發(fā)布時間：2020-09-01 11:57

　　 由于鋁合金具有較低的密度,良好的導電性和導熱性等方面的綜合優(yōu)勢,已被普遍應用于LED、波導管換熱器等。低溫焊接已經(jīng)成為確保工作部件定位和精度的首選方法,近年來引起了廣泛的研究。Sn-Zn系合金已被廣泛認為是鋁合金低溫釬焊最方便可靠的焊料。然而,LED用鋁合金需要在180℃以下施焊,目前還未有可使用的焊料。有研究表明,納米級焊料可以實現(xiàn)在低溫下焊接以得到更致密以及良好可靠性的接頭。因此,納米Sn-Zn作為低溫釬焊材料具有重要的研究意義,近年來成為LED封裝領(lǐng)域的新興課題之一。本課題從實現(xiàn)低溫低壓無鍍層釬焊的角度出發(fā),主要確定制備納米顆粒的最佳表面活性劑(PVP)含量,并在Sn9Zn納米焊料的基礎(chǔ)上,添加不同含量的納米Al_2O_3粒子制備顆粒增強的納米復合焊料,進而利用其尺寸效應將其應用于低溫釬焊,并對Sn9Zn納米焊料在釬焊方面的應用進行分析討論。并且系統(tǒng)研究了釬焊工藝參數(shù)(連接溫度、保溫時間等)對釬縫的微觀形貌以及機械性能方面的影響規(guī)律,并結(jié)合XRD、SEM、EDS等測試方法對釬焊界面的連接行為機理進行了探討。本研究利用液相化學還原法成功合成了低熔點的Sn9Zn納米焊料。綜合比較采用不同含量PVP制得的納米焊料,結(jié)果表明PVP含量顯著影響著納米顆粒的粒徑形貌及熔化性能等。當加入10wt.%的PVP時,納米顆粒的直徑為23nm,相較PVP加入量為5wt.%時減小了21.7%。并且熔點與粒徑的結(jié)果吻合良好,Sn9Zn-P10的熔點為82.35℃,比Sn9Zn-P5的熔點降低了8.51℃。XRD測試表明所制備的納米焊料為納米非晶結(jié)構(gòu),并且PVP含量的增加顯著提高了非晶相的比例。利用上述不同PVP含量制備的Sn9Zn釬焊6061Al,Sn9Zn-P10對應于最小孔隙率的Al-Al釬焊接頭,接頭組織最為致密,在Al基體和燒結(jié)的Sn9Zn納米顆粒之間實現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合,界面處產(chǎn)生了一層Al_2Zn_3,這是Zn原子和母材原子之間快速擴散的結(jié)果。剪切斷裂的位置主要位于焊料層中,表現(xiàn)出塑性斷裂的特征,同時強度最高為17.6MPa,比Sn9Zn-P5釬焊接頭的抗剪強度提高8.64%,其對應的斷裂區(qū)為界面處。表明PVP含量顯著影響著納米焊料與母材金屬之間的冶金反應,且PVP的最佳含量為10wt.%。本文分析了釬焊工藝和納米Al_2O_3增強相對接頭性能的影響,研究表明隨著連接溫度的上升,接頭抗剪強度先增加后下降,180℃的連接溫度對應的抗剪強度較160℃時提高了38.58%。而過高的連接溫度對應于過多的界面反應層,使接頭組織和性能變差。而延長保溫時間會使接頭的抗剪強度不斷增加。保溫時間為5min對應的釬焊接頭呈現(xiàn)致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),并在斷面處可觀察到一定的塑性變形,其對應的抗剪強度比保溫時間為3min增加了37.5%。隨著納米Al_2O_3顆粒的加入,Sn9Zn-xAl_2O_3復合焊料的熔點呈現(xiàn)一定程度的降低,Sn9Zn-5Al_2O_3的熔點比原Sn9Zn納米焊料的熔點下降了1.21℃。釬焊接頭的抗剪強度隨著Al_2O_3顆粒添加量的增多先增加后下降,利用Sn9Zn-5Al_2O_3焊料釬焊6061Al獲得的接頭連接性能良好,斷面處出現(xiàn)了韌窩,表現(xiàn)為韌性斷裂特征,抗剪強度較原Sn9Zn焊料對應的釬焊接頭提高近4.6%。而當納米Al_2O_3粒子加入量為10wt.%時,斷面中出現(xiàn)了偏聚的Al_2O_3粒子,容易形成裂紋源,對接頭性能不利,其抗剪強度為17.7Mpa。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG425

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本文編號：2809700