無鉛釬料的抗氧化性及助焊劑研究.pdf

1、由于鉛及其化合物是有毒物質(zhì)，對環(huán)境和人體健康的危害極大，Sn-Pb釬料已逐步為無鉛釬料所取代。然而，現(xiàn)有的無鉛釬料在使用過程中存在易氧化、潤濕性不良等問題，影響了焊接工藝和質(zhì)量。本文通過合金化的方式，系統(tǒng)研究了合金元素Ni、P、AL、Nd對Sn-Cu、Sn-Zn系釬料的抗氧化性能，尤其是波峰焊等動態(tài)過程下的抗氧化性能的影響，并探討了合金元素改善釬料抗氧化性能的機理。針對Sn-Zn系釬料潤濕性能不良的問題，研制出了一種適用于Sn-Zn系無

2、鉛釬料的助焊劑，以提高Sn-Zn系釬料在銅片上的潤濕性，并對助焊劑的綜合性能進行了評價。
　　 在Sn-0.5Cu無鉛釬料中添加微量元素Ni，釬料的抗氧化性能得到了有效的改善，當Ni添加量為0.05％時，釬料在260℃噴流5rain后產(chǎn)生的焊渣量較Sn-0.5Cu降低約30％。實驗結果表明：Hi通過在釬料次外層表面形成一種Sn氧化物和Ni氧化物互相固溶的“內(nèi)阻擋層”，來達到保護釬料不被氧化的目的。Ni的加入會使Sn-0.5Cu釬

3、料金相組織中細小的顆粒狀Cu6Sn5相變成條帶狀，且尺寸變大，合金的抗拉強度增大，但延伸率變化不大。
　　 在Sn-0.SCu-0.05Ni中添加第四組元P，釬料的抗氧化性能得到了進一步的改善，Sn-0.5Cu-0.05Ni-0.03P釬料在260℃噴流5min后其焊渣量較Sn-0.5Cu降低超過85％。P的抗氧化機制有兩種，一方面P通過在釬料表面發(fā)生氧化，生成一層完整致密的保護性氧化膜P4010來有效地阻止釬料直接接觸周圍的空

4、氣；另一方面P通過生成揮發(fā)性的P4O6不斷消耗釬料表面的O原子，從而保護釬料中的元素Sn不被氧化。P的加入會使β-Sn初晶和包圍著初晶的Cu6Sn5微粒/Sn共晶組織分布更加細化均勻，Sn-0.5Cu-0.05Ni中條帶狀的CueSn5相重新變成了細小的顆粒相，并使合金的抗拉強度和延伸率均有所提高。
　　 在Sn-9Zn無鉛釬料中添加微量元素Al，可以有效地改善Sn-9Zn釬料的抗氧化性能，當Al含量為60ppm時，釬料在260

5、℃噴流5rain后產(chǎn)生的焊渣量僅為Sn-9Zn的1/10。研究表明：Al一方面通過在釬料表面發(fā)生氧化，生成一層完整致密的保護性氧化膜Al203,從而保護釬料不被氧化；另一方面，Al的加入可以使生成的ZnO由六方型向立方型轉變，從而使波峰焊過程中產(chǎn)生的泡沫氧化渣減少。Al的加入會使合金組織中出現(xiàn)粗大的針狀Zn相，合金的抗拉強度增大而延伸率降低。
　　 在Sn-9Zn-60ppmAl中添加第四組元Nd，釬料的抗氧化性能得到了進一步的

6、改善，Sn-9Zn-60ppmAl-0.03Nd釬料在260℃噴流5min后其焊渣量僅為Sn-9Zn的1/20。Nd的抗氧化機制有兩種，一方面稀土Nd容易在Sn-Zn-Al釬料的次外層富集，從而進一步地阻止元素Zn的氧化；此外，Nd可以進入Al20s八面體或四面體尖晶石空隙中與氧結合，生成空位數(shù)很少、保護性更強的稀土-鋁復合氧化膜，提高釬料的抗氧化性能。Nd的加入會使合金組織中深色的針狀相尺寸和數(shù)量都明顯減少，并使合金的抗拉強度和延伸率

7、均有所提高。
　　 此外，本文采用兩種方法提高了釬料的潤濕性能。除了微量的Al、Nd元素能夠提高Sn-Zn釬料的潤濕性之外，重點是通過改善助焊劑，提高釬料的潤濕性能。在松香中添加活性劑環(huán)己胺氫溴酸鹽或乙酰胺，可以有效地提高Sn-Zn系無鉛釬料在銅片上的鋪展率，改善其潤濕性。采用其復配配方可以獲得更佳的潤濕效果，最佳復配比為1:1.5。使用復配助焊劑的焊點飽滿光亮，形貌規(guī)則，經(jīng)過丙酮清洗后無明顯殘留物，腐蝕性較小，接頭反應層平整光