及韧性的影响

研究了添加不同含量的合金元素Ag,Ge,Cu,Sb,Zn,Ce,P,Ni对Sn-57Bi钎料的熔化温度、润湿性能、冲击韧性和显微组织的影响。研究结果表明,合金元素的添加对于钎料的熔化特性的影响不大,P,Ni的加入会导致出现硬脆的Bi,削弱了钎料的性能,Ag3Sn和富锌相则在形状合适时可以强化钎料的性能。单独加入合金元素Ag,Ge,Zn,Cu可以改善钎料的塑韧性,Ag,Ge还可以提高钎料的屈服强度和接头的剪切强度。合金元素Sb,Ce,P,Ni的加入会弱化钎料的塑韧性。而在同时添加多种合金元素的钎料合金中,43Sn-Bi-1Ge-1Ag的改善效果最好。

Ag对Sn-57Bi无铅钎料组织和性能的影响

研究了在Sn 57Bi近共晶合金的基础上加入少量的Ag后对Sn 57Bi钎焊料铸态组织、抗拉强度和Sn 57Bi/Cu焊接性能的影响。试验结果表明,ωAg=0.1%～1.0%可使合金的共晶组织变细,β Sn枝晶相的尺寸变小,提高其抗拉强度;使Sn 57Bi/Cu接头的剪切强度有所提高。

含碳纳米管的Sn-58Bi钎料的制备及其钎焊性

采用球磨—低温冶炼法制备了不同碳纳米管含量的Sn-58B i-CNTs钎料,借助SEM,EDS和DSC等分析手段研究了碳纳米管在钎料合金中的形态以及碳纳米管对Sn-58B i合金焊点拉脱强度的影响.结果表明,经过钎料低温冶炼后,碳纳米管能够部分加入到Sn-58B i合金中形成复合钎料;Sn-58B i-0.03%CNTs复合钎料在焊盘上的润湿性得到了提高,且微量碳纳米管的加入对钎料熔点的影响不大;碳纳米管在焊点中弥散分布使钎料的组织得到细化,并通过对焊点微观断裂机制的影响,提高焊点的可靠性.

稀土改性的Sn-58Bi低温无铅钎料

研究了微量稀土对Sn-58Bi低温钎料的改性作用。试验添加质量分数为0.1%Ce组混合稀土的无铅材料,并对比Sn-58Bi和Sn-58Bi0.5Ag合金。观察了钎料显微组织的变化并做了定量分析,采用DSC测试了钎料的熔化温度,同时测量了钎料的润湿性能、接头强度与硬度。结果表明,微量稀土添加细化了Sn-58Bi钎料合金的显微组织,对钎料的熔化温度几乎没有影响,能显著改善Sn-58Bi钎料的润湿性能和接头剪切强度,而且改善的程度优于添加微量Ag对Sn-58Bi钎料的作用。

超细氧化物颗粒对Sn-58Bi钎料组织及性能影响

研究了分别添加1%Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2超细粉末对Sn-58Bi共晶钎料的润湿性、钎焊接头微观组织及力学性能影响.结果表明,氧化物粉末的添加对钎料熔点影响不大,但钎料润湿性及钎焊接头剪切强度明显提高;明显细化钎焊接头基体组织及界面金属间化合物颗粒大小,并且界面金属间化合物层厚度也有一定减薄;另外,可抑制钎焊时焊点表面Bi的氧化,因此焊点表面光亮度也有明显提高.

凝固条件和应变速率对Sn-58Bi钎料拉伸性能和断裂行为的影响

研究了熔炼制备的Sn-58Bi无铅钎料于水冷、空冷、炉冷三种方式冷却后在应变速率0.001,0.002,0.004 s?1下的拉伸性能和断裂行为.结果表明,水冷和空冷钎料共晶组织细小,尤其是空冷钎料共晶组织更为均匀,而炉冷钎料共晶组织粗大且偏析严重.随着应变速率增大,三种钎料抗拉强度均提高而断后伸长率均变小.炉冷钎料组织偏析导致硬脆富Bi相聚集,抗拉强度最大,但断后伸长率极低,为典型的脆性断裂;水冷和空冷钎料的均细共晶组织显著提高了钎料断后伸长率,具有更均匀共晶组织的空冷钎料断后伸长率最大,呈现韧性或韧脆性混合断裂.

碳纳米管增强Sn-58Bi无铅钎料焊点抗蠕变性能研究

研究了Sn-58Bi钎料和Sn-58Bi-0.01CNTs复合钎料焊点在不同温度、应力和电流密度下的抗剪切蠕变性能。结果表明:随着温度、应力和电流密度的逐渐增加,Sn-58Bi钎料和Sn-58Bi-0.01CNTs复合钎料焊点的抗蠕变性能均逐渐降低。添加碳纳米管(CNTs)后,复合钎料焊点的稳态应变速率均降低。添加CNTs可以提高焊点的抗蠕变性能。

Sn-8Zn-3Bi无铅钎料的抗氧化性

为了提高Sn-8Zn-3Bi合金钎料的抗氧化性,在Sn-8Zn-3Bi合金基础上,通过加入少量的其他合金元素(Al,P)以提高钎料的抗氧化性.少量Al的加入降低了Sn-8Zn-3Bi钎料的氧化量,而加入P的Sn-8Zn-3Bi钎料在加热过程中不仅没有质量增加,反而出现减重现象.通过扫描电镜和X射线衍射等分析手段研究样品的表面微观结构和显微组织,探讨了Al,P的抗氧化机理.分析结果表明:Al通过在合金表面形成一层致密的氧化膜,阻止钎料直接接触周围空气,从而达到了降低氧化速率的目的;P通过自身不断被氧化而消耗钎料表面的O原子,从而保护元素Sn和Zn不被氧化.

石墨烯纳米片对Sn-58Bi钎料显微组织和性能的影响

文中通过粉末冶金法在Sn-58Bi钎料中添加不同质量分数的石墨烯纳米片(GNSs),以分析GNSs含量对Sn-58Bi钎料显微组织和性能的影响.结果表明,添加GNSs,对Sn-58Bi钎料熔点无明显影响;随着GNSs添加量提高,Sn-58Bi钎料的密度和显微维氏硬度先升高后降低;通过对比添加质量分数为0.05%的GNSs前后Sn-58Bi钎料/铜基板钎焊接头抗剪强度发现,添加GNSs后,由于能够起到细晶强化和弥散强化两方面作用,从而使钎焊接头抗剪切断裂能力提高.

Bi掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料电化学腐蚀性能及枝晶生长的影响

采用动电位扫描和交流阻抗等方法研究Bi掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料在3.5%NaCl(质量分数)溶液中电化学腐蚀性能及枝晶生长的影响;采用SEM和XRD技术分析其腐蚀形貌及成分。结果显示:随着Bi含量增加,腐蚀电流密度增大,但自腐蚀电位不呈规律性变化。阻抗谱显示:掺杂前后阻抗谱特征相同,均可用两个时间常数的等效电路模型表示,其拟合误差<5%。随着Bi含量的增加,容抗弧半径减小,电荷传递电阻和腐蚀产物膜电阻均减小,耐蚀性能降低。SEM像显示,Bi掺杂对钎料在介质中电化学迁移速度有减缓作用,因而对迁移所致的枝晶生长具有抑制作用。XRD谱显示,枝晶主要成分为Sn和Cu6Sn5,同时伴有少量的Bi和Ag3Sn。

Sn-0.7Cu-2Bi无铅钎料压入蠕变性能的研究

采用自制的蠕变装置研究Sn-0.7Cu-2Bi无铅钎料在温度60～120℃、压力30～50MPa下的压入蠕变性能,利用光学显微镜、SEM和XRD对钎料组织在蠕变前后的变化进行了分析。结果表明:随着温度和应力的增加,钎料的蠕变速率增大;Sn-0.7Cu-2Bi主要由Sn、Bi、Cu6Sn5三相组成,Bi固溶在Sn中造成晶格的畸变阻碍晶体滑移面的位错运动,导致其变形抗力大为增加,且晶界处偏聚的Bi颗粒对位错有钉扎作用,能提高钎料的抗蠕变性能;Sn-0.7Cu-2Bi钎料蠕变后出现回复再结晶,最终导致晶粒长大。

Ni元素对Sn-9Zn-3Bi无铅钎料显微组织和性能的影响

利用真空箱式电阻炉制备了Sn-9Zn-3Bi-xNi无铅钎料合金,并对其显微组织和主要性能(熔点、熔程、抗氧化性、润湿性、剪切强度)及钎焊接头断口形貌进行了分析。结果表明,少量Ni的加入可以细化Sn-9Zn-3Bi合金的显微组织,而对其熔点影响较小。当Ni添加量为0.1%和0.5%时,钎料的熔程变化不大,Ni添加量为1%时,钎料的熔程增大比较明显。随着Ni添加量增多,无铅钎料的抗氧化性能和润湿性能提高。Ni添加量在0.1%和0.5%时,钎焊接头的剪切强度变化不大,但韧性增加;Ni添加量在1%时,钎焊接头的剪切强度略有增大,但韧性降低。

微量Co的添加对Sn-Bi共晶钎料性能的影响

Sn-58Bi作为一种低熔点共晶钎料在低温封装中有着广泛应用,但Bi相作为一种脆性相在一定程度上限制了Sn-58Bi的使用。因此,在不提高Sn-58Bi合金熔点的前提下降低Sn-Bi共晶钎料脆性、提高其抗拉强度成为目前急需解决的问题之一。制备了Sn-58Bi-0.02Co钎料合金,通过添加微量元素Co的方式对钎料合金性能进行优化。研究发现,微量Co的添加对Sn-58Bi熔点影响较小,且Co添加后开始润湿时间缩短、最大润湿力增加,Co的添加具有弥散强化的作用,使钎料的强度和塑性都有了一定程度的提升。

Er对Sn-58Bi钎料合金组织和性能的影响

采用真空熔炼方法制备了不同Er含量的Sn-58Bi钎料合金,研究不同Er添加量对Sn-58Bi钎料合金熔化特性、润湿性、拉伸性能和显微组织的影响。结果表明,Er元素的添加对Sn-58Bi钎料合金的熔点及熔程影响不大。当Er元素的添加量为0.05wt%~0.1wt%时,钎料合金的润湿性提高明显。Er元素添加量为0.1wt%~0.25wt%时,钎料合金的拉伸强度有所提高;钎料合金的伸长率提高明显,合金伸长率可由原15.34%(0wt%Er)提升至50.18%(0.1wt%Er)。添加稀土元素Er,能显著细化Sn-58Bi钎料合金的共晶组织。

Ag颗粒增强Sn-58Bi无铅钎料力学性能研究

在Sn-58Bi钎料中添加Ag颗粒，制备颗粒增强的低温无铅钎料，研究了钎料焊接头力学性能。本文研究结果表明：Sn-58Bi合金中添加少于1wt％的Ag会均匀分布在基体合金中，提高了合金钎料的拉伸强度。钎料在100℃恒温时效试验中，Bi相的粗化趋势明显低于Sn-58Bi共晶钎料，提高了合金钎料的组织稳定性。钎料的拉剪强度则随着钎料中Ag含量的增加而升高，但量超过1wt％时，拉剪强度又会下降。

钎焊时间对镀镍SiC_P/Al复合材料界面IMC生长的影响

采用Sn-3.0Ag-0.5Cu-3.0Bi钎料对镀镍60%和镀镍15%Si CP/6063Al复合材料之间进行真空钎焊.采用SEM,XRD对接头界面微观组织和成分进行分析.结果表明,在钎焊过程中,钎料与镍层发生界面反应生成了连续的扇贝状金属间化合物(IMC),其具体成分为(Cu,Ni)6Sn5;该IMC层排列紧凑,生长方向都垂直于界面指向钎料的内部;在钎焊过程中,IMC的生长分为生长速率较快和生长速率较缓慢两个阶段.在270℃,钎焊时间由10 min延长至40 min时,界面IMC层扇贝状形貌不变,晶粒尺寸变大;IMC层厚度增加,但是其厚度增长速率逐渐降低;钎焊接头抗剪强度不断增大.

紫铜感应钎焊接头组织及性能

以紫铜板材为对象,利用Sn-58Bi和Sn-0.7Cu钎料对紫铜进行感应钎焊实验,保温不同的时间,采用光学显微镜、显微硬度计、接合强度测试仪等方法对钎焊接头进行组织分析和性能测试。结果表明,利用Sn-58Bi和Sn-0.7Cu钎料和感应钎焊技术可以实现紫铜的连接。Sn-58Bi感应钎焊接头界面处均形成了一层薄而连续的金属间化合物Cu6Sn5。随着保温时间的增加,焊缝中富Bi相逐渐减少。Sn-0.7Cu钎料接头的显微硬度在保温时间为10 s时最大。随着保温时间的增加,金属间化合物层厚度逐渐增加,接头强度随之降低。

Cu/Sn-58Bi/Cu焊点电迁移行为研究

采用双辊快速凝固技术制备了Sn-58Bi钎料薄带,并制备Cu/Sn-58Bi/Cu线性焊点。使用电子探针(EPMA)及能谱分析(EDS)研究焊点在电流密度为1×10^4 A/cm^2(25℃)下界面金属间化合物(IMC)、元素扩散与钎料基体组织演变规律。结果表明,随着通电时间延长阳极界面处的IMC层的形状从扇贝状转变为锯齿状,阴极界面处的IMC层由扇贝形变为不规则,其厚度逐渐增加。阳极由于Bi的偏聚形成了富Bi层,Sn在阴极偏聚,基体共晶组织(Bi+β-Sn)粗化。基于线性拟合可知,阳极和阴极的界面IMC层的生长系数n分别为0.263和0.442,其生长机制可归结为体积扩散。

热迁移作用时小间隙Cu/Sn-58Bi/Cu焊点显微组织演变

研究了高度为10μm的Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点在加载2 000℃/cm温度梯度以及125℃时效不同时间后的显微组织。结果表明,随着热迁移时间延长,Bi先粗化,然后向冷端偏聚,800h时焊点冷端形成几乎连续的Bi层,同时焊点界面金属间化合物(IMCs)呈对称生长,并且生长速率较慢。在时效条件下,焊点两端的界面IMCs向焊点中心快速生长,逐渐在焊点中心形成均匀且连续的Bi带,200h时Sn被消耗完毕。随着时效时间进一步延长,IMCs中Cu6Sn5逐渐转变为Cu3Sn。此外,热迁移条件下,焊点中的Bi可以抑制界面IMCs的不对称生长,并且降低界面IMCs的生长速率,这表明在钎料合金中加Bi可提高微焊点的服役可靠性。