铜导线表面热浸镀PbSn合金镀层的组织与性能
发布时间：2022-02-13 18:44
为了改善铜导线的可焊性和耐蚀性,采用热浸镀技术在铜导线表面制备Pb40Sn60和Pb37Sn63两种成分的低熔点合金镀层,利用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）等分析手段和电阻率检测实验、拉伸实验、中性盐雾实验等方法,系统研究其微观组织、相成分、电阻率、力学性能及耐蚀性。结果表明:Pb40Sn60和Pb37Sn63两种成分的合金镀层均由α相和β相两相组成,镀层的电阻率分别约为2.6832×10-3,2.5929×10-3Ω·m,均高于铜基体。铜导线热浸镀Pb40Sn60和Pb37Sn63两种成分合金镀层后的表面硬度分别为13.4,12.6HV0.2;抗拉强度分别为193,180 MPa;伸长率分别为35%和37%,与铜基体相比均降低。铜导线表面热浸镀PbSn合金镀层具有良好的导电性、力学性能及耐腐蚀性等综合性能。随着Pb含量的降低或Sn含量的增加,PbSn合金镀层中α相的相对量减少、β相的相对量增大,其电阻率、硬度和强度降低,塑性略有增大,耐蚀性增强。Pb40Sn60比Pb37Sn63合金镀层的...
【文章来源】：材料工程. 2020,48(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
铜导线表面热浸镀PbSn合金镀层的微观形貌
采用EDS对PbSn合金镀层不同组织的元素成分进行了分析,结果如表1所示,可以看出,基体与镀层的界面处均含有Cu,Pb,Sn 3种元素,表明PbSn合金镀层与铜基体界面处的元素发生了原子互扩散,镀层和基体界面形成了冶金结合;白色组织中的Pb元素含量相对较多,而Sn元素的含量较少,由此可推断镀层中的白色组织为Sn元素固溶于Pb元素中的α相;灰色组织中Sn元素含量相对较多,而Pb元素的含量较少,可知灰色组织为Pb元素固溶于Sn元素中的β相。表1 热浸镀PbSn合金镀层EDS分析结果Table 1 Analysis results of hot-dip PbSn alloy coatings by EDS Composition of alloy coating Position Atom fraction of elements/% Cu Pb Sn Pb40Sn60 1 24.72 43.05 32.23 2 0 4.58 95.42 3 0 83.39 16.61 Pb37Sn63 1 21.36 41.83 36.81 2 0 5.01 94.99 3 0 93.59 6.41
铜导线表面热浸镀PbSn合金镀层后的拉伸性能测试结果如图3所示,可以看出,热浸镀PbSn合金镀层后的铜导线依然保持了铜基体良好的塑性和易变形性。铜导线分别热浸镀Pb37Sn63和Pb40Sn60两种合金镀层后的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为67 MPa和85 MPa,180 MPa和193 MPa,37%和35%,均有所降低,且热浸镀Pb37Sn63比Pb40Sn60成分合金强度降低更为明显、伸长率反之。这说明铜导线表面热浸镀PbSn合金镀层后,其变形抗力和塑性均降低,随PbSn合金镀层中Pb含量增加或Sn含量降低,铜导线强度相对提高,塑性相对降低。材料硬度增大,会使其强度提高、塑性降低,由硬度测试结果可知, Pb40Sn60比Pb37Sn63成分合金镀层的硬度要高,致使前者强度相对较高、塑性相对降低。因此,随着PbSn合金镀层中Pb含量增加或Sn含量降低,镀层的硬度增大,由此导致强度提高、塑性降低。图4为铜导线热浸镀PbSn合金镀层后的拉伸断口形貌,从断口的低倍形貌来看,镀层与基体在拉伸变形过程中结合紧密、未出现分层现象,同步变形且变形均匀,这说明镀层与基体结合较好。断口处镀层伴随基体发生了大量的颈缩现象,表明铜导线热浸镀PbSn合金镀层后仍然保持了较好的延伸性,PbSn合金镀层也具有良好的塑性变形能力。从断口的微观形貌来看,PbSn合金镀层断裂处有大量的撕裂棱,铜导线基体断口平滑,主要为河流花状形貌,伴有少量韧窝和撕裂棱。李秀辉等[19]研究表明纯铜试样拉伸断口为大量韧窝形貌,分析认为其断裂类型为韧性断裂;Meng等[20]研究表明PbSn钎焊接头断口呈现韧窝形貌,表明纯铜和PbSn合金都具有良好的韧性。这说明PbSn合金镀层为韧性断裂特征,而铜导线热浸镀PbSn合金镀层后的断裂为解理断裂、准解理断裂和韧窝断裂的混合断口特征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯添加量对铜基复合材料性能的影响[J]. 李秀辉,燕绍九,洪起虎,赵双赞,陈翔. 材料工程. 2019(01)
[2]不同基体热浸镀铝镀层组织和高温磨损行为[J]. 周德琴,陈伟,张秋阳,周银,崔向红,王树奇. 材料工程. 2018(02)
[3]Si、Mg、RE对热浸镀锌铝基合金镀层组织与性能的影响研究进展[J]. 周英伟,高波. 表面技术. 2017(11)
[4]多元低熔点共晶合金Sn16Bi52Pb32和In21Sn12Bi49Pb18凝固组织和相组成研究[J]. 周楷尧,汤忠毅,董勇,卢一平. 材料导报. 2016(22)
[5]热浸镀铝球墨铸铁失效机理研究[J]. 雍薇,黄兴民,张雷,程乾,戴光泽. 材料工程. 2016(08)
[6]铜热浸镀铝的组织与性能[J]. 王征,刘平,刘新宽,陈小红,何代华,马凤仓. 稀有金属. 2015(10)
[7]热浸镀Zn-6%Al-3%Mg镀层合金层生长研究[J]. 童晨,苏旭平,李智,王建华,吴长军,彭浩平,徐鹏. 材料工程. 2013(07)
[8]金合金锡铅软钎焊接头脆性行为[J]. 尹娜,曲文卿,杨淑娟,李睿. 北京航空航天大学学报. 2013(05)
[9]钢材热浸镀铝的研究进展[J]. 李安敏,郑良杰,胡武,王海超,李松浩,马玎. 材料导报. 2013(09)
[10]提高小型镀铅锡合金焊接件抗氧化性的工艺研究[J]. 杜楠,付明. 航空精密制造技术. 2012(05)
本文编号：3623718
【文章来源】：材料工程. 2020,48(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
铜导线表面热浸镀PbSn合金镀层的微观形貌
采用EDS对PbSn合金镀层不同组织的元素成分进行了分析,结果如表1所示,可以看出,基体与镀层的界面处均含有Cu,Pb,Sn 3种元素,表明PbSn合金镀层与铜基体界面处的元素发生了原子互扩散,镀层和基体界面形成了冶金结合;白色组织中的Pb元素含量相对较多,而Sn元素的含量较少,由此可推断镀层中的白色组织为Sn元素固溶于Pb元素中的α相;灰色组织中Sn元素含量相对较多,而Pb元素的含量较少,可知灰色组织为Pb元素固溶于Sn元素中的β相。表1 热浸镀PbSn合金镀层EDS分析结果Table 1 Analysis results of hot-dip PbSn alloy coatings by EDS Composition of alloy coating Position Atom fraction of elements/% Cu Pb Sn Pb40Sn60 1 24.72 43.05 32.23 2 0 4.58 95.42 3 0 83.39 16.61 Pb37Sn63 1 21.36 41.83 36.81 2 0 5.01 94.99 3 0 93.59 6.41
铜导线表面热浸镀PbSn合金镀层后的拉伸性能测试结果如图3所示,可以看出,热浸镀PbSn合金镀层后的铜导线依然保持了铜基体良好的塑性和易变形性。铜导线分别热浸镀Pb37Sn63和Pb40Sn60两种合金镀层后的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为67 MPa和85 MPa,180 MPa和193 MPa,37%和35%,均有所降低,且热浸镀Pb37Sn63比Pb40Sn60成分合金强度降低更为明显、伸长率反之。这说明铜导线表面热浸镀PbSn合金镀层后,其变形抗力和塑性均降低,随PbSn合金镀层中Pb含量增加或Sn含量降低,铜导线强度相对提高,塑性相对降低。材料硬度增大,会使其强度提高、塑性降低,由硬度测试结果可知, Pb40Sn60比Pb37Sn63成分合金镀层的硬度要高,致使前者强度相对较高、塑性相对降低。因此,随着PbSn合金镀层中Pb含量增加或Sn含量降低,镀层的硬度增大,由此导致强度提高、塑性降低。图4为铜导线热浸镀PbSn合金镀层后的拉伸断口形貌,从断口的低倍形貌来看,镀层与基体在拉伸变形过程中结合紧密、未出现分层现象,同步变形且变形均匀,这说明镀层与基体结合较好。断口处镀层伴随基体发生了大量的颈缩现象,表明铜导线热浸镀PbSn合金镀层后仍然保持了较好的延伸性,PbSn合金镀层也具有良好的塑性变形能力。从断口的微观形貌来看,PbSn合金镀层断裂处有大量的撕裂棱,铜导线基体断口平滑,主要为河流花状形貌,伴有少量韧窝和撕裂棱。李秀辉等[19]研究表明纯铜试样拉伸断口为大量韧窝形貌,分析认为其断裂类型为韧性断裂;Meng等[20]研究表明PbSn钎焊接头断口呈现韧窝形貌,表明纯铜和PbSn合金都具有良好的韧性。这说明PbSn合金镀层为韧性断裂特征,而铜导线热浸镀PbSn合金镀层后的断裂为解理断裂、准解理断裂和韧窝断裂的混合断口特征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯添加量对铜基复合材料性能的影响[J]. 李秀辉,燕绍九,洪起虎,赵双赞,陈翔. 材料工程. 2019(01)
[2]不同基体热浸镀铝镀层组织和高温磨损行为[J]. 周德琴,陈伟,张秋阳,周银,崔向红,王树奇. 材料工程. 2018(02)
[3]Si、Mg、RE对热浸镀锌铝基合金镀层组织与性能的影响研究进展[J]. 周英伟,高波. 表面技术. 2017(11)
[4]多元低熔点共晶合金Sn16Bi52Pb32和In21Sn12Bi49Pb18凝固组织和相组成研究[J]. 周楷尧,汤忠毅,董勇,卢一平. 材料导报. 2016(22)
[5]热浸镀铝球墨铸铁失效机理研究[J]. 雍薇,黄兴民,张雷,程乾,戴光泽. 材料工程. 2016(08)
[6]铜热浸镀铝的组织与性能[J]. 王征,刘平,刘新宽,陈小红,何代华,马凤仓. 稀有金属. 2015(10)
[7]热浸镀Zn-6%Al-3%Mg镀层合金层生长研究[J]. 童晨,苏旭平,李智,王建华,吴长军,彭浩平,徐鹏. 材料工程. 2013(07)
[8]金合金锡铅软钎焊接头脆性行为[J]. 尹娜,曲文卿,杨淑娟,李睿. 北京航空航天大学学报. 2013(05)
[9]钢材热浸镀铝的研究进展[J]. 李安敏,郑良杰,胡武,王海超,李松浩,马玎. 材料导报. 2013(09)
[10]提高小型镀铅锡合金焊接件抗氧化性的工艺研究[J]. 杜楠,付明. 航空精密制造技术. 2012(05)
本文编号：3623718
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