SnAgCuRE钎料合金的力学性能及其钎焊接头的组织与性能

对真空条件下制备的SnAgCuRE钎料合金的力学性能及其钎焊接头的组织与性能进行了研究。试验结果表明:当稀土(RE)的添加量小于0.1%(质量百分比)时,RE均匀地分布在钎料合金中,减少了共晶组织的比例,同时细化富Sn相,提高了其力学性能。接头处钎料与Cu试样间的界面层厚度会由于RE的加入而发生变化,且在添加量小于0.1%时其厚度减小同时界面层更加平滑,此时接头的剪切强度达最大值36MPa。

Ni对SnAgCuRE钎料及其钎焊接头性能的影响

以商用Sn3.8Ag0.7Cu为参照系,研究了Ni对Sn2.5Ag0.7Cu0.1 RE钎料合金及其钎焊接头性能的影响。研究结果表明,添加0.05%(质量分数)Ni能在不降低Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金抗拉强度的同时显著提高其伸长率,是商用Sn3.8Ag0.7Cu的1.4倍;相应地钎焊接头的蠕变断裂寿命最长,为未添加Ni时的13.3倍,远高于现行商用Sn3.8Ag0.7Cu的,满足微电子连接高强韧高可靠性无铅钎料合金系的需求。

RE对微连接用SnAgCuRE钎料合金组织及性能的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu系钎料合金为基础,添加少量的RE,研究RE添加量对合金组织、力学及物理性能的影响,以确定最佳RE添加量。

SnAgCuRE系钎料合金的润湿特性

选择商用水溶性钎剂,以润湿平衡法,研究了SnAgCuRE系钎料合金在表面贴装元器件上的润湿特性。结果表明:当w(RE)为0.1%时,预热15s,255℃钎焊5s,该钎料合金具有最大的润湿力1.510mN和最小的润湿角11.03°,与传统的Sn63Pb37钎料的润湿力相当,可满足表面组装元器件对其润湿性能的要求。

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。

TC4低熔蚀钎料设计及对接头组织和性能的影响

薄壁钛合金的焊接是制造高性能板翅式钛合金换热器的关键步骤,针对薄壁钛合金钎焊时母材熔蚀严重的问题,设计并制备了Zr-16Ti-9Cu-11Ni低熔点非晶箔带钎料,对TC4钛合金在840~980℃,保温时间10~120 min范围内进行钎焊,结合扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)以及透射电镜(TEM)分析了接头典型组织及其演变过程。结果表明,焊缝组织主要由(Ti,Zr)_(2)(Cu,Ni)化合物、α-Ti和β-Ti组成,随钎焊温度升高和保温时间延长,接头脆性相逐渐减少直至消失,母材熔蚀程度逐渐加重。通过接头抗剪强度对其性能进行评估,结果表明,当钎焊温度在940℃、保温时间10 min时,接头强度最优,为386 MPa,但此时母材熔蚀程度较大,不适合实际生产中的焊接;综合考虑母材熔蚀程度与接头抗剪强度,880~920℃为合适的生产温度区间;通过观察接头断裂路径及断口形貌,接头的断裂模式为脆性断裂。

混合钎料对镍基单晶高温合金大间隙钎焊接头组织和性能的影响

【目的】采用一种新型镍基钎料和母材成分一致的高熔点合金粉混合的方法制备出混合钎料,研究了添加的高熔点合金粉的粒径和配比对钎缝微观组织和力学性能的影响。【方法】采用扫描电子显微镜对钎焊接头的析出相、元素分布、微观组织进行了分析,并对钎焊接头的硬度及持久性能进行了测试。【结果】研究表明,接头主要由钎料合金区(FAZ)、界面连接区(IBZ)和扩散影响区(DAZ)三部分组成。钎料合金区主要由M3B2和M8B型硼化物及γ/γ′相组成。界面连接区由γ和γ′沉淀强化相组成。当合金粉粒径为44μm和75μm时,均可得到无缺陷的焊接接头;但当合金粉粒径尺寸达177μm时,钎缝内会形成孔洞缺陷。【结论】随着合金粉比例的提高,接头连接区的显微硬度有所上升。当合金配比由30%到50%,接头的持久寿命由15 h增加至34 h;但进一步提升比例至60%时,接头的持久寿命下降至0.6 h。该文的结果可为实现高温热端零部件的连接和修复工程应用提供理论依据和参考价值。

Gd改性Ni-Cr钎料钎焊金刚石组织和性能研究

本研究旨在减少钎焊金刚石的热损伤,提高钎焊金刚石的力学性能。采用Gd改性的Ni-Cr合金钎料,在1080℃保温5 min对金刚石进行真空感应钎焊试验,并利用SEM、EDS及XRD对钎料的微观组织和金刚石焊后界面微结构进行测试分析。结果表明,Gd的添加提高了Ni-Cr合金钎料的力学性能,钎料中生成了两种新的稀土化合物(Gd_(2)Ni_(17)和GdNi_(5))。添加适量的Gd可提高金刚石的出露度,且钎焊接头中生成的新型Gd_(2)Ni_(17)化合物有利于减少钎焊金刚石的热损伤。此外,当Gd的添加量为0.8%时,金刚石的暴露量达到其自身高度的62.1%,力学性能测试证实使用该钎料钎焊的金刚石的静压强度和磨削性能高于使用纯镍铬合金钎焊的钻石。

添加Sb对Sn-9Zn-3Bi/Cu钎料接头显微组织及力学性能的影响

采用钎料合金化研究添加Sb对Sn-9Zn-3Bi无铅焊点组织、熔点特性、润湿性、金属间化合物(IMC)厚度和剪切强度的影响。结果表明:钎料的熔点随Sb含量的增加而略微上升,钎料的铺展面积随Sb含量的增加从50.3 mm^(2)降低至36.6 mm^(2);添加Sb虽然没有改变焊点处钎料基体和界面IMC的显微组织类型,但细化了焊点显微组织,且焊点界面处的IMC厚度从18.6μm降低至16.8μm。随着钎料中Sb含量从0增加到1.5%(质量分数),Sn-9Zn-3Bi/Cu接头剪切强度从22.7 MPa增加到29.8 MPa,剪切强度的提高是显微组织细化、固溶强化及界面处IMC厚度降低共同作用的结果。

钎焊温度对BNi-2非晶钎料钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢组织和性能的影响

采用BNi-2非晶钎料成功钎焊了1Cr18Ni9Ti不锈钢,通过扫描电子显微镜及能谱仪对不同钎焊温度下钎焊接头的界面微观组织进行了表征及分析,并对钎焊接头的抗剪强度进行了测试,探究了钎焊温度对接头界面组织及力学性能的影响.结果表明钎焊接头的界面微观组织从钎缝中心到母材可以被分为3个区域,钎焊温度为1050℃时钎缝区主要为Ni基固溶体+Cr-B相,扩散区分布有Fe-Ni固溶体及细小条状的σ-FeCr相,晶间渗入区中奥氏体晶间处分布着σ-FeCr相及Cr-B相.随着钎焊温度的升高,B元素扩散速度不断加快,Cr-B相的晶间渗入程度加剧;钎缝中心的块状Cr-B相逐渐减小直至1150℃时消失,钎缝区组织均匀化.在温度的作用下,钎缝宽度呈现先减小后增大的趋势.而接头的抗剪强度呈先上升后下降的趋势;最大抗剪强度出现在1050℃时,约265 MPa;而接头的断裂形式主要以韧性断裂为主.利用阿伦尼乌斯方程得到了B原子的扩散活化能为8.18×10^(4)×nJ/mol,n为时间指数.

Ti_(43.76)Zr_(12.50)Cu_(37.49-x)Ni_(6.25)Co_(x)非晶钎料真空钎焊TC4钛合金/316L不锈钢

根据双团簇模型设计并制备了Ti-Zr-Cu-Ni-Co系非晶钎料,用于真空钎焊TC4钛合金和316L不锈钢,分析了钎料中Co元素含量对钎焊接头界面微观组织形貌、力学性能及断裂行为的影响规律.结果表明,钎焊接头可划分为TC4/扩散区(Ⅰ区)/钎缝中心区(Ⅱ区)/界面区(Ⅲ区)/316L,界面典型微观组织结构为TC4/β-Ti+Ti_(2)Cu/(Ti,Zr)_(2)(Cu,Ni)+Ti_(2)Cu+Ti_(2)(Cu,Ni)+TiFe/(Fe,Cr)_(2)Ti+α-(Fe,Cr)+τ+γ-(Fe,Ni)+σ/316L,随着Co元素含量的增加,接头剪切强度先升高后降低再升高,当Co元素含量为1.56%时达到最大310 MPa,不添加Co元素时,接头断裂于钎缝中心区(Ⅱ区);当Co元素含量为1.56%~6.24%时,接头断裂于靠近316L母材的界面区(Ⅲ区)附近,断裂模式为典型的解理断裂.

Ag-CuO-NiO-LiAlSiO_(4)复合钎料空气反应钎焊GH3128/Al_(2)O_(3)接头组织及性能

以Ag-CuO-NiO-LiAlSiO_(4)复合钎料对GH3128高温合金与Al_(2)O_(3)陶瓷进行空气反应钎焊(RAB)连接,研究了NiO和LiAlSiO_(4)添加量对钎焊接头显微结构和力学性能的影响,分析了接头的界面微观结构及其形成机制。结果表明,钎焊过程中,GH3128合金表面生成了包括CuCrO_(4)内氧化层和NiO外氧化层的复合氧化反应层,Al_(2)O_(3)陶瓷表面生成了以CuAl_(2)O_(4)为主要成分的界面层。NiO的添加明显改善了复合钎料在合金侧的润湿性,而锂霞石(LiAlSiO_(4))的添加减小了钎缝与母材间的热失配,极大地改善了键合接头的连接性能。最终,使用含0.3%NiO(质量分数)和4%LiAlSiO_(4)(质量分数)的Ag-10%CuO复合钎料钎焊GH3128合金和Al_(2)O_(3)陶瓷,获得了61.8 MPa的最大剪切强度。此时,接头界面结构为GH3128/CuCrO_(4)+CrNi3+NiO+CuO/Ag+CuO+LiAlSiO_(4)/CuAl_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)。

Ni-Ti-Mo钎料连接SiC陶瓷的微观组织与性能研究

为了缓解SiC陶瓷钎焊接头中的残余应力,提高接头的室温力学性能,采用Ni-Ti-Mo钎料来连接SiC陶瓷。结果表明:SiC/Ni-Ti-Mo/SiC接头结合良好,焊缝致密无孔洞。接头由界面反应区和焊缝中心区两个区域组成,界面反应区的微观组织为(Ti,Mo)C相,焊缝中心区的微观组织为Ni2Si和Ni3Si2以及大量的(Ti,Mo)C颗粒。接头中大量生成的(Ti,Mo)C相与SiC陶瓷母材的热膨胀系数相近,能降低接头的残余应力,提高了接头的力学性能。接头的平均室温剪切强度达为176±17 MPa,且断裂方式为母材断裂。

SnAgCuRE系无铅钎料与表面贴装元器件的润湿适配性

采用润湿平衡法选用商用水洗钎剂,研究SnAgCuRE系无铅钎料与表面贴装元器件的润湿适配性。研究结果表明,当Sn2.5Ag0.7CuxRE系钎料合金中RE添加量为0.1%时,在钎焊温度为250℃、预热时间为15s、浸渍时间为5s的情况下,其与表面贴装元器件具有较好的润湿适配性,即具有较大的润湿力、较小的润湿角,其润湿力达到现行商用Sn3.8Ag0.7Cu钎料的水平,完全能够满足表面组装行业对无铅钎料润湿性能的要求。

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.

熔炼气雾化制备钴基粉末钎料在GH4169合金钎焊中应用

采用真空感应熔炼结合气雾化的方法制备了钴基Co-Cr-Ni-Si-W合金粉末,该合金粉末球具有高形度高和良好的分散性,杂质元素含量低、熔化温度范围为1073℃~1113℃。将合金粉末与粘结剂混合制成CoCrNiSiW膏状钎料,并在GH4169高温合金上进行钎焊试验,研究了钎料在母材上的润湿性能,对比了不同粒度合金粉末的钎焊性能。结果表明,在钎焊温度1180℃、保温时间10 min条件下,CoCrNiSiW合金钎料可以在GH4169合金母材表面表现出良好的润温性。使用小于325目粉末钎焊的合金接头组织更均匀、气孔缺陷相对较少,因此接头强度更高,接头的抗剪强度为127 MPa,抗拉强度为369 MPa。

钎料合金蠕变行为及非耦合型本构理论研究进展

在严苛的服役环境与小型化结构设计需求的双重作用下,航天仪器设备所承受的载荷不断增加并愈加复杂,而焊点、引线等封装结构作为仪器设备的薄弱环节,一旦破坏往往会导致器件甚至设备功能丧失,为了提升仪器设备的环境适应性与可靠性,需要准确把握封装结构材料蠕变行为与损伤机理,完善钎料合金本构理论并提升材料蠕变性能预测精度,发展封装结构精细化仿真分析方法。本文梳理了钎料合金蠕变性能及其影响因素,回顾了非耦合型本构理论的发展历程与研究热点,分析了相关模型的预测能力,为深入理解钎料合金蠕变行为与性能预测奠定基础。

Ni添加对SnAgCuRE钎料组织与性能的影响

利用扫描电镜、X射线衍射仪等检测手段,研究了Ni添加对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料及其钎焊接头显微组织和性能的影响。结果表明,添加微量Ni能显著细化钎料显微组织,抑制钎焊接头界面区IMC的产生,降低IMC的厚度,提高钎料及钎焊接头的性能。当w(Ni)为0.05%时,钎料合金组织细小均匀,共晶组织所占比例增多,钎焊接头界面IMC薄而平整,钎料的伸长率及钎焊接头的剪切强度达到最大值,分别较未添加Ni时提高了14.7%和4.5%。过量的Ni添加会导致钎料及钎焊接头性能降低。

Y元素对Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石组织和性能的影响

钎焊金刚石工具因化学冶金结合方式而具备较高的结合强度,在陶瓷、半导体和玻璃等硬脆性材料的加工行业及轨道交通、航空航天等领域中拥有广泛的应用前景。虽然Ni基钎料钎焊金刚石工具在结合强度、耐磨性及服役环境方面具有一定的优势,但是较高的钎焊温度和化学侵蚀会对金刚石磨粒造成较为严重的热损伤,从而影响金刚石工具的工作效率和服役寿命。为了降低钎焊过程中金刚石的热损伤,采用掺杂Y元素的Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石,通过SEM研究了钎焊金刚石试样的界面微观形貌,使用拉曼光谱仪分析了钎焊金刚石试样的石墨化程度,同时还探究了钎焊金刚石试样的力学性能。结果表明,当Y元素的质量分数为0.8%时,钎焊试样的金刚石形貌最为完整,钎焊层硬度最高为533 HV_(0.1),金刚石出露度较高为76.2%且石墨化程度较低。另外,Y元素的添加细化了碳化物的尺寸,降低了碳化物微裂纹的产生。相较于未添加Y元素的钎焊试样,添加Y元素的金刚石钎焊试样的抗压强度提升了约50.4%,磨削性能提高了43.5%,金刚石的脱落数量最少。表明,用Y元素掺杂的Ni-Cr非晶钎料可成功制备出钎焊金刚石试样,同时还降低了钎料中的触媒元素对金刚石的侵蚀作用,改善了热损伤和磨削性能。本研究为非晶钎料在钎焊金刚石工具领域中的应用提供了可靠的理论支持,并为相关工业生产提供了新的技术路径,在降低生产成本和推动绿色生产方面具有一定的实际意义。

Sn和Ce元素复合添加对BAg5CuZn钎料钎缝组织与性能影响

研究了Sn和Ce元素复合添加对低银BAg5CuZn钎料熔化特性、铺展性能、钎缝组织及钎焊接头力学性能的影响.结果表明,随着低银钎料中Sn和Ce元素的复合添加,钎料的固、液相线温度显著降低,钎料在母材上的铺展面积增大,但当添加的Ce元素含量高于0.15%(质量分数)时,Ce元素会恶化钎料的铺展性能.适量的Sn和Ce元素的添加可以显著改善BAg5CuZn钎料钎缝的显微组织,当添加Sn和Ce元素含量分别达到2%和0.15%时,钎缝组织明显细化且分布最为均匀.然而,钎料中Ce元素添加量过多时,会倾向于Ag和Sn元素形成复杂的金属间化合物,并在组织晶界处析出,而使得钎缝组织的均匀性显著恶化.当钎料中的Sn和Ce元素含量分别为2%和0.15%时,其钎焊接头抗剪强度达到最大值495 MPa,相比于BAg5CuZn钎料钎焊的接头抗剪强度提高了23.1%.