過(guò)飽和銀銅鋅錫釬料的鍍覆制備及其釬焊工藝性研究.pdf

1、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(guò)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(guò)鍍覆—熱擴(kuò)散組合工藝提高銀釬料中Sn含量，實(shí)現(xiàn)銀釬料組織和性能的優(yōu)化，制備過(guò)飽和銀銅鋅錫釬料。采用過(guò)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(duì)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(yàn)結(jié)果。將過(guò)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(duì)比。主要研究結(jié)論如下

2、：
　?。?）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(guò)鍍層厚度調(diào)控過(guò)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(shí)間7.5 min。
　　②熱擴(kuò)散工藝：溫度220 ℃，時(shí)間24 h。用最佳工藝制備的過(guò)飽和釬料中Sn含量最高達(dá)7.2％，比傳

3、統(tǒng)方法提高約31%。
　?。?）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(shí)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(duì)不變的條件下，通過(guò)調(diào)控?cái)U(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(shí)間延長(zhǎng)，過(guò)飽和釬料的熔化溫度區(qū)間縮小，擴(kuò)散過(guò)渡區(qū)厚度增加。擴(kuò)散過(guò)渡區(qū)主要由Cu3Sn相和Ag3Sn相組成，Sn元素在過(guò)渡區(qū)分布均勻、無(wú)偏析。揭示擴(kuò)散過(guò)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 ℃

4、時(shí)擴(kuò)散過(guò)渡區(qū)生長(zhǎng)的本構(gòu)方程，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散過(guò)渡區(qū)厚度隨擴(kuò)散溫度升高和擴(kuò)散時(shí)間延長(zhǎng)呈指數(shù)增加。
　?。?）過(guò)飽和釬料的性能優(yōu)化。通過(guò)擴(kuò)散Sn含量?jī)?yōu)化釬料成分，調(diào)控過(guò)飽和釬料的熔化溫度、潤(rùn)濕性及力學(xué)性能，獲得Sn含量對(duì)釬料性能的影響規(guī)律。隨著Sn含量升高，過(guò)飽和釬料的DSC吸熱峰向左偏移、熔化溫度區(qū)間縮小、潤(rùn)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(guò)飽和釬料的熔化溫度區(qū)間縮小3.65%~14.5%，潤(rùn)濕面積提高7.8%~22

5、.6%，抗拉強(qiáng)度略低。在Sn含量為7.2%時(shí)，過(guò)飽和釬料的熔化溫度為642~676 ℃，潤(rùn)濕面積為481 mm2。
　?。?）過(guò)飽和釬料釬焊接頭的組織和性能研究。用不同Sn含量的過(guò)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(duì)比。當(dāng)Sn含量低于5.5%時(shí)，過(guò)飽和釬料釬焊接頭組織主要由富Cu相、Ag相、CuZn相、Cu5Zn8相組成。當(dāng)Sn含量高于5.5%

6、時(shí)，過(guò)飽和釬料釬焊接頭組織主要由富Cu相、Ag相、CuZn相、Cu5Zn8相、Cu41Sn11相、Ag3Sn相組成。隨著Sn含量升高，過(guò)飽和釬料釬焊接頭的抗拉強(qiáng)度整體呈現(xiàn)增高趨勢(shì)。在Sn含量為5.5%和6.0%時(shí)，過(guò)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(guò)飽和釬料中Cu3

7、Sn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。
　?。?）過(guò)飽和釬料的熱力學(xué)特性。提出過(guò)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(rùn)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(guò)飽和釬料的釬焊工藝熵值更小、接頭性能熵值略高。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)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(cè)過(guò)飽和釬料的釬焊工藝性和接頭力學(xué)性能。
　?。?）釬焊接頭的耐蝕性