梯度压力下Al-50%Si合金的成形与组织性能研究

发布时间：2017-10-22 01:22

  本文关键词：梯度压力下Al-50%Si合金的成形与组织性能研究

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【摘要】：Al-50%Si合金较低的密度、较高的导热性和低的热膨胀系数,使其在电子封装材料领域具有广泛地应用前景。熔炼铸造法制备Al-50%Si合金具有成本低、工艺简单的特点,但常规的熔炼铸造法制备的合金显微组织粗大、致密度较低。本文引入梯度压力成形工艺,并结合磷变质、外加合金粉细化组织等方法,实现了Al-50%Si合金组织的细化和致密化。通过OM、SEM、BSE、XRD等方法分析了细化并致密化后合金的显微组织特征,并对其力学性能和物理性能进行了测试。研究中采用上、下两个不同直径的冲头,对半固态的合金液进行挤压成形。采取逐步加压的方式,最终使上冲头比压达到190MPa,下冲头的比压达到315MPa实现了合金梯度压力下的挤压成形。分析表明,梯度压力下成形合金的致密化效果比较理想。另外考虑到固态时,锡在铝和硅中的溶解度近乎于零,且不发生合金化反应,利用其熔点低的特点,使其能够在合金孔隙处最后凝固,由此能够进一步提高合金的致密度。研究了梯度压力下P的加入量对初晶硅的细化效果的影响。结果表明:当加入0.6%P时,初晶硅的细化效果最好。加P变质可以将初晶硅细化到100μm左右。同种合金粉与熔体有较好的润湿性,通过机械搅拌的方法,使合金粉与熔体均匀混合,可以有效细化初晶硅。通过向熔体内添加0.6%P+3%合金粉复合工艺,可以将初晶硅细化到90μm以下。研究了热扩散处理对共晶硅形貌的影响,研究表明:在540℃温度下保温3h,纤维状的共晶硅发生熔断、球化变成球粒状共晶硅,均匀地分布在基体当中。热处理后的合金试样的抗拉强度由热处理前的96.82MPa变为102.96MPa。热处理前合金的断口没有明显的韧窝,为典型的脆性断裂,热处理后,断口出现部分的韧窝,为混合断裂方式。通过对不同工艺条件下成形合金的热膨胀系数的测定,表明致密度对热膨胀系数的影响不大。在25~225℃范围内,梯度压力下挤压成形的合金其热膨胀系数平均值为12.318×10-6/K。梯度压力下挤压成形的合金,在25~230℃温度范围内其热导率处于116.42~140.35W/(m·K)之间,而单冲头挤压成形的合金其热导率处在105.97~127.23W/(m·K)之间。梯度压力挤压后的合金气密性达到了4.7×10-9 Pa·m3/s。
【关键词】：Al-50%Si合金 梯度压力 变质处理 致密化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379;TG146.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 课题背景及研究意义10
• 1.2 电子封装材料简介10-14
• 1.2.1 电子封装材料的分类11-13
• 1.2.2 高硅铝合金电子封装材料的研究现状13-14
• 1.3 高硅铝合金组织的细化处理14-16
• 1.3.1 高硅铝合金的变质处理14-15
• 1.3.2 机械搅拌添加合金粉细化初晶硅15-16
• 1.4 高硅铝合金的制备16-21
• 1.4.1 喷射沉积法16-18
• 1.4.2 浸渗法18
• 1.4.3 粉末冶金18-19
• 1.4.4 挤压铸造19-21
• 1.5 本论文的主要研究内容21-23
• 第2章 材料制备及实验方案23-31
• 2.1 实验原料23
• 2.1.1 原材料23
• 2.1.2 合金粉的选择23
• 2.1.3 变质剂的选择23
• 2.2 实验设备23-25
• 2.2.1 模具23-24
• 2.2.2 熔炼设备24
• 2.2.3 挤压设备24
• 2.2.4 辅助设备24-25
• 2.3 实验方案25-26
• 2.3.1 合金的熔炼25
• 2.3.2 初晶硅细化25
• 2.3.3 挤压工艺参数25-26
• 2.3.4 合金热处理26
• 2.4 组织观察分析26-27
• 2.4.1 显微组织观察26-27
• 2.4.2 SEM观察分析27
• 2.4.3 能谱分析27
• 2.4.4 材料的物相分析27
• 2.5 合金的性能测试27-31
• 2.5.1 硬度测试27
• 2.5.2 拉伸性能测试27-28
• 2.5.3 合金的密度分析28
• 2.5.4 热膨胀系数测定28-29
• 2.5.5 热导率测定29-30
• 2.5.6 合金气密性检测30-31
• 第3章 梯度压力下Al-50%Si合金制备及组织分析31-55
• 3.1 引言31
• 3.2 梯度压力下挤压成形工艺方案31-36
• 3.2.1 梯度压力与固相体积分数的关系31-33
• 3.2.2 梯度压力的实现33-36
• 3.3 P变质Al-50%Si合金36-39
• 3.3.1 P对Al-50Si%合金中初晶硅的影响36-38
• 3.3.2 P的作用机理38-39
• 3.4 机械搅拌添加合金粉末细化初晶硅39-44
• 3.4.1 机械搅拌添加合金粉末的处理工艺39
• 3.4.2 合金粉末添加量对初晶硅的影响39-41
• 3.4.3 合金粉对细化初晶硅的作用41-44
• 3.5 复合工艺对初晶硅的影响44-47
• 3.5.1 沿圆锭试样径向初晶硅的组织变化44-45
• 3.5.2 复合工艺细化后硅相分布45-47
• 3.6 致密化组织47-53
• 3.6.1 不同挤压工艺对合金致密化的影响47-50
• 3.6.2 Sn对合金致密化的影响50-52
• 3.6.3 压力作用下初生硅相的破碎52-53
• 3.6.4 致密化后合金的致密度53
• 3.7 本章小结53-55
• 第4章 Al-50%Si合金性能研究55-76
• 4.1 引言55
• 4.2 热处理后Al-50%Si合金共晶组织的演变55-58
• 4.2.1 热处理参数确定55
• 4.2.2 热处理对合金显微组织的影响55-57
• 4.2.3 热扩散处理对共晶硅形态的作用机理57-58
• 4.3 Al-50%Si合金的力学性能58-63
• 4.3.1 不同挤压工艺对抗拉强度的影响58-59
• 4.3.3 拉伸断.分析59-62
• 4.3.4 Al-50%Si合金显微硬度62-63
• 4.4 Al-50%Si合金的物理性能63-73
• 4.4.1 热膨胀系数63-68
• 4.4.2 热导率68-72
• 4.4.3 气密性72-73
• 4.5 Al-50%Si合金的机械加工性能73-74
• 4.6 本章小结74-76
• 结论76-78
• 参考文献78-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 甘卫平;陈招科;杨伏良;周兆锋;;高硅铝合金轻质电子封装材料研究现状及进展[J];材料导报;2004年06期

2 杨伏良;甘卫平;陈招科;;高硅铝合金几种常见制备方法及其细化机理[J];材料导报;2005年05期

3 赵浩峰,韩世平;特种铸造技术在金属基复合材料制造中的应用及发展[J];材料工程;1999年02期

4 谢壮德,沈军,董寅生,周彼德,李庆春;快速凝固铝硅合金的制备、组织特征及断裂行为[J];粉末冶金技术;2000年02期

5 田艳红;王春青;;电子封装技术研究与教育机构十年发展[J];电子工业专用设备;2013年Z1期

6 张瑜;王宇鑫;廖文俊;王华钰;杨颖;严彪;;稀土元素对过共晶铝硅合金的变质机理[J];金属功能材料;2010年03期

7 刘相法,乔进国,刘玉先,李士同,边秀房;Al-P中间合金对共晶和过共晶Al-Si合金的变质机制[J];金属学报;2004年05期

8 佟林松;樊建中;肖伯律;;低热膨胀铝基复合材料的研究进展[J];稀有金属;2008年03期

9 余琨;李少君;陈立三;赵为上;李鹏飞;;电子封装材料过共晶硅-铝合金的组织特征和热性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年06期

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1 徐斌;无压浸渗法制备SiC颗粒增强铝基复合材料[D];吉林大学;2006年

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本文编号：1076132