摘要
锡铅钎料在生产中发挥着举足轻重的作用，并且已经形成一整套完整的工艺流程。近些年来，人们的环保意识普遍提高，铅的危害性得到了广泛的认同。 本文采用合金化和复合钎料的方法，研究了两种SnPb的替代材料Sn-Ag系、Sn-Bi系无铅钎料。通过保护熔炼制备出所用钎料，使用X射线衍射仪、差示扫描量热仪、数字电导率仪、电子探针、布氏硬度计、万能拉伸试验机等设备，进行了X射线衍射、DSC测试、电导率测定、润湿性检测、钎焊接头剪切强度测试等试验，着重考察了微观结构、物理性能、力学性能及界面行为的变化，结果表明： 在Sn-Ag钎料中掺杂少量Y2O3纳米颗粒，显微组织中β-Sn和Ag3Sn相明显细化，组织得到明显改善，过量掺杂会导致组织恶化。DSC分析结果表明，随着含量的增高，熔点逐渐升高，熔程有扩大的趋势，但是变化幅度不大。铺展实验表明，加入0.2%Y2O3纳米颗粒铺展率达到最大值，润湿性最佳。加入Y2O3纳米颗粒没有改变结合层成分，但是结合层尺寸显著增加。硬度和剪切实验表明，适量纳米颗粒的加入能明显提高钎料的力学性能。 在Sn-Ag-Ni-Al钎料中，除了Ag3Sn强化相还存在Ni3Sn4和AlNi相，并且能作为形核质点明显减小Ag3Sn尺寸。DSC分析结果表明，加入Ni、Al元素后钎料的固相线温度变化不大，液相线温度上升，导致熔程扩大。微量Ni和Al的加入能提高润湿性，但随着Al含量提高，Al原子在表面富集，降低抗氧化性导致钎料润湿性急剧下降。加入Ni后，在结合层处生成了新的(Cu,Ni)6Sn5相，结合层生长加快，出现了孔洞；加入Al能抑制结合层生长，结合层孔洞消失。一定量的Ni和Al都能够提高钎料的剪切强度，但是要限制Al含量，以免不能形成完整的结合层。 在Sn-Bi钎料中加入Zn元素，能够改善粗大的Bi晶粒，但是加入In则促使Bi晶粒进一步粗大化，并且高于1%的In能促使Zn从β-Sn基体中析出，形成针状的富Zn相。加入Zn元素降低了液相线温度，缩小了熔程；加入In使固液相线温度大幅下降，并且熔程扩大，但符合使用要求。加入Zn元素提高了润湿性，而加入In元素润湿性随之下降。加入Zn元素虽然不能提高硬度，但是形成了强度更高的结合层，提高了剪切强度；而加入In元素导致结合层尺寸增加和组织粗化，容易产生应力集中，降低了剪切强度。
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