本文選題：高溫軟釬料 + 鋅基釬料　； 參考：《吉林大學》2016年博士論文

【摘要】：釬料種類和牌號繁多,新型釬料層出不窮,尚缺乏熔化溫度范圍在350-500℃適合釬焊銅、鋼及其合金的高溫軟釬料。近年來,隨著技術(shù)創(chuàng)新與高技術(shù)產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn),對釬焊技術(shù)和釬料提出了新的要求,尤其是一些組織與性能對溫度和成分變化極為敏感的新型功能材料以及為了滿足復(fù)雜部件分步釬焊工藝的要求,需要通過釬料熔化溫度范圍的梯度變化,降低釬焊溫度,減小部件的變形和避免后道釬縫釬焊時造成前道釬縫的再熔化,也迫切需要熔化溫度在350-500℃的釬料。鋅的熔點是419℃,與銅和鋼的相互作用能力較強,通過添加合金元素,可獲得熔化溫度在350-500℃的釬料。本文綜合考慮合金化原理,結(jié)合相圖分析和前期研究基礎(chǔ),確定鋅(Zn)、錫(Sn)、銅(Cu)和鉍(Bi)為高溫軟釬料的基礎(chǔ)成分,試驗采用配方均勻設(shè)計方法,以熔化溫度、潤濕性能以及釬焊銅接頭剪切強度為指標,采用逐步回歸方法建立了目標函數(shù)的回歸方程,研究了合金元素及元素間交互作用對熔化溫度、潤濕性能和力學性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,元素Sn可顯著降低熔化溫度,提高釬料的潤濕面積;少量的元素Cu可顯著提高釬焊接頭的剪切強度;元素Sn與Cu、Sn與Bi存在交互作用,當Cu含量大于1.8%時,元素Sn對潤濕面積的影響較小;當Sn含量一定時,適當增加Bi含量可顯著增大潤濕性能,提高接頭剪切強度。在綜合考慮釬料熔化溫度范圍、釬縫成型和釬料熔煉等因素影響后,優(yōu)化設(shè)計出用于釬焊銅和鋼的含Sn量為4.0-7.0wt.%,含Cu量為1.7-2.3wt.%,含Bi量為1.0-2.0wt.%的最佳成分釬料,該釬料的熔化溫度393.41℃,潤濕面積203.99mm2,接頭剪切強度41.96MPa。系統(tǒng)研究了Zn-5Sn-2Cu-1.5Bi(ZSCB)高溫軟釬料及釬焊接頭界面微觀組織與性能。ZSCB高溫軟釬料鑄態(tài)組織由η-Zn基體、粗大的ε-Cu Zn5樹枝晶、針片狀β-Sn及析出相Bi組成,合金元素存在微觀偏析現(xiàn)象,釬料組織的均勻性差;Zn-5Sn-2Cu-1.5Bi高溫軟釬料拉伸強度125.24MPa,強度較低,釬料沿晶界或樹枝晶開裂,脆性較大。Zn-5Sn-2Cu-1.5Bi高溫軟釬料釬焊銅界面微觀組織由ε-Cu Zn5、γ-Cu5Zn8及β-Cu Zn反應(yīng)層組成,釬焊接頭室溫剪切強度為41.98MPa,延伸率0.42%;與Sn-38Pb和Sn-3.8Ag-0.7Cu釬料相比,Zn-5Sn-2Cu-1.5Bi釬焊接頭室溫剪切強度相近,塑性較差。采用變質(zhì)處理和快速冷卻方法細化釬料組織,研究了稀土、冷卻速度及冷速-稀土耦合作用對釬料微觀組織和性能的影響規(guī)律。稀土變質(zhì)劑對初生相ε-Cu Zn5及β-Sn/Bi形貌、尺寸和分布有明顯的變質(zhì)效果。隨稀土含量增加,初生相ε-Cu Zn5由粗大的花瓣狀枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧氶L的樹枝晶,含量增加,晶界β-Sn相由片狀和針狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?當稀土含量為0.05wt%時,釬料的拉伸強度為185.26MPa,延伸率為1.21%;與未添加稀土釬料相比,拉伸強度提高60.02%,延伸率增大70.42%;電化學腐蝕過程中生成的腐蝕產(chǎn)物膜致密性增大,釬料的抗腐蝕性能提高。冷卻速度對釬料鑄態(tài)組織中η-Zn相形貌及尺寸有較大影響。隨冷卻速度加快,釬料組織生成過飽和η-Zn固溶體;當冷卻速度為120℃/s時,固溶體η-Zn由柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶,晶粒尺寸為5.70-8.65μm,釬料的拉伸強度為193.56MPa,蠕變應(yīng)力指數(shù)為35.72,與自然冷卻釬料相比,拉伸強度和蠕變應(yīng)力指數(shù)分別提高了54.55%和34.49%。冷速-稀土耦合作用對鑄態(tài)釬料基體η-Zn相,初生相ε-Cu Zn5及晶界β-Sn/Bi相均發(fā)生變質(zhì)作用。冷速-稀土耦合作用得到的釬料組織由等軸晶η-Zn相、顆粒狀ε-Cu Zn5相及鑲嵌于η-Zn相的細小β-Sn/Bi組成,冷卻速度為120℃/s時,冷速稀土耦合作用釬料的拉伸強度為221.86MPa,延伸率為1.51%,與自然冷卻ZSCB高溫軟釬料相比,拉伸強度和延伸率分別提高了77.15%和112.68%。研究了工藝參數(shù)對ZSCB高溫軟釬料釬焊銅界面微觀組織和力學性能的影響,應(yīng)用熱力學和動力學理論,分析了界面反應(yīng)產(chǎn)物的演變過程,揭示了反應(yīng)產(chǎn)物的形成機制。隨釬焊溫度提高和保溫時間延長,釬焊界面反應(yīng)層厚度增大,反應(yīng)產(chǎn)物數(shù)量先增加后逐漸減少。當釬焊溫度T=450℃,保溫時間t45s時,界面由ε-Cu Zn5、γ-Cu5Zn8和β-Cu Zn反應(yīng)層組成,隨保溫時間延長ε-Cu Zn5與Cu原子發(fā)生界面反應(yīng)45nuu ZeeC-5C-4=+u ZC n,生成枝晶狀ε-Cu Zn4相,釬焊界面轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Cu Zn5、ε-Cu Zn4、γ-Cu5Zn8及β-Cu Zn四個反應(yīng)層,產(chǎn)物數(shù)量增加;當釬焊溫度T=450℃,保溫時間t90s時,ε-Cu Zn4與Cu原子發(fā)生界面反應(yīng),ε-Cu Zn4被消耗854ZngeC-3C-2=+Znu Cu u;繼續(xù)增加保溫時間,釬焊界面產(chǎn)物數(shù)量減少,由ε-Cu Zn4、γ-Cu5Zn8及β-Cu Zn反應(yīng)層轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Cu5Zn8和β-Cu Zn反應(yīng)層,其中ε-Cu Zn4相生成與消耗的反應(yīng)熵變分別為92.90J.K-1.mol-1和232.30 J.K-1.mol-1。釬焊界面反應(yīng)產(chǎn)物特征對釬焊接頭剪切強度有著顯著影響,當釬焊溫度T=450℃,保溫時間t=30s時,ZSCB/Cu接頭界面ε-Cu Zn5晶粒尺寸為2.32-3.51μm,反應(yīng)層總厚度為26.56-32.43μm,接頭剪切強度76.52MPa;當保溫時間t45s時,界面生成過度反應(yīng)相ε-Cu Zn4,接頭剪切強度降低(38.25MPa)。試驗采用Zn-5Sn-2Cu-1.5Bi-0.05RE釬料釬焊銅,界面產(chǎn)物ε-Cu Zn5和γ-Cu5Zn8的反應(yīng)激活能增大,界面反應(yīng)層厚度降低,ε-Cu Zn5晶粒細化,釬焊接頭剪切強度為92.63MPa,與ZSCB/Cu(T=430℃,t=30s)釬焊接頭相比,提高了120.76%。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG425.1

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本文編號：1759177