半固態(tài)Sn-52Bi合金擠壓制備小直徑絲材工藝與性能研究.pdf

1、Sn-Bi合金是一種熔點在139℃至232℃區(qū)間，最為接近傳統(tǒng)Sn-Pb合金融化溫度的環(huán)境友好型低熔點合金。該合金以低熔點、良好濕潤性及豐富礦產(chǎn)資源等特性而被廣泛應(yīng)用于低溫釬焊材料、溫度敏感元件、熔斷器和防雷元件用材，但由于合金中Bi組織的硬脆性缺陷而在生產(chǎn)和應(yīng)用中受到限制，尤其是作為熔斷器等小直徑絲材型電子元器件時，小直徑絲材制備過程中容易折斷，成品率低。
　　針對Sn-Bi小直徑絲材塑性差導(dǎo)致在生產(chǎn)和應(yīng)用受限的現(xiàn)狀，本文提出采

2、用半固態(tài)攪拌鑄造技術(shù)和多孔擠壓技術(shù)制備加工出塑性良好的小直徑Sn-52Bi合金絲材的思路。采用DEFORM有限元分析軟件模擬和試驗對半固態(tài)Sn-52Bi合金棒材擠壓制備小直徑絲材工藝進行了研究;實驗通過金相顯微鏡、萬能力學(xué)試驗機、掃描電鏡、電化學(xué)工作站等測試設(shè)備探索半固態(tài)Sn-52Bi合金在擠壓成形后組織與性能的演變和機理，以期為高性能無鉛Sn-Bi合金的制備、加工和在電子行業(yè)的應(yīng)用提供實驗和理論的參考。
　　試驗結(jié)果表明:Sn-

3、52Bi合金由初生相β-Sn和共晶組織構(gòu)成，在半固態(tài)區(qū)域，對Sn-52Bi合金漿料采用機械攪拌與超聲波攪拌后，初生相β-Sn均由樹枝狀向近球狀或球狀轉(zhuǎn)變，合金塑性得到提高。在140℃超聲波攪拌2min工藝下制備的半固態(tài)合金伸長率為42.75％，與180℃熔融狀態(tài)水冷（下簡稱普通水冷）工藝制備合金的塑性相比，提高了137.1％。半固態(tài)棒材合金拉伸測試后，對其斷口形貌分析可知，拉伸斷裂類型屬于塑性斷裂，且斷面形貌由韌窩和小塊狀解理平臺相互參

4、雜而成。棒材耐腐蝕性分析發(fā)現(xiàn)合金經(jīng)半固態(tài)攪拌后耐腐蝕性能得到提高，其中145℃超聲波2min棒材合金自腐蝕電流密度為17.7231μ A·cm-2,相比于普通水冷工藝制備合金的自腐蝕電流密度降低了74.1％。
　　DEFORM有限元軟件對半固態(tài)Sn-52Bi合金擠壓模具優(yōu)化分析后將模角參數(shù)定為30°，定徑帶參數(shù)定為5mm，?？拙嚯x定為1.5mm，模具的材料強度應(yīng)大于1000MPa。模具加工制備后對絲材擠壓過程分析，當(dāng)合金棒材塑性較

5、差時，絲材擠壓制備所需要的擠壓力增加，擠壓所得最大擠壓力處于30～40kN范圍，與模擬基本吻合;Sn-52Bi合金棒材在擠壓過程中所受應(yīng)力相近，最大等效應(yīng)力約為270MPa，分布較均勻，合金靠近模具倒角邊緣的應(yīng)變略大于中心部位處。
　　擠壓后的Sn-52Bi合金絲材組織和性能結(jié)果表明，對于普通水冷鑄造的Sn-52Bi合金棒材由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，Bi相在擠壓過程并不能完全折斷，心部仍以網(wǎng)狀相連;半固態(tài)Sn-Bi合金棒材Bi相在擠壓過程折斷