本文關(guān)鍵詞：梯度壓力下Al-50%Si合金的成形與組織性能研究

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【摘要】：Al-50%Si合金較低的密度、較高的導(dǎo)熱性和低的熱膨脹系數(shù),使其在電子封裝材料領(lǐng)域具有廣泛地應(yīng)用前景。熔煉鑄造法制備Al-50%Si合金具有成本低、工藝簡單的特點,但常規(guī)的熔煉鑄造法制備的合金顯微組織粗大、致密度較低。本文引入梯度壓力成形工藝,并結(jié)合磷變質(zhì)、外加合金粉細化組織等方法,實現(xiàn)了Al-50%Si合金組織的細化和致密化。通過OM、SEM、BSE、XRD等方法分析了細化并致密化后合金的顯微組織特征,并對其力學(xué)性能和物理性能進行了測試。研究中采用上、下兩個不同直徑的沖頭,對半固態(tài)的合金液進行擠壓成形。采取逐步加壓的方式,最終使上沖頭比壓達到190MPa,下沖頭的比壓達到315MPa實現(xiàn)了合金梯度壓力下的擠壓成形。分析表明,梯度壓力下成形合金的致密化效果比較理想。另外考慮到固態(tài)時,錫在鋁和硅中的溶解度近乎于零,且不發(fā)生合金化反應(yīng),利用其熔點低的特點,使其能夠在合金孔隙處最后凝固,由此能夠進一步提高合金的致密度。研究了梯度壓力下P的加入量對初晶硅的細化效果的影響。結(jié)果表明:當(dāng)加入0.6%P時,初晶硅的細化效果最好。加P變質(zhì)可以將初晶硅細化到100μm左右。同種合金粉與熔體有較好的潤濕性,通過機械攪拌的方法,使合金粉與熔體均勻混合,可以有效細化初晶硅。通過向熔體內(nèi)添加0.6%P+3%合金粉復(fù)合工藝,可以將初晶硅細化到90μm以下。研究了熱擴散處理對共晶硅形貌的影響,研究表明:在540℃溫度下保溫3h,纖維狀的共晶硅發(fā)生熔斷、球化變成球粒狀共晶硅,均勻地分布在基體當(dāng)中。熱處理后的合金試樣的抗拉強度由熱處理前的96.82MPa變?yōu)?02.96MPa。熱處理前合金的斷口沒有明顯的韌窩,為典型的脆性斷裂,熱處理后,斷口出現(xiàn)部分的韌窩,為混合斷裂方式。通過對不同工藝條件下成形合金的熱膨脹系數(shù)的測定,表明致密度對熱膨脹系數(shù)的影響不大。在25~225℃范圍內(nèi),梯度壓力下擠壓成形的合金其熱膨脹系數(shù)平均值為12.318×10-6/K。梯度壓力下擠壓成形的合金,在25~230℃溫度范圍內(nèi)其熱導(dǎo)率處于116.42~140.35W/(m·K)之間,而單沖頭擠壓成形的合金其熱導(dǎo)率處在105.97~127.23W/(m·K)之間。梯度壓力擠壓后的合金氣密性達到了4.7×10-9 Pa·m3/s。
【關(guān)鍵詞】：Al-50%Si合金 梯度壓力 變質(zhì)處理 致密化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG379;TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 課題背景及研究意義10
• 1.2 電子封裝材料簡介10-14
• 1.2.1 電子封裝材料的分類11-13
• 1.2.2 高硅鋁合金電子封裝材料的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 高硅鋁合金組織的細化處理14-16
• 1.3.1 高硅鋁合金的變質(zhì)處理14-15
• 1.3.2 機械攪拌添加合金粉細化初晶硅15-16
• 1.4 高硅鋁合金的制備16-21
• 1.4.1 噴射沉積法16-18
• 1.4.2 浸滲法18
• 1.4.3 粉末冶金18-19
• 1.4.4 擠壓鑄造19-21
• 1.5 本論文的主要研究內(nèi)容21-23
• 第2章 材料制備及實驗方案23-31
• 2.1 實驗原料23
• 2.1.1 原材料23
• 2.1.2 合金粉的選擇23
• 2.1.3 變質(zhì)劑的選擇23
• 2.2 實驗設(shè)備23-25
• 2.2.1 模具23-24
• 2.2.2 熔煉設(shè)備24
• 2.2.3 擠壓設(shè)備24
• 2.2.4 輔助設(shè)備24-25
• 2.3 實驗方案25-26
• 2.3.1 合金的熔煉25
• 2.3.2 初晶硅細化25
• 2.3.3 擠壓工藝參數(shù)25-26
• 2.3.4 合金熱處理26
• 2.4 組織觀察分析26-27
• 2.4.1 顯微組織觀察26-27
• 2.4.2 SEM觀察分析27
• 2.4.3 能譜分析27
• 2.4.4 材料的物相分析27
• 2.5 合金的性能測試27-31
• 2.5.1 硬度測試27
• 2.5.2 拉伸性能測試27-28
• 2.5.3 合金的密度分析28
• 2.5.4 熱膨脹系數(shù)測定28-29
• 2.5.5 熱導(dǎo)率測定29-30
• 2.5.6 合金氣密性檢測30-31
• 第3章 梯度壓力下Al-50%Si合金制備及組織分析31-55
• 3.1 引言31
• 3.2 梯度壓力下擠壓成形工藝方案31-36
• 3.2.1 梯度壓力與固相體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系31-33
• 3.2.2 梯度壓力的實現(xiàn)33-36
• 3.3 P變質(zhì)Al-50%Si合金36-39
• 3.3.1 P對Al-50Si%合金中初晶硅的影響36-38
• 3.3.2 P的作用機理38-39
• 3.4 機械攪拌添加合金粉末細化初晶硅39-44
• 3.4.1 機械攪拌添加合金粉末的處理工藝39
• 3.4.2 合金粉末添加量對初晶硅的影響39-41
• 3.4.3 合金粉對細化初晶硅的作用41-44
• 3.5 復(fù)合工藝對初晶硅的影響44-47
• 3.5.1 沿圓錠試樣徑向初晶硅的組織變化44-45
• 3.5.2 復(fù)合工藝細化后硅相分布45-47
• 3.6 致密化組織47-53
• 3.6.1 不同擠壓工藝對合金致密化的影響47-50
• 3.6.2 Sn對合金致密化的影響50-52
• 3.6.3 壓力作用下初生硅相的破碎52-53
• 3.6.4 致密化后合金的致密度53
• 3.7 本章小結(jié)53-55
• 第4章 Al-50%Si合金性能研究55-76
• 4.1 引言55
• 4.2 熱處理后Al-50%Si合金共晶組織的演變55-58
• 4.2.1 熱處理參數(shù)確定55
• 4.2.2 熱處理對合金顯微組織的影響55-57
• 4.2.3 熱擴散處理對共晶硅形態(tài)的作用機理57-58
• 4.3 Al-50%Si合金的力學(xué)性能58-63
• 4.3.1 不同擠壓工藝對抗拉強度的影響58-59
• 4.3.3 拉伸斷.分析59-62
• 4.3.4 Al-50%Si合金顯微硬度62-63
• 4.4 Al-50%Si合金的物理性能63-73
• 4.4.1 熱膨脹系數(shù)63-68
• 4.4.2 熱導(dǎo)率68-72
• 4.4.3 氣密性72-73
• 4.5 Al-50%Si合金的機械加工性能73-74
• 4.6 本章小結(jié)74-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻78-85
• 致謝85

【參考文獻】

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本文編號：1076132