Sn-Zn-Al-P系无铅焊料成分优化研究

通过实验,在Sn-Zn-Al的基础上添加合金元素P,根据Sn-Zn-Al-P系无铅焊料合金的润湿性能,对合金的成分进行了优化。测试优选合金的熔点和耐腐蚀性能,并对接头微观组织进行观察。结果表明,Al、P合金元素对Sn-Zn-Al-P系焊料合金的熔点、润湿性和抗腐蚀性能均有影响,当Al和P质量分数均低于0.1%时,焊料合金才具有较好的综合性能。

Sn-Zn-Al无铅钎料的助焊剂研究

Sn-Zn-Al三元合金是一种抗氧化性较好的钎料合金,润湿性不良是阻碍其应用的主要问题。通过铺展率测量来研究不同助焊剂对Sn-Zn-Al钎料的助焊性能。结果表明:在传统的松香助焊剂中添加环己胺氢溴酸盐或乙酰胺可以显著提高其活性,使Sn-Zn-Al钎料在铜片上的铺展率显著提高;当环己胺氢溴酸盐与乙酰胺以复配的形式混合加入时,其改善润湿性的效果进一步提高,二者的最佳质量比为1.0:1.5。使用复配助焊剂的焊点饱满光亮,接头平整,无明显缺陷,显示其对Sn-Zn-Al钎料具有良好的助焊效果。

Cu,Ni对Sn-Zn-Al无铅焊料组织和性能的影响

为了提高Sn-Zn系无铅焊料的性能,通过微合金化的方法得到了Sn-Zn-Al-Cu,Sn-Zn-Al-Ni四元无铅焊料.首先采用润湿平衡法对合金在铜片上的润湿力和润湿时间进行了测试,然后采用比色分析的方法直观比较了焊料的抗氧化性,最后测试了焊料的力学性能并对其微观组织进行了分析.结果表明:Cu和Ni的加入使得Sn-Zn-Al合金的润湿性有所提高,同时对抗氧化性无明显影响;微量Cu,Ni的加入使得组织中的粗大针状富Zn相细化和减少,并出现了新的含铜和含镍增强相,在强度提高的同时,塑性略有降低.

Sn-Zn-Al焊料和安装技术和应用

概述了Sn-Zn-Al焊料的开发,安装技术和应用。

通过不同热挤压方式制备具有较优强塑性组合的新型Mg-5Sn-2Al-1Zn合金

制备新型Mg-5Sn-2Al-1Zn(TAZ521)合金。为提高合金的强度与塑性,采用正挤压(DE)和挤压-剪切(ES)两种工艺对该合金进行变形处理。通过XRD、SEM、TEM、EBSD和拉伸试验等方法研究均匀态和挤压态合金的显微组织演变、织构演变及强化机制。结果表明,正挤压态合金的力学性能得到改善;然而,合金表现出由粗晶和细小动态再结晶(DRXed)晶粒组成的双峰组织。经过挤压-剪切变形后的合金组织变得更加均匀,并且实现更好的强韧性结合,变形后合金的屈服强度(YS)、极限抗拉强度(UTS)和伸长率(EL)分别达到212 MPa、303 MPa和21.7%。晶粒细化和Mg2Sn析出物的钉扎效应对强度的提高起到重要作用,此外,延展性的提高归因于基面纤维织构的弱化和非基面滑移系的激活。

滑动摩擦加工Mg-Sn-Zn-Al合金的组织和性能

利用滑动摩擦加工(SFT)方法对挤压Mg-7Sn-5Zn-3Al合金进行表面改性,研究了SFT合金的显微组织、力学和腐蚀性能。结果发现,SFT后,合金表层的晶粒显著细化,第二相体积分数明显减少且分布弥散。拉伸测试结果表明,SFT合金显示了优异的力学性能,其屈服强度、极限抗拉强度和伸长率分别为181 MPa、366 MPa和18.1%。SFT方法对合金的耐蚀性改善明显,呈现了低的平均腐蚀速率(4.51 mm/a)和腐蚀电流密度(197.2μA/cm^(2)),这主要与晶粒细化、第二相体积分数的减少以及弥散分布有关。

热处理对铸态Mg-Sn-Al-Zn-Si合金组织和性能的影响

研究了不同热处理制度对铸态Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金组织性能的影响。结果表明,固溶处理时,随着固溶时间延长,合金枝晶逐渐溶解、晶粒逐步球化,适宜的固溶处理制度为510℃×8 h,此时合金组织分布均匀,析出少量细小的二次颗粒相,延伸率较高;合金适宜的时效处理制度为200℃×16 h,此时偏聚在晶界处的合金相析出迁移,晶界清晰,组织均匀度高,合金屈服强度达到136.3 MPa,较铸态提升16.5%。510℃固溶8 h+200℃时效16 h处理后,组织均匀度和弥散程度进一步提升,抗拉强度和硬度分别达到178.2 MPa和59.6HB,相对铸态合金分别提升了21.6%和23.4%。

Sn-9Zn-xAl无铅钎料润湿性能

采用润湿平衡法测试了不同温度下Sn-9Zn-xAl无铅钎料在空气和氮气两种气氛下的润湿性能，研究探索了合金元素Al的添加量、气氛和温度对Sn-9Zn-xAl无铅钎料润湿性能的影响规律。结果表明，添加Al元素以后，Sn-9Zn-xAl无铅钎料的润湿性得到明显改善，在使用ZnCl2-NH4Cl助焊剂时，Al的最佳添加量为0．02％（质量分数），在使用免清洗助焊剂时，Al的最佳添加量为0．005％（质量分数）；采用氮气保护时，Cu基板表面张力提高，钎料的氧化减少、表面张力降低，明显改善了钎料在Cu基板上的润湿性能；在215—245℃时，温度升高使钎料的表面张力减小，提高了钎料的润湿性能。

Ga、Al对Sn-Zn钎料耐蚀及高温抗氧化性能的影响

采用侵蚀失重法研究Ga、Al对Sn-9Zn钎料在3.5%NaCl水溶液中耐腐蚀性的影响。结果表明,添加Ga元素后,腐蚀产物的粘附性提高,均匀覆盖在钎料表面上,提高了钎料的耐蚀性能;添加Al以后,Zn和Al被选择性腐蚀,腐蚀随着Al含量的增加而加剧。采用热重分析(TGA)和俄歇电子能谱(AES)研究Ga、Al对Sn-9Zn钎料高温抗氧化性的影响。结果表明,Ga可在钎料表面形成一层集肤层;Al可在钎料表面形成一层致密的氧化膜,两者均可阻挡空气中的氧向钎料内部扩散,从而大大改善钎料的高温抗氧化性。

Ga对Al-Zn-Sn系阳极合金电化学性能的影响

在三元Al-Zn-Sn系铝基合金中添加了一定量的Ga(0.01%～0.02%),采用恒电流法测定了Ga加入前后的合金电化学性能变化,通过金相显微镜和扫描电镜(SEM)观察阳极合金的微观组织特征。结果表明:合金中添加Ga能使开路电位、工作电位负移,电流效率提高;Ga加入量为0.015%时电流效率达到97.4%,腐蚀形貌均匀,表现出优良的综合电化学性能。通过极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)手段,对Ga活化前后的Al-Zn-Sn系合金的活化过程进行了初步分析。

AI对Sn-Zn钎料耐腐蚀及高温抗氧化性的影响

采用浸蚀失重法、动电位极化法和热重分析法(TGA)分别研究了Al对Sn-9Zn-Al在3.5%NaCl水溶液中耐腐蚀性能和高温抗氧化性能的影响。结果表明,随着Al含量的增加,Sn-9Zn-Al的腐蚀速率增大,腐蚀电位降低,耐腐蚀性能下降。试样腐蚀后的表面形貌SEM和EDS分析表明,Sn-9Zn-Al钎料中Zn和Al被选择性腐蚀,腐蚀产物主要为Zn和Al的氢氧化物,随着Al元素含量的增加,腐蚀产物增多,但不致密,不能形成钝化膜。热重分析试验表明,添加微量的Al可在熔融钎料表面形成一层致密的保护膜,从而大大改善钎料的高温抗氧化性能。

Sn－Zn钎料与Al的作用机制

用金相、扫描电镜（ＳＥＭ）和微区能谱分析研究了液态Ｓｎ－Ｚｎ共晶钎料与Ａｌ作用时的界面行为．结果表明，界面有两种作用，一是钎料中的Ｚｎ向Ａｌ晶界中渗透，在晶粒边缘形成Ａｌ－Ｚｎ固溶体；二是Ａｌ在某些界面点向Ｓｎ－Ｚｎ合金中突刺生长为针状Ａｌ－Ｓｎ－Ｚｎ固溶体晶须，从而进一步强化了钎料与母材的结合．

Mg-xSn-1.5Al-1Zn-1Si合金的高温力学性能研究

以Mg-xSn-1.5Al-1Zn-1Si合金为研究对象,分析了Sn含量、拉伸温度及断口形貌对高温力学性能的影响。结果表明:Sn含量对高温强度和塑性均有较大影响,随着Sn含量的增加,合金的高温强度和塑性均出现先升高后减小的趋势,Sn为5%时合金的强韧性达到较佳配合。合金的强度指标随温度升高而下降,200℃及以下条件下降低幅度不大,塑性指标随温度升高而增加,200℃及以上条件下变化显著。对于不同Sn含量的合金,高温拉伸断口形貌相似,都属于典型的韧性断裂,形貌特征与力学性能十分吻合。

时效处理对Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金组织性能的影响

研究了时效工艺对往复挤压Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金显微组织和力学性能的影响,并分析了时效处理的作用机制。结果表明:合金时效处理后晶粒尺寸略有增大,晶粒分布不均匀,晶粒直径10μm左右;晶界处的块状颗粒相部分溶解,在晶界或晶内析出1μm左右的二次颗粒相。时效后Mg-5Sn-1.5A1-1Zn-1Si合金的伸长率呈下降趋势,而抗拉强度、屈服强度和硬度大幅度升高,其中抗拉强度和屈服强度高达323 MPa和272 MPa。

固溶态Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金的演化过程分析

研究了固溶态Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金的显微组织,并从理论上分析了合金相的演化过程。结果表明合金经固溶处理后,合金晶粒出现明显球化,由树枝晶变为球状晶;合金相经溶解与脱溶,析出3~5μm的第二相颗粒。在固溶处理过程中,对于低熔点合金相,通过原子扩散或振动直接溶解到基体中,实现相的分解与形貌变化,对于高熔点合金相,通过基体中的元素浓度平衡实现扩散与分解。

Al-Ga-Mg-Sn-xZn阳极合金组织和腐蚀电化学性能

对不同Zn含量的Al-Ga-Mg-Sn-xZn系列阳极合金的组织及腐蚀形貌进行观察和分析,并测试了该系列合金在4 mol/L NaOH溶液中的析氢速率、开路电位、极化曲线等腐蚀电化学性能指标,研究了Zn对Al-Ga-Mg-Sn合金组织和腐蚀电化学性能的影响。结果表明:Al-0.1Ga-1Mg-0.1Sn-xZn合金中的析出相主要为富Sn相,合金元素Zn主要固溶于Al基体中,添加0.5%和1%(mass%)的Zn后,合金的耐蚀性提高,开路电位和恒电流放电工作电位均有所负移,Al-0.1Ga-1Mg-0.1Sn-1Zn合金的综合腐蚀电化学性能较好,在4 mol/L NaOH溶液中,稳定开路电位约-1.72 V(vs.Hg/HgO),析氢速率为0.202 mL·cm-2·min-1,100 mA·cm-2放电时工作电位达-1.41 V(vs.Hg/HgO),腐蚀形貌均匀。

铝-锡-锌轴承合金的性能与应用

对ＡｌＳｎＺｎ合金材料的研究发现，含适量Ｓｎ和Ｚｎ的轴承铝合金具有好的耐磨性，可用作小型轴承材料。含Ｓｎ量增加时，承载能力下降，只能做双金属或三金属轴承的表层材料。该铝合金的显微组织为硬的铝锌固溶体基体上分布着软的锡相质点，拥有优良的耐氨蚀性，成本较低，是化肥厂用轴承的首选材料。

铸态Zn-Al-Sn-Bi合金在模拟酸雨溶液中的腐蚀性能

分别制备了Zn-15Al-1Sn-0.1Bi,Zn-15Al-3Sn-0.1Bi,Zn-15Al-5Sn-0.1Bi,Zn-15Al-7Sn-0.1Bi合金试样,研究在锌中加入Al、Sn和Bi元素提高合金综合性能和酸雨环境下的耐腐蚀能力,通过金相显微镜、扫描电镜、EDS能谱分析,观察合金的微观组织特征及成分,并研究其在模拟酸雨溶液中的浸态腐蚀性能及电化学腐蚀性能,结果表明:Zn-15Al-5Sn-0.1Bi合金具有平均腐蚀速率低,自腐蚀电流密度小,硬度和强度高,耐酸雨腐蚀能力强等特点.

Mg-xSn-1.5Al-1Zn-1Si合金的高温变形特征

以Mg-x Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金为研究对象,在不同温度下进行拉伸试验,分析了该合金的高温变形特征。结果表明:当温度一定时,合金的屈服应力随合金元素含量的增加而增加;当合金元素含量确定后,临界应力随着温度的增加而减小。在高温拉伸过程中,镁合金材料外层金属变形量小,塑性较差;内层金属变形量大,塑性较好;这种差异性随着变形温度的升高而逐渐增大。在变形温度低于200℃时,合金具有较高的强度保持率,随着变形温度升高,抗拉强度下降幅度不大;在变形温度高于250℃时,合金的强度保持率较低,随着变形温度升高,抗拉强度下降幅度显著。

相变研究的重要性——以Spinodal分解示例

以Spinodal分解为例,说明相变研究的重要意义。铁素体不锈钢中呈现400-550℃时效脆性的原由为Spinodal分解而非有序化。介绍了含不溶区间及Spinodal线的Fe-Cr相图。Mn-Al-C钢奥氏体经Spinodal分解显示抗拉强度和屈服强度分别增至1120 MPa和1080 MPa,伸长率约30%,值得给予关注。Cu-15Ni-8Sn和Cu-15Ni-8Sn-0.2Nb合金由于Spinodal分解和有序析出相呈显著强化,并具良好应力松弛,高的弹性模量和导电性。Cu-Ni-Sn经Spinodal分解还会出现胞状或条状组织,称非连续Spi-nodal分解,铝合金时效时也会发生Spinodal分解,Co45Cu55薄膜通过Spinodal分解显示18%的最大巨磁阻。