稀土添加对Sn-Ag-Cu和Sn-Bi-Cu无铅钎料组织和性能的影响

发布时间：2017-10-21 14:14

  本文关键词：稀土添加对Sn-Ag-Cu和Sn-Bi-Cu无铅钎料组织和性能的影响

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【摘要】：具有优良性能的锡铅钎料在人类科技发展历程中起了重要作用,然而也给人类和自然带来很大的危害。随着人们环保意识的增强,无铅焊料的研究已成为当今材料连接领域的焦点。目前,钎料研究主要集中在成分及配比、微合金化等方面。近年来,有研究发现钎料微合金化和熔体热历史会影响合金最终的组织和性能,因此,深入研究微量元素及熔体结构转变对钎料组织和性能的影响以及开发新型无铅钎料具有重要意义。本文以Sn-3.8Ag-0.7Cu和Sn-5Bi-0.7Cu两种无铅钎料为研究对象,通过电阻率实验、铁模凝固实验、铺展实验以及剪切实验研究添加稀土元素Ce(x=0%、0.2%、0.3%、0.5%、1.0%、2.0%)和温度诱导的熔体结构转变对两种钎料组织和性能的影响。主要研究内容及实验结果如下：(1)通过直流四电极法研究了Sn-3.8Ag-0.7Cu-xCe和Sn-5Bi-0.7Cu-xCe钎料连续两轮升降温过程中的电阻率-温度关系,发现这些钎料均存在温度诱导的液-液结构转变,并且这种转变是部分可逆的。稀土元素Ce的加入提高了合金的熔点,增大了Sn-3.8Ag-0.7Cu合金的熔程,但减小了Sn-5Bi-0.7Cu合金的熔程。(2)对Sn-3.8Ag-0.7Cu-xCe和Sn-5Bi-0.7Cu-xCe钎料合金进行凝固实验,结果表明：添加微量的Ce可以细化钎料组织且当Ce添加量为0.2%时,凝固组织最细小、均匀,当Ce的添加量高于0.2%时,随着Ce含量的增加,组织变得粗大。同时,熔体结构转变也细化了合金的凝固组织,使得组织更加细小,均匀。(3)将铁模凝固得到的钎料试样在铜板上进行铺展实验,发现添加微量Ce元素可显著提高Sn-3.8Ag-0.7Cu与Sn-5Bi-0.7Cu钎料的润湿性能,当Ce的添加量在0.2%左右时,两种钎料的润湿铺展性能最佳。随后,随着Ce含量增加,铺展面积逐渐降低。另外,熔体结构转变同样会提高钎料的润湿性能。(4)采用拉伸实验测试Sn-3.8Ag-0.7Cu-xCe钎料合金/Cu搭接接头的剪切强度。结果表明：随着Ce含量的增加,钎料接头的剪切强度呈先增大后降低趋势,当Ce的添加量为0.2%时,接头的剪切强度最高。同样,熔体结构转变也提高了钎料接头的剪切强度。
【关键词】：无铅焊料 稀土Ce 熔体结构转变 凝固组织 润湿性能
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG425
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-27
• 1.1 引言17-18
• 1.2 液态金属的结构18-22
• 1.2.1 液态金属结构的认识18-19
• 1.2.2 液态金属结构的研究现状19-21
• 1.2.3 液态金属结构的研究方法21-22
• 1.3 液态金属热历史对凝固的影响22
• 1.4 无铅钎料的研究概况22-25
• 1.4.1 无铅焊料的研究进展22-23
• 1.4.2 常用无铅钎料的性能和应用介绍23-25
• 1.5 本文研究的主要内容及其意义25-27
• 第二章 实验研究内容及方法27-36
• 2.1 引言27
• 2.2 电阻率实验27-30
• 2.2.1 测量原理27-28
• 2.2.2 实验设备及装置图28-29
• 2.2.3 样品的制备及实验过程29-30
• 2.2.4 实验注意事项30
• 2.3 凝固实验30-32
• 2.3.1 实验方案31-32
• 2.3.2 实验设备32
• 2.3.3 实验步骤32
• 2.3.4 实验注意事项32
• 2.4 润湿性实验32-35
• 2.4.1 实验方案33
• 2.4.2 实验设备及工艺参数33
• 2.4.3 具体实验步骤33-34
• 2.4.4 实验注意事项34-35
• 2.5 钎焊接头剪切实验35-36
• 2.5.1 实验步骤和设备35
• 2.5.2 剪切强度计算35
• 2.5.3 实验注意事项35-36
• 第三章 Sn-Ag-Cu(Ce)和Sn-Bi-Cu(Ce)合金电阻率-温度行为研究36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 实验内容36
• 3.3 Sn Ag-Cu(Ce)合金电阻率实验结果及分析36-42
• 3.3.1 Ce的添加对Sn-Ag-Cu(Ce)合金熔化温度及熔程的影响36-38
• 3.3.2 Sn-Ag-Cu(Ce)合金液态电阻率随温度的变化规律38-42
• 3.4 Sn-Bi-Cu(Ce)合金电阻率实验结果及分析42-48
• 3.4.1 Ce的添加对Sn-Bi-Cu(Ce)合金熔化温度及熔程的影响42-44
• 3.4.2 Sn-Bi-Cu(Ce)合金液态电阻率随温度的变化规律44-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 Ce的添加及熔体结构转变对合金凝固组织的影响49-60
• 4.1 引言49
• 4.2 实验内容49-50
• 4.3 Sn-Ag-Cu(Ce)合金铁模凝固实验50-54
• 4.3.1 Sn-Ag-Cu(Ce)铁模冷却凝固实验结果50-53
• 4.3.2 Ce的添加及熔体结构对Sn-Ag-Cu(Ce)凝固组织影响及分析53-54
• 4.4 Sn-Bi-Cu(Ce)合金铁模凝固实验54-58
• 4.4.1 Sn-Bi-Cu(Ce)铁模冷却凝固实验结果54-57
• 4.4.2 Ce的添加及熔体结构对Sn-Bi-Cu(Ce)凝固组织影响及分析57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 Ce的添加及熔体结构转变对合金性能的影响60-70
• 5.1 引言60
• 5.2 实验内容60-61
• 5.2.1 润湿性实验内容60-61
• 5.2.2 剪切实验内容61
• 5.3 Sn-Ag-Cu(Ce)和Sn-Bi-Cu(Ce)合金润湿性结果与分析61-66
• 5.3.1 Sn-Ag-Cu(Ce)合金润湿性结果61-63
• 5.3.2 Sn Ag-Cu(Ce)合金润湿性分析63-64
• 5.3.3 Sn-Bi-Cu(Ce)合金润湿性结果64-65
• 5.3.4 Sn-Bi-Cu(Ce)合金润湿性分析65-66
• 5.4 Ce的添加及熔体结构转变对Sn-Ag-Cu(Ce)接头剪切强度的影响66-68
• 5.4.1 Sn-Ag-Cu(Ce)接头剪切强度实验结果66-67
• 5.4.2 Ce的添加及结构转变对Sn-Ag-Cu(Ce)钎料剪切强度分析67-68
• 5.5 本章小结68-70
• 第六章 全文总结与展望70-73
• 6.1 本文主要内容及结论70-71
• 6.1.1 Sn-Ag-Cu(Ce)无铅钎料结论70-71
• 6.1.2 Sn-Bi-Cu(Ce)无铅钎料结论71
• 6.2 本文创新之处71
• 6.3 本文研究前景及展望71-73
• 参考文献73-79
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况79

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