新型控温易熔合金的设计与性能研究

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1、摘要易熔合金，是指熔点低于232℃(Sn的熔点)的低熔点合金；通常由Bi、sn、Pb、In等低熔点金属元素组成。易熔合金常被广泛地用做焊料，以及电器、蒸汽、消防、火灾报警等装置中的保险丝、熔断器等热敏组件，是一类颇具发展潜力的新型材料。但目前对易熔合金的基础理论、成型工艺等方面，尚缺乏系统的研究。本文利用现有的合金相图及正交设计方法，从控温易熔元件的特点及符合环保的要求出发，对Bi—Pb—Sn—Cd四元和Bi—Sn—In三元易熔合金的成分进行了优化设计，进而利用示差扫描量热分析仪(I)SC)、显微硬度计、x射线衍射仪(XRD)、扫描

2、电镜(SEM)等对易熔合金的组织、结构、熔化特性、硬度、剪切强度、抗拉强度等进行了研究。实验结果表明，Bi．Pb．Sn．Cd易熔合金主要由Bi、Pb7Bi3、Sa和Cd相组成；Bi．Sn—In易熔合金由Bi、Sn、Bi

3、n、Y、B、Bi31n5、Biln2和lnBi相等组成。对Bi—Pb—Sn—Cd四元易熔合金，合金的液相线和熔程随cd含量的增加而逐渐降低；cd元素对合金熔程、剪切强度、抗拉强度的影响最大；sn元素的影响次之；Pb元素的影响最小。对Bi-sn—In三元易熔合金，合金的熔化区间较小，流动性好。钎焊接头的抗拉强度随ln含

4、量的增加呈线性下降；随Sn含量的增加而上升。通过成分的优化设计，研制出成分为50Bi一24Sn．20Pb一6Cd的低铅低镉型易熔合金，及无铅无镉的42．6Bi．40．4Sn．17．01n合金；两类合金的熔点、熔程、硬度、抗拉强度与现行Bi．Pb-Sn．Cd四元共晶易熔合金的性能接近，符合74℃中温消防用易熔元件的要求。关键词：易熔合金Bi—Sn．Pb．Cd合会Bi—Sn．In合金熔点机械性能ABSTRACTFusiblealloysarethealloyswiththemeltingpointbelow232。C(meltingpo

5、intofTin)，andnormallycomposedbybismuth，lead，tin，andindiumelementsindifferentproportionsdependingonthedesiredproperties．Thesealloysarewidelyusedassolders，electricfuses，safetyplugsinbuildingsprinklersystemsandotherspecialapplications．UptOnow，thereisnotSOmuchinformationab

6、outthebasicaspectsoffusiblealloys，SOitisquitenecessarytoinvestigatethedesign，phasediagram．propertiesofthesealloys．Accordingtothephasediagramfoundandorthogonaldesignmethods，optimalcompositionofBi-·Pb—Sn··CdalloysandBi·-Sn--Inalloysaredesignedbyconsideringthecharacterist

7、icsofheat—responseapplicationsandtherequirementfortheenvironmentalprotection．Themicrostructure，meltingbehaviors，hardness，shearstrengthandtensilestrengthofBi—·Pb—-Sn—-CdalloysandBi-·Sn·-Inalloyshavebeendeterminedbyopticalmicroscopy,DSC，microhardnesstester，XRD，andSEMtech

8、niques．TheresultsareshownthatBi—Pb—Sn-CdalloysarecomposedofBi，PbTBi3，SnandCdphases；whereasBi—Sn—InalloysarccomposedofBi，Sn，Biln，Y，B，Bi3In5，Biln2andInBiphases．TheliquidusandmeltingrangeofBi-Sn-Pb—CdalloysdecreasewiththeincreaseofCdcontent．Theeffectofalloycompositionsont

9、hemeltingrange，shearstrengthandtensilestrengthofBi—Sn·Pb—CdsolderingjointsarereducedbytheorderofCd，SnandPbelement．Bi-