發(fā)布時間：2018-02-06 01:18

  本文關(guān)鍵詞： 鍍覆制備 過飽和釬料 熱擴(kuò)散 亞穩(wěn)態(tài)相 力學(xué)性能　出處：《機(jī)械科學(xué)研究總院》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文將表面鍍覆技術(shù)應(yīng)用于釬焊材料制造領(lǐng)域,提出鍍覆—熱擴(kuò)散組合工藝制備過飽和銀銅鋅錫釬料的新方法,突破熔煉合金化制備銀銅鋅錫釬料的傳統(tǒng)極限。通過鍍覆—熱擴(kuò)散組合工藝提高銀釬料中Sn含量,實現(xiàn)銀釬料組織和性能的優(yōu)化,制備過飽和銀銅鋅錫釬料。采用過飽和釬料以火焰釬焊、感應(yīng)釬焊工藝連接黃銅、不銹鋼,研究Sn含量對釬焊接頭組織和性能的影響規(guī)律,并利用熱力學(xué)原理研判試驗結(jié)果。將過飽和釬料及其釬焊工藝性與相當(dāng)Sn含量的釬料進(jìn)行對比。主要研究結(jié)論如下：(1)鍍覆制備工藝優(yōu)化。采用電流密度、鍍液溫度、極間距等多參數(shù)協(xié)同控制鍍層厚度,通過鍍層厚度調(diào)控過飽和釬料中Sn含量,優(yōu)化鍍覆制備工藝。其中最佳電鍍—熱擴(kuò)散組合工藝為：①電鍍：電流密度4 A/dm2,鍍液溫度40℃,極間距22 mm,超聲波功率240 W,超聲波頻率45 kHz,時間7.5 min。②熱擴(kuò)散工藝：溫度220℃,時間24 h。用最佳工藝制備的過飽和釬料中Sn含量最高達(dá)7.2%,比傳統(tǒng)方法提高約31%。(2)帶錫鍍覆層釬料的擴(kuò)散機(jī)制研究。揭示了擴(kuò)散溫度、時間與釬料組織和性能的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)在成分與幾何分布相對不變的條件下,通過調(diào)控擴(kuò)散參數(shù)可獲得預(yù)期組織。隨著擴(kuò)散溫度升高和擴(kuò)散時間延長,過飽和釬料的熔化溫度區(qū)間縮小,擴(kuò)散過渡區(qū)厚度增加。擴(kuò)散過渡區(qū)主要由Cu3Sn相和Ag3Sn相組成,Sn元素在過渡區(qū)分布均勻、無偏析。揭示擴(kuò)散過渡區(qū)的形成機(jī)制為“釬接、互擴(kuò)散、亞穩(wěn)態(tài)、合金化”。推導(dǎo)、建立了200℃和220℃時擴(kuò)散過渡區(qū)生長的本構(gòu)方程,發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散過渡區(qū)厚度隨擴(kuò)散溫度升高和擴(kuò)散時間延長呈指數(shù)增加。(3)過飽和釬料的性能優(yōu)化。通過擴(kuò)散Sn含量優(yōu)化釬料成分,調(diào)控過飽和釬料的熔化溫度、潤濕性及力學(xué)性能,獲得Sn含量對釬料性能的影響規(guī)律。隨著Sn含量升高,過飽和釬料的DSC吸熱峰向左偏移、熔化溫度區(qū)間縮小、潤濕面積增大、抗拉強(qiáng)度增高。與同等Sn含量的傳統(tǒng)釬料相比,過飽和釬料的熔化溫度區(qū)間縮小3.65%-14.5%,潤濕面積提高7.8%-22.6%,抗拉強(qiáng)度略低。在Sn含量為7.2%時,過飽和釬料的熔化溫度為642～676℃,潤濕面積為481mm2。(4)過飽和釬料釬焊接頭的組織和性能研究。用不同Sn含量的過飽和釬料連接H62黃銅、304和316LN不銹鋼,揭示釬焊接頭組織、性能與Sn含量的變化規(guī)律,并與傳統(tǒng)釬料釬焊接頭性能進(jìn)行對比。當(dāng)Sn含量低于5.5%時,過飽和釬料釬焊接頭組織主要由富Cu相、Ag相、CuZn相、CusZn8相組成。當(dāng)Sn含量高于5.5%時,過飽和釬料釬焊接頭組織主要由富Cu相、Ag相、CuZn相、CuZn8相、Cu41Sn11相、Ag3Sn相組成。隨著Sn含量升高,過飽和釬料釬焊接頭的抗拉強(qiáng)度整體呈現(xiàn)增高趨勢。在Sn含量為5.5%和6.0%時,過飽和釬料連接的316LN不銹鋼和304不銹鋼/H62黃銅釬焊接頭的抗拉強(qiáng)度分別為415 MPa和395 MPa,比同等Sn含量傳統(tǒng)釬料釬焊接頭的抗拉強(qiáng)度(430.5 MPa.407 MPa)略低。主要原因是過飽和釬料中Cu3Sn相和Ag3Sn相比例隨著Sn含量升高而增加,導(dǎo)致釬焊接頭強(qiáng)度略低于傳統(tǒng)釬料。(5)過飽和釬料的熱力學(xué)特性。提出過飽和釬料釬焊工藝熵和接頭性能熵的數(shù)學(xué)表達(dá)式,理論分析Sn含量與釬料潤濕性、釬焊接頭力學(xué)性能的關(guān)系,與相同Sn含量的傳統(tǒng)釬料相比,過飽和釬料的釬焊工藝熵值更小、接頭性能熵值略高。試驗結(jié)果證實釬焊工藝熵和接頭性能熵的表達(dá)式在一定程度上可定量預(yù)測過飽和釬料的釬焊工藝性和接頭力學(xué)性能。(6)釬焊接頭的耐蝕性評價。采用3.5%NaCl水溶液模擬海水環(huán)境,評價不同釬焊接頭的耐蝕性。過飽和釬料連接的304不銹鋼/H62黃銅和316LN不銹鋼釬焊接頭在腐蝕液中分別浸泡2.5 h和4h后,前者在釬縫與304不銹鋼母材界面出現(xiàn)較長的腐蝕溝,后者在釬縫與母材界面附近發(fā)生電偶腐蝕。原因是前者304不銹鋼在腐蝕液中的縫隙腐蝕程度隨著釬縫面積的減小而增加,后者316LN不銹鋼與釬縫在接頭界面附近產(chǎn)生電位差。本文在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃,2012CB723902)和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃,2012AA040208)支持下完成。
[Abstract]:A new method for preparing supersaturated silver - copper - zinc - tin solder by plating - thermal diffusion combined technology is presented in this paper . The influence of Sn content on the microstructure and properties of brazing joints is studied by means of plating - thermal diffusion combined process . The optimum plating - thermal diffusion combination is as follows : ( 1 ) electroplating : current density 4 A / dm ~ 2 , bath temperature 40 鈩，

本文編號：1493234