微量元素对Sn-Cu无铅钎料性能影响的研究

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1、摘要摘要本研究首先以Sn．0．7Cu系无铅钎料合金为基础，添加微量的P、Ge、Ga、RE元素，通过280。C大气环境下氧化试验，得到含有不同微量元素无铅钎料的表面氧化状况，通过对氧化试验结果的对比及分析，研究了不同微量元素对Sn．0．7Cu无铅钎料抗氧化性能的影响。试验结果表明：微量P、Ge、Ga元素均提高了Sn．0．7Cu无铅钎料的抗氧化性能，而微量RE元素降低了Sn．0．7Cu无铅钎料的抗氧化性能。当P和Ga同时添加时，得到Sn．0．7Cu．P．Ga无铅钎料的抗氧化性能高于Sn．0．7Cu．P和Sn-0．7Cu．Ga的抗氧化性能。另外，本研究以Sn一0．7Cu系无铅钎料合金为

2、基础，添加微量的P、Ge、Ga、RE元素，通过蠕变疲劳试验，得到含有不同微量元素无铅钎料的蠕变疲劳断裂寿命。通过对蠕变疲劳试验结果的对比及分析，研究了不同微量元素对Sn．0．7Cu无铅钎料蠕变疲劳性能的影响。试验结果表明：抗蠕变疲劳寿命的排序为：Sn．0．7Cu．0．005P

3、添加，促使Sn．0．7Cu无铅钎料接头的金属间化合物组织粗化，且使微观组织分布不均匀，使金属间化合物得到明显长大，由于粗大金属间化合物的脆性，致使Sn．0．7Cu．0．005P和Sn．0．7Cu．0．00075Ga合金钎料接头的蠕变疲劳寿命相对较低；Sn．0．7Cu．0．05Ge和Sn．0．7Cu．0．1RE无铅钎料接头断口中均含有典型的韧窝结构，且均匀分布，钎料内部组织细小，使得该合金钎料接头的蠕变疲劳断裂寿命相对较长。本文还重点研究了微量P元素对Sn-0．7Cu系无铅钎料合金综合性能的影响。试验测定了无铅钎料的熔化温度、铺展性能、抗氧化性能、剪切强度和接头蠕变疲劳寿命，并分析

4、了无铅钎料接头的组织形貌及特征。试验结果表明：在Sn．0．7Cu中添加微量的P元素，提高了无铅钎料的抗氧化性能，明显改善了无铅钎料的表面光亮度；提高了Sn．0．7Cu无铅钎料合金的铺展性能，增大了铺展面积，减小了润湿角；对Sn．0．7Cu无铅钎料接头的力学性能几乎没有影响，Sn．0．7Cu无铅钎料合金接头的剪切强度为41．45MPa，而Sn．0．7Cu．0．005P无铅钎料接头的剪切强度为40．97MPa：对无铅钎料的熔化温度基本无影响，Sn．0．7Cu无铅钎料合金熔化温度峰值为227．0℃，Sn．0．7Cu一0．005P无铅钎料合金熔化温度的峰值为226．7℃；降低了钎料接头的

5、蠕变疲劳寿命，在恒定应力为2MPa的蠕变疲劳试验中，Sn．0．7Cu无铅钎料接头的蠕变疲劳寿命为919min，Sn．0．7Cu．0．005P无铅钎料接头的蠕变疲劳寿命为337mimSn．0．7Cu无铅钎料钎焊接头的显微组织与Sn．0．7Cu．0．005P无铅钎料钎焊接头的相近，金属间化合物层(IML)均呈锯齿状北京工业大学工学硕士学位论文分布在钎料和基体Cu的界面处，但添加微量P元素的Sn．0．7Cu无铅钎料接头的金属间化合物的厚度比较大且厚度不均匀，嵌入钎料内部的峰值也比较尖锐，IML向着钎料内部长大的趋势较强。由于厚度较大的金属间化合物脆性较大，裂纹容易在IMCs聚集处萌生和

6、扩展，导致钎料接头极容易失效。然而，在Sn．0．7Cu无铅钎料接头中，IML的厚度较小，且界面处的组织更加平滑、均匀，致使钎料接头具有较高的连接强度。本文通过微量元素对Sn-O．7Cu无铅钎料性能影响的研究，进一步阐述了微量元素改性Sn．0．7Cu无铅钎料的研究建议，最终为微量元素对无铅钎料性能影响的应用提供理论依据和发展方向。关键词无铅钎料；微量元素；抗氧化性能；蠕变疲劳ABSTRACTABSTRACTInthepresentinvestigationSn—O．7Cu1ead．freesolderalloywasselectedasabasealloy．Traceamounto

7、fP’Ge，GaorREwasaddedintoSn．0．7Cuthebasealloy．Theexperimentonoxidation-resistancebehaviorofthe1ead．freesolderswascarriedoutat280℃undertheconditionsofatmosphere．Theeffectofdifferenttraceelementsontheoxidation．resistanceofSn．0．7Cu1ead．freesolder