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非晶Cu-P钎料钎焊过程的组织转变及扩散行为研究

作　者: 王智慧
导　师: 路文江
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 非晶Cu-P钎料 真空钎焊 扩散行为 连接机理
分类号: TG454
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 199次
引　用: 1次
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内容摘要


本文采用成分相同的Cu68.5Ni15.7P6.5Sn9.3（wt%）非晶钎料和晶态钎料,利用X射线衍射（XRD）、差热分析（DTA）、电子探针（EPMA）等多种现代测试手段,对比研究了两种钎料在钎焊过程中的物相转变过程,从元素扩散、液相作用、钎焊温度引起的钎缝厚度及扩散层厚度的变化,初步讨论了非晶钎料和晶态钎料钎焊紫铜的接头形成过程机理的区别,分析了影响钎缝性能钎焊残余层的形成过程和影响因素。研究结果表明:在升温过程中,两种钎料的物相发生不同的变化。在与母材反应之前的升温过程中,两种钎料共晶成分中的Sn、P和Ni元素都出现偏析现象,发生聚集,形成介稳相Cu81Sn22和Ni12P5,但非晶钎料是以产生新相为主,而晶态钎料则是以原有相的聚集长大为主;钎料与母材反应后,钎料中的的介稳相Cu81Sn22开始分解为固溶体Cu13.7Sn,介稳相Ni12P5主要向稳相Ni2P转变。两种钎料在固相线前与母材已经有了明显的元素扩散现象,并形成扩散层,同温度下非晶钎料扩散层比晶态钎料扩散层厚,元素扩散快。随着温度的升高,超过钎料固相线后,两种钎料钎缝中都产生了液相,与一般的钎焊一样进行毛细钎焊。钎焊残余层主要由Cu3P,Ni2P两相组成,钎焊温度和保温时间对钎焊残余层都有重要的影响,温度升高和保温时间的增长都会减少钎料残余层的量。本文建立了固相线前加热过程中Sn扩散层中Sn的扩散模型,计算了这一加热过程中晶态钎料和非晶钎料钎缝扩散层中Sn的扩散系数,经计算所得的Sn扩散曲线与EPMA实测结果较吻合。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-9
第一章 绪论  9-24
  1.1 快速凝固技术的发展及现状  9-10
  1.2 快速凝固材料在钎焊中的应用  10-11
  1.3 铜磷钎料的研究与现状  11-15
    1.3.1 传统铜磷钎料的研究现状  12-14
    1.3.2 快冷铜磷钎料的研究现状  14-15
  1.4 真空钎焊技术  15-19
    1.4.1 真空钎焊技术的优缺点  15-16
    1.4.2 真空钎焊工艺参数的要求  16-17
    1.4.3 钎料与母材间的相互作用  17-19
  1.5 钎料机理研究现状  19-23
    1.5.1 毛细钎焊概念及原理  19-20
    1.5.2 接触反应钎焊概念及原理  20-21
    1.5.3 固态扩散焊概念及原理  21-22
    1.5.4 液相扩散焊概念及原理  22-23
  1.6 本文主要研究目的、意义及内容  23-24
第二章 实验材料与方法  24-28
  2.1 实验材料  24
  2.2 实验方法  24-25
    2.2.1 X射线衍射分析  24
    2.2.2 差热分析  24-25
    2.2.3 电子探针  25
  2.3 真空钎焊设备  25-26
  2.4 真空钎焊工艺  26-27
    2.4.1 钎焊接头设计与钎焊前预处理  26
    2.4.2 真空钎焊工艺参数的选择  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章 非晶Cu-P钎料加热过程中的组织转变  28-37
  3.1 钎料熔化特性  28-29
  3.2 Cu-P钎料在加热过程中的组织转变  29-36
    3.2.1 室温下钎料的物相分析  29-30
    3.2.2 钎料与母材未反应前钎料的物相分析  30-34
    3.2.3 钎料与母材反应后钎缝中钎料的物相分析  34-35
    3.2.4 物相转变过程分析  35-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章 非晶Cu-P钎料钎焊过程的元素扩散行为  37-50
  4.1 钎缝结构  37
  4.2 Cu-P钎料钎焊接头形成过程中的元素扩散及其影响  37-44
    4.2.1 固相线前钎缝中的元素扩散及其影响  37-40
    4.2.2 液相形成及液相填缝阶段的元素扩散及其影响  40-44
  4.3 钎缝残余层形成及元素扩散对钎焊残余层的影响  44-49
    4.3.1 钎缝残余层的形成  45-46
    4.3.2 保温时间对残余层的影响  46-48
    4.3.3 钎焊温度对残余层的影响  48-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章 Sn元素扩散方程的建立与扩散系数的计算  50-55
  5.1 固相线前加热阶段界面Sn扩散模型的建立  50-52
    5.1.1 几点假设  50
    5.1.2 扩散模型的推导  50-52
  5.2 Sn扩散系数D的计算  52-54
  5.3 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-58
致谢  58-59
附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  59

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 钎焊
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