發(fā)布時(shí)間：2021-11-16 02:38

　　以Sn-0.7Cu-Zn三元合金釬料為基礎(chǔ),研究添加不同含量的Bi元素對合金的熔點(diǎn)、電導(dǎo)率、潤濕性以及力學(xué)性能的影響。通過差式掃描量熱儀（DSC）、萬能拉力試驗(yàn)機(jī)分別對不同配比的釬料合金進(jìn)行熔點(diǎn)和力學(xué)性能測試,采用鋪展性試驗(yàn)法表征其在銅鋁板上的潤濕性能。研究表明:隨著Bi元素含量的增加,其熔點(diǎn)開始下降,但熔程會(huì)增加;電導(dǎo)率隨著Bi元素含量的增加而減少。隨著Bi元素含量的增加,四元合金釬料潤濕性能先增加后減少,Bi的含量為1%時(shí)可以大幅提高銅鋁板上的潤濕性能。Bi元素能影響合金的抗拉強(qiáng)度,但合金的伸長率會(huì)下降。 

【文章來源】：熱加工工藝. 2020,49(17)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

Bi對Sn-0.7Cu-Zn釬料在銅鋁板鋪展性能的影響

作為一種綜合性能良好的釬料，熔點(diǎn)是一個(gè)十分重要的特性。在Sn-0.7Cu-Zn三元合金中加入Bi元素后構(gòu)成四元合金，由于Bi元素本身的表面活性，可以降低釬料的熔點(diǎn)。被測試樣首先進(jìn)行一次加熱冷卻，待冷卻結(jié)晶后再進(jìn)行測試，這樣確保熔點(diǎn)的準(zhǔn)確性。Sn-0.7Cu-Zn-x Bi合金的DSC曲線如圖1所示。從圖1可以觀察到，Sn-0.7Cu-Zn(10#）合金的熔點(diǎn)為226.2℃與共晶的Sn-0.7Cu相當(dāng)。Sn-0.7CuZn-(0.5～3)Bi含量的熔點(diǎn)分別為225.6、224.2、222.9、221.9、220.4、219.7℃，并且在整個(gè)測試溫度范圍內(nèi)只有一個(gè)吸熱峰，隨著Bi元素含量的提高，四元合金釬料的固相線、液相線均有所降低，每增加0.5%的Bi元素，合金熔點(diǎn)平均下降約為1℃。表2為Sn-0.7Cu-Zn-x Bi釬料合金的熔化溫度。從表2中可以觀察到Sn-0.7Cu-Zn-x Bi釬料合金的起始溫度與終止溫度，表明Bi元素的添加對Sn-0.7Cu-Zn三元合金熔化過程的起始與終止溫度影響較小，每增加或減小0.5wt%偏差大約為1℃。但隨著釬料合金起始溫度的降低，釬料合金熔化的熔程總體上呈增大趨勢，由此可見添加不同含量的Bi元素等可以明顯降低合金的熔點(diǎn)，但是由于Bi金屬本身的易脆性，熔程的增大會(huì)使合金熔化時(shí)易產(chǎn)生糊狀，從而影響液態(tài)釬料鋪展時(shí)的流動(dòng)性。電導(dǎo)率的的測試結(jié)果如表3所示。通過添加Bi元素（0.5wt%～3wt%）后，平均電導(dǎo)率由8.77 m S/m下降到7.83m S/m，說明含Bi的Sn-0.7Cu-Zn無鉛釬料合金的導(dǎo)電性能下降。影響金屬電導(dǎo)率的因素有外界溫度、釬料合金本身形成的相結(jié)構(gòu)以及粗糙加工造成的變形。合金本身相結(jié)構(gòu)以及加工工藝的粗糙度成為了制約電導(dǎo)率的主要因素，由于Bi本身導(dǎo)電導(dǎo)熱性能較差，因此加入后和合金本身形成的金屬間化合物都會(huì)使合金的電導(dǎo)率下降。此外隨著Bi元素的增加，合金釬料的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生畸變，電子散射增大，導(dǎo)致電導(dǎo)率下降[14]。相比于Sn-0.7Cu-Zn合金添加0.5%的Bi元素有助于電導(dǎo)率的變化，但變化并不明顯。

潤濕性是檢驗(yàn)釬料焊接是否良好的一個(gè)重要指標(biāo)，由于操作簡單，可以直觀快速評價(jià)釬料的潤濕性能。潤濕性實(shí)質(zhì)上是將液態(tài)的金屬鋪展到固態(tài)的基底上實(shí)現(xiàn)有效的連接問題。液態(tài)的物質(zhì)在自由狀態(tài)時(shí)，為了其自身的穩(wěn)定性，它力圖永久保持一種球形的狀態(tài)，但是當(dāng)液體和固體在表面接觸時(shí)，液體將改變其狀態(tài)，這種變化取決于液體內(nèi)部的內(nèi)聚力以及液體對固體附著力。當(dāng)內(nèi)聚力大于附著力時(shí)，液體不能粘附在固體表面，因而有了球狀、潤濕角較大的半球狀，為不潤濕；當(dāng)附著力大于內(nèi)聚力時(shí)，液體能夠粘附在固體的表面，鋪展呈平面，為潤濕[15]。潤濕試驗(yàn)結(jié)果的鋪展照片如圖2所示。在銅鋁界面上5#(Sn-Zn-0.7Cu-Bi）的潤濕性相對較好，且在對比10#(Sn-Zn-0.7Cu）釬料時(shí)發(fā)現(xiàn)潤濕過程中沒有形成良好的合金層。合金焊接表面明顯昏暗無光澤，這是因?yàn)樵诤附舆^程中Zn元素產(chǎn)生了氧化反應(yīng)，形成的氧化膜所致。Sn-0.7Cu-Zn-XBi合金在銅界面上的潤濕面積相差不大且表面并沒有明顯缺陷，相對于在鋁界面上發(fā)現(xiàn)6#合金呈半球狀，并沒有完好地鋪展在鋁基底的表面，因此其潤濕性較差，在4#、7#、8#、10#上有明顯的小孔缺陷，這可能是因?yàn)樵黾覤i元素含量后流動(dòng)性變差，導(dǎo)致鋪展效果不佳。圖3為270℃下Sn-0.7Cu-Zn-x Bi釬料合金在銅鋁板上的鋪展面積比較。在鋁界面Bi的含量范圍在0.5%～1%時(shí)，Sn-0.7Cu-Zn釬料的鋪展面積迅速上升；當(dāng)添加Bi的含量超過2%后，其鋪展面積呈現(xiàn)下降趨勢。對于銅板來說，雖然增加Bi的含量使其鋪展面積上下起伏，但是在Bi的含量為1%時(shí)鋪展面積最大，所以綜合在銅鋁板上的潤濕性與Sn-0.7Cu-Zn-x Bi的鋪展面積對比得出，當(dāng)Bi的含量為1%時(shí)釬料在銅鋁板的潤濕性最佳。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3498015