基于EBSD分析对Au-20Sn共晶合金熔体混合凝固组织的研究

发布时间：2017-09-04 08:32

  本文关键词：基于EBSD分析对Au-20Sn共晶合金熔体混合凝固组织的研究

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【摘要】：Au-20Sn(质量分数,%)共晶合金作为一种钎焊材料,具有导电性及钎焊流散性好、钎焊强度高和抗蠕变性能优良等优异特性,广泛用于高可靠性微电子和光电器件封装。合金的加工使用性能与其凝固组织密切相关。已有的研究表明,熔体混合工艺可以有效地改善Au-20Sn合金的初始凝固组织和性能,且将发生规则层片共晶(regular lamellar eutectic)向非规则异常共晶(anomalous eutectic)的组织转变。所以,深入研究Au-20Sn合金在熔体混合过程中的组织演变规律及非规则共晶的形成机制对该合金的加工制备及应用具有重要的理论和实际意义。 本文采用高低温熔体混合法,深入研究了高温熔体温度(记为TH)对Au-20Sn共晶合金凝固组织的影响及其组织演变规律；采用电子背散射衍射技术(EBSD)深入研究了Au-20Sn共晶合金熔体混合凝固组织中初生相、规则层片共晶、网格状过渡组织及非规则共晶的晶体学取向特征,并对比分析了细小全层片共晶均匀化热处理后的球化组织及其晶体学取向特征,从而探讨了Au-20Sn合金熔体混合非规则共晶的形成机制,得到了以下结论： (1)TH对Au-20Sn合金熔体混合凝固组织产生了显著影响。 ①当TH较低时(370℃～390℃),凝固组织中形成了近球状ξ'-Au5Sn初生相。随着TH的升高,共晶组织发生了从规则层片共晶到网格状过渡组织,再到非规则共晶组织的转变。当TH为377℃时,得到细小的网格状过渡组织；当TH为382℃和386℃时,得到非规则共晶和网格状共晶的共存组织,但共晶组织中ξ'-Au5Sn和δ-AuSn相的相互桥连逐渐减弱,两相明显粗化和长大。 ②当TH较高时(392℃～410℃),凝固组织中形成了具有小平面生长特性的δ-AuSn初生相。共晶组织主要为非规则共晶和网格状过渡组织的共存组织。但随着TH的升高,共晶两相粗化和熟化的程度加强,得到较典型的块球状非规则共晶组织。 (2)实验探索出了优化的Au-20Sn合金EBSD制样方法,即在低转速下进行(100-200r/min)机械抛光,并用W0.02的SiO2悬浮液进行长时间最终抛光,此种方法制得的试样能够满足EBSD测试的要求,标定率为85%以上。 (3)对Au-20Sn合金熔体混合凝固组织的EBSD取向分析表明： ①当TH较低时(370℃～390℃),凝固组织中规则层片共晶、网格状共晶、非规则共晶均具有相似的取向特征,共晶ζ'-Au5Sn和δ-AuSn相的晶体学取向都非常集中。这表明这种非规则共晶的形成机制为层片共晶过热——重熔——粗化及δ-AuSn碎片的旋转。 ②当TH较高时(392℃～410℃),规则层片共晶组织中ζ'-Au5Sn和δ-AuSn相的取向高度集中,而网格状共晶组织中ξ'-Au5Sn相却表现出分散的取向,非规则共晶组织中ξ'-Au5Sn相甚至呈现出随机取向的趋势。这种非规则共晶是过冷合金液相中共晶两相独立形核、长大的产物。 (4)对Au-20Sn细小全片层共晶均匀化热处理后的球化组织的EBSD取向分析表明：在浓度梯度的驱动下,ξ'-Au5Sn和δ-AuSn层片间元素互相扩散,层片组织粗化、断开,逐渐转变为球化组织。这种球化组织的晶体取向和显微形貌都与TH较低时(370℃～390℃)得到的网格状共晶组织十分相似。这也进一步证明了当TH较低时,非规则共晶源于层片共晶组织的过热、熔断、粗化。
【关键词】：Au-20Sn共晶合金 熔体混合 EBSD 非规则共晶
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG425
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 目录8-12
• 第一章 绪论12-36
• 1.1 前言12
• 1.2 EBSD技术及应用现状12-21
• 1.2.1 EBSD技术的基本原理13-14
• 1.2.2 EBSD技术在材料研究中的应用14-19
• 1.2.2.1 晶粒取向分布及取向差分析14-15
• 1.2.2.2 图像质量图及应力应变分析15
• 1.2.2.3 晶粒的形貌图及尺寸分析15
• 1.2.2.4 晶界类型分析15-16
• 1.2.2.5 物相鉴别及取向关系16-18
• 1.2.2.6 织构分析18-19
• 1.2.3 金属材料的EBSD样品制备19-21
• 1.2.3.1 试样的要求19
• 1.2.3.2 试样的制备19-21
• 1.3 Au-20Sn共晶合金的特性及应用21-25
• 1.3.1 Au-20Sn共晶合金的晶体结构特征21-24
• 1.3.2 Au-20Sn共晶合金的性能及用途24-25
• 1.4 熔体混合对合金凝固组织和性能的影响25-29
• 1.4.1 熔体混合对Al合金凝固组织和性能的影响26-27
• 1.4.2 Au-20Sn合金熔体混合研究进展27-29
• 1.5 深过冷非规则共晶的形成及机制研究29-30
• 1.6 选题背景及意义30-32
• 1.7 研究内容和思路32-36
• 1.7.1 研究内容32-33
• 1.7.2 技术路线和研究方法33-36
• 1.7.2.1 技术路线33-35
• 1.7.2.2 研究方法35-36
• 第二章 实验与方法36-45
• 2.1 实验材料36
• 2.2 实验设备36-37
• 2.3 实验方案37-42
• 2.3.1 Au-20Sn共晶合金熔体混合实验37-38
• 2.3.2 Au-20Sn共晶合金细小全片层组织的均匀化热处理38-39
• 2.3.3 EBSD样品制备39-42
• 2.3.3.1 电解抛光法40-42
• 2.3.3.2 机械抛光+化学腐蚀法42
• 2.3.3.3 机械抛光法42
• 2.4 实验分析表征42-45
• 2.4.1 样品检测42-43
• 2.4.2 数据处理分析43-45
• 第三章 Au-20Sn共晶合金熔体混合凝固组织演变规律45-52
• 3.1 引言45
• 3.2 T_H对Au-20Sn共晶合金熔体混合凝固组织的影响45-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第四章 Au-20Sn共晶合金凝固组织的EBSD分析52-96
• 4.1 引言52
• 4.2 Au-20Sn共晶合金EBSD样品制备52-60
• 4.2.1 电解抛光52-55
• 4.2.2 机械抛光+化学腐蚀55-56
• 4.2.3 机械抛光56-60
• 4.3 T_H较低时Au-20Sn共晶合金熔体混合凝固组织的取向分析60-74
• 4.3.1 ζ'-Au_5Sn初生相生长取向特征60-63
• 4.3.2 层片共晶组织中ζ'-Au_5Sn相生长取向特征63-65
• 4.3.3 网格状共晶组织中ζ'-Au_5Sn、δ-AuSn两相生长取向特征65-67
• 4.3.4 非规则共晶组织中ζ'-Au_5Sn、δ-AuSn两相生长取向特征67-74
• 4.3.4.1 非规则共晶两相的取向67-71
• 4.3.4.2 非规则共晶中δ-AuSn相的取向分析71-74
• 4.4 T_H较高时Au-20Sn共晶合金熔体混合凝固组织的取向分析74-88
• 4.4.1 层片共晶组织中ζ'-Au_5Sn、δ-AuSn两相生长取向特征74-76
• 4.4.2 网格状共晶组织中ζ'-Au_5Sn相生长取向特征76-81
• 4.4.3 非规则共晶组织中ζ'-Au_5Sn相生长取向特征81-88
• 4.5 Au-20Sn共晶合金退火球化组织的EBSD分析88-94
• 4.6 本章小结94-96
• 第五章 结论与展望96-100
• 5.1 论文主要结论96-97
• 5.2 论文创新点97-98
• 5.3 展望98-100
• 参考文献100-104
• 附录104-105
• 致谢105-106

【参考文献】

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本文编号：790450