钢铁表面Cu—Sn—P合金镀层的XPS和AES研究

在钢铁表面直接浸镀Cu—Sn—P合金,在综合考虑镀层的组成和镀液的稳定性后,确定了镀液的最佳组成和工艺,用盐水浸泡测定镀层的防腐性,用XPS、AES和SEM分析镀层的组成和表面形貌。

Cu、Sn、Ag同位素在古金属制品溯源研究中的应用

近年来,随着同位素分析方法的不断突破和新一代多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)测试技术的广泛应用,Cu、Sn、Ag等非传统同位素在古代金属制品溯源研究中显示出较好的应用前景。本文综述了近20年来Cu、Sn、Ag同位素在古代金属制品应用研究的相关进展,并展望了其应用前景:①由于不同矿床之间Cu、Sn、Ag同位素存较大重叠,这些同位素均难以作为独立的证据追溯金属制品的地质来源;②Cu同位素在原生矿石与表生矿石之间存在较大的分馏,是示踪铜矿石类型的可靠方法,Ag同位素也具推断银矿石类型的潜力;③将Cu、Sn、Ag同位素与Pb同位素、微量元素相结合,并采用合理的统计方法,开展综合溯源研究将是今后应用非传统同位素进行古代金属制品溯源研究的发展方向。

Si调控Cu-20Sn-15Ti钎料显微组织与性能的演变行为

为通过成分调控改善Cu-Sn-Ti钎料的显微组织及性能,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及EDS能谱分析等设备,研究了Si对Cu-20Sn-15Ti钎料显微组织与性能的影响规律。结果表明:Cu-20Sn-15Ti钎料的显微组织为大尺寸多边形状CuSn_(3)Ti_(5)相、共晶组织和α-Cu相。添加少量的Si(质量分数≤2.0%)可细化钎料中多边形状CuSn_(3)Ti_(5)相,并生成小尺寸Si_(3)Ti_(5)相,较多的Si(质量分数≥3.0%)会造成多边形状CuSn_(3)Ti_(5)相分化离散、共晶组织粗化减少,Si_(3)Ti_(5)相含量增加且粗化,当Si含量增至5.0%时,钎料不再生成多边形状CuSn_(3)Ti_(5)相和共晶组织,Ti主要用于生成Ti_(5)Si_(3)相,显微组织主要为Ti_(5)Si_(3)相、α-Cu相、Cu41Sn11相和少量条状CuSn_(3)Ti_(5)相;与Cu、Sn相比,Si与Ti具有更强的化学亲和力,Si优先与Ti反应生成Ti_(5)Si_(3)相;Ti_(5)Si_(3)相的三维组织形貌为棱柱状,且呈团聚附生特征,粗条状Ti_(5)Si_(3)相具有中心或侧面孔洞缺陷,孔洞的形成主要与其生长机制有关;随着Si含量的增加,钎料的剪切强度呈“升高-降低-升高”的趋势,断口形貌由准解理断裂和解理断裂的混合形态向解理断裂转变;CuSn_(3)Ti_(5)相易破碎开裂成为起裂源,不同粗大状态CuSn_(3)Ti_(5)相的存在均在一定程度上恶化钎料剪切强度。

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.

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。

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。

电镀参数对电沉积Sn-Ag-Cu合金镀层的影响

采用自主研发的甲磺酸锡银铜电镀液在黄铜基体上制备了Sn-Ag-Cu合金镀层。通过扫描电子显微镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)分析了电镀工艺参数对Sn-Ag-Cu合金镀层的成分、表面形貌以及镀层厚度产生的影响。结果表明,当电流密度为4 A/dm^(2)、温度为25℃及pH为5.5时,可获得结晶较细且致密,表面平整光亮且厚度均匀的Sn-Ag-Cu合金镀层。

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。

静电纺丝法制备SnSbCuFeZn高熵合金/碳纳米纤维复合负极材料

采用静电纺丝技术,结合煅烧工艺,将SnSbCuFeZn高熵合金纳米颗粒均匀地锚定在导电互联的碳纳米纤维中,成功制备了SnSbCuFeZn@CNFs锂离子电池复合负极材料。结果表明,煅烧温度对材料的物相组成和形貌特征有重要影响,且直接影响SnSbCuFeZn高熵合金纳米颗粒的晶相、尺寸和分布,决定SnSbCuFeZn@CNFs电极的电化学性能。其中SnSbCuFeZn@CNFs-900电极展现出优良综合性能:0.1 A/g时,初始放电比容量达1232.8 mA/g,循环200次后可逆放电比容量保持在786.0 mA/g;1.0 A/g时,循环500次后放电比容量仍有433.8 mA/g;2.0 mV/s扫描速度下,赝电容贡献率高达93.37%。

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。

选择性激光熔化技术制备的Cu-10Sn合金的载流摩擦学性能

为提高Cu-10Sn合金接触线的力学及载流摩擦学性能,利用选择性激光熔化(SLM)技术制备Cu-10Sn合金,分析Cu-10Sn合金的组织结构及硬度等,研究不同载荷和电流对Cu-10Sn合金的载流摩擦学行为的影响;利用扫描电子显微镜对摩擦表面进行微观分析,揭示其磨损机制。试验结果表明:与载荷为10 N时相比,30 N时摩擦副的平均摩擦因数增大,接触电阻和电弧能量降低,磨损加剧;Cu-10Sn合金与GCr15球对摩,合金表面被氧化,铜元素被转移并粘附于对摩球上形成黏着磨损;与纯机械摩擦行为相比,载流条件下Cu-10Sn合金表面磨痕加深,黏着物、氧化物的数量明显增加,摩擦因数和磨损体积发生显著变化;小载荷小电流下磨痕表面出现电弧烧蚀现象;而电流为10 A时,磨损表面形成的氧化膜的润滑作用,减缓了材料的磨损。在无电流条件下磨损机制主要为疲劳磨损和黏着磨损;而在载流条件下,电化学氧化和黏着磨损显著增强。研究结论为SLM技术制备的铜锡合金应用于接触线等电传导接触材料提供参考。

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。

医用可降解Zn-Sn-Cu合金的力学及腐蚀性能研究

可生物降解锌及其合金具有良好的生物相容性和降解速率,在生物医用材料领域具有广阔的应用前景。但纯锌的力学性能不足,如强度低、可塑性差,限制了其临床应用。在此,采用重力铸造制备了新的三元Zn-3Sn-x Cu(x=0,1,2,3wt%)合金,旨在通过与铜(Cu)的微合金化来获得良好的耐腐蚀性和生物相容性,并提高力学性能。通过金相分析、拉伸试验、显微硬度测试以及电化学和浸泡试验,分析其微观结构、力学性能及耐蚀性能。结果表明,Cu的加入,使得合金具有更高的强度和硬度;体外降解试验表明:Zn-3Sn-x Cu(x=0,1,2,3wt%)合金的降解速率较Zn-3Sn合金有较幅的提升,满足可降解医用材料的标准,有望成为一种新型可降解医用材料。

Sn-Cu-Au低温圆片键合强度偏低原因分析

分析了某MEMS器件Sn-Cu-Au低温圆片键合强度偏低的原因,发现该问题主要由“金脆”现象引起。结合实践经验和相关文献,总结了“金脆”现象发生的一般规律,制定了一个可以避免该现象发生的工艺方案,并开展了针对性的验证试验。试验结果表明,通过优化键合焊料系统的组分配比可以避免“金脆”现象的发生,同时也证实了这一措施是可行有效的。

Sn-Ag-Cu钎料的制备与显微组织性能研究

Sn-Ag-Cu系低银钎料凭借其优良的工艺和力学性能被普遍认为是最有前途的含铅钎料替代品。为了研究低银钎料的制备及其显微组织特性,制备银的质量分数分别为0、0.3%、0.5%、1.0%的四组低银钎料。比较分析熔化温度与银的质量分数对低银钎料的熔化特性、显微组织、抗拉强度及润湿特性的影响。结果表明,添加少量的银可以降低锡铜钎料的熔化温度,使锡铜钎料的晶粒变得细小,晶粒排列得更加紧密。当钎料中银的质量分数为1.0%时,钎料的抗拉强度达到47.4 MPa,在紫铜基体上的铺展面积为39.9 mm2,润湿角为5.01°。

云南个旧Sn-Cu多金属矿田中酸性岩黑云母特征及其成矿意义

Cu和Sn在中酸性岩浆作用过程中地球化学行为明显不同,少见2种类型矿床与同一岩浆作用共生。滇东南个旧Sn-Cu多金属矿田矿床和燕山期岩浆岩联系紧密, Sn-Cu共生,都达超大规模,国内外罕见。目前对个旧矿田Sn-Cu共生控制因素探讨不多。本研究通过矿区二长岩、似斑状花岗岩及其中暗色包体和等粒状花岗岩黑云母电子探针分析,探讨区内岩浆氧逸度及挥发相组成特征,分析其与区内形成Sn-Cu组合矿床的关系。二长岩和似斑状花岗岩及其暗色包体中的黑云母为铁质黑云母,等粒状花岗岩中黑云母属于铁叶云母。似斑状花岗岩和二长岩岩浆氧逸度较高,位于HM缓冲线附近,具较高Cl/F值;等粒状花岗岩浆氧逸度低,分布在NNO缓冲线附近,具较低Cl/F值,表明个旧矿田既发育高氧化及高Cl/F值岩浆,也发育还原及低Cl/F值岩浆。高氧化、高Cl/F值岩浆演化及出溶流体有利于形成Cu矿床,而还原、富F岩浆岩的形成与演化则更有利于形成Sn矿床。因此,个旧矿田Sn-Cu共生可能与区内发育2套性质不同的岩浆系统有关。

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。

微量Sn添加对Al-Cu-Mg合金均匀化过程中组织演变的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针显微分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等研究了微量Sn添加对Al-Cu-Mg合金均匀化前后微观组织演变的影响,同时对合金拉伸性能进行了测试。结果表明:Al-Cu-Mg-Sn合金中初生Mg_(2) Sn相的形成为剩余α(Al)液相的凝固提供了异质形核点,细化了Al-Cu-Mg合金的晶粒尺寸,由约300μm减少至约150μm。一级均匀化热处理(490℃保温22 h)后,含Sn合金中虽然具有更多的Al_(2) Cu相残留,但可通过更高温的二级均匀化热处理(510℃保温3 h)得到有效消除,且合金中的Al_(7)Cu_(2) Fe相也得到了较大幅度的细化和球化。添加微量Sn后,合金的抗拉强度由209 MPa提升至256 MPa,断后伸长率由3%提升至5.5%。断裂方式由解理断裂为主转变为出现大量韧窝的塑性断裂。

Cu-Cr-Sn-Zn-Si-Y合金显微组织及性能研究

用SEM、EDS、TEM等检测手段,研究了Cu-0.59Cr-0.23Sn-0.15Zn-0.02Si-0.02Y合金在形变热处理过程中的组织演变和性能变化规律。结果表明:合金铸态组织中粗大的第二相主要为富Cr相,合金化元素Sn、Zn、Si、Y以弥散形式分布于基体中,经热轧、固溶、冷轧、时效、冷轧、退火处理后,合金内部位错塞积更严重,且部分区域的位错具有一定的方向性。纳米级明暗相间的莫尔条纹为bcc-Cr相,与Cu基体的取向为N-W关系,孪晶配合位错与纳米相的缠结强化作用,使合金的硬度和导电率分别为170.9HV_(0.2)、73.49%IACS,抗拉强度和断后伸长率分别为568 MPa和11%。

用于功率器件封装的新型Cu@Sn@Ag焊片性能

提出了一种用于焊接半导体芯片的新型焊接材料Cu@Sn@Ag焊片。对比分析了Cu@Sn@Ag焊片和商用PbSn5Ag2.5焊片焊层的孔隙率和力学性能,采用这两种焊片封装了110 A商用Si器件并对其进行了电学、热学性能和功率循环可靠性对比。结果表明:优化后的Cu@Sn@Ag焊片孔隙率小于4%,焊层剪切强度平均值约为35 MPa;相应器件的最小热阻为0.18 K/W,且经过150000次的有源功率循环(温差为60℃)后正向压降增长率基本小于2%,Cu@Sn@Ag焊片的性能和器件功率循环可靠性高于商用PbSn5Ag2.5焊片。基于瞬态液相扩散焊接(TLPS)的Cu@Sn@Ag焊片可以实现高铅焊片的无铅化替代,是一种具有良好应用前景的耐高温芯片焊接材料。