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Sn-Sb基钎料合金熔体结构状态对凝固和润湿性的影响

作　者: 董野峰
导　师: 李先芬
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 无铅焊料熔体结构转变润湿性电阻率凝固组织
分类号: TG425
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

铅为有毒金属，钎料的无铅化已经是大势所趋。欧美、日本等国家对此已投入大量精力，我国对发展钎料无铅化技术也十分重视。国内外资料显示，目前对无铅钎料的研究主要关注添加微量元素（如稀土）、合金体系的选择及合金成分配比的优化对钎料性能的影响，较少有人关注无铅钎料本身的制备条件，比如熔体的热历史条件对钎料性能的影响。近年来，在材料生产及科研实际中，人们对合金液态结构有了较深入的认识，特别是发现了温度诱导的液-液结构转变现象，且认识到液-液结构转变与材料性能方面存在着液-固遗传性，这就可能为无铅焊料的制备提供一种有价值的手段。本文从温度诱导的液-液结构转变角度出发，同时考察元素Bi的影响，选取Sn-5Sb-xBi合金(Bi质量分数分别为0、1％、3％和5％)为研究对象，探索熔体结构状态对合金凝固组织、钎焊接头剪切强度和润湿性的影响，同时考察Bi元素的添加量对Sn-Sb5钎料组织和钎焊性能的影响。研究主要内容如下：（1）通过直流电阻法考察不同成分的Sn-5Sb-xBi合金熔体在连续两轮升降温过程中的电阻率-温度行为，结果显示：除了Sn-5Sb-Bi第一轮升温过程的电阻率-温度曲线以外，其余Sn-5Sb-xBi合金熔体的-T曲线都出现了非线性的异常变化，不同成分的钎料合金-T曲线上异常变化特征相近，并且该变化在第一轮升降温后呈可逆特征。在本文研究范围内，随着Bi的增加，钎料合金熔点降低，熔程增大。（2）通过对比、分析钎料凝固试样组织发现，结构转变后的合金熔体凝固组织明显细化，组织更加无序、均匀。分析认为遗传于固态的团簇或短程有序结构被打破或分解成尺度更小的结构、分布更加均匀，使得结晶形核核心数量增多，过冷度增大，形核率提高，组织细化。（3）将不同熔体状态下的熔体铁模凝固制得钎料，在Cu板上进行润湿铺展实验，探讨熔体结构状态和Bi的添加对润湿性的影响，结果表明：Bi元素的加入使得Sn-Sb5-xBi钎料的润湿性明显改善；同时，液-液结构转变对Sn-5Sb-xBi合金的润湿性有较显著影响。（4）采用单剪搭接接头形式，对Sn-5Sb-xBi钎料／Cu钎焊接头进行了剪切强度测试，结果显示，液-液结构转变和Bi的含量对接头剪切强度有很大影响。相同Bi含量时，经历液-液结构转变的钎料接头剪切强度均得到提高；而接头的剪切强度随着Bi含量的增加，呈先增大后减小的趋势。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
致谢  8-13
第一章绪论  13-20
  1.1 液态金属结构  13-17
    1.1.1 液态金属结构的认识  13-15
    1.1.2 液态金属结构研究进展  15-17
    1.1.3 液态金属结构研究方法  17
  1.2 液态合金热历史对凝固组织和性能影响的有关研究  17
  1.3 无铅焊料发展历史与意义概述  17-19
    1.3.1 无铅焊料发展的重要进程  17-18
    1.3.2 国内外研究状况  18
    1.3.3 无铅焊料发展的重要意义  18-19
  1.4 本课题研究内容及意义  19-20
第二章实验内容及方法  20-29
  2.1 电阻率实验  20-22
    2.1.1 实验原理  20
    2.1.2 实验设备  20-21
    2.1.3 实验步骤  21-22
    2.1.4 实验注意事项  22
  2.2 凝固实验  22-25
    2.2.1 坩埚空冷凝固实验  22-23
    2.2.2 铁模冷却凝固实验  23-25
  2.3 润湿性实验  25-27
    2.3.1 实验方案  25-26
    2.3.2 实验设备  26
    2.3.3 钎焊工艺参数设定  26
    2.3.4 实验步骤  26-27
    2.3.5 实验注意事项  27
  2.4 钎焊接头剪切强度实验  27-28
    2.4.1 实验方案  27-28
    2.4.2 实验设备及步骤  28
    2.4.3 实验注意事项  28
  2.5 本章小结  28-29
第三章 Sn-Sb5-xBi 合金电阻率温度行为探索  29-38
  3.1 引言  29
  3.2 实验内容  29
  3.3 实验结果与讨论  29-36
    3.3.1 Sn-Sb5-xBi 合金温度与熔程测定  29-30
    3.3.2 Sn-Sb5-xBi 合金电阻率随温度变化规律探索  30-34
    3.3.3 实验结果分析  34-36
  3.4 本章小结  36-38
第四章结构转变及 Bi 对 Sn-Sb5-xBi 钎料合金凝固的影响  38-47
  4.1 引言  38
  4.2 实验内容  38-45
    4.2.1 空冷实验  38-41
    4.2.2 铁模冷却凝固实验  41-45
  4.3 本章小结  45-47
第五章结构转变及 Bi 对钎料 Sn-Sb5-xBi 合金钎焊性能的影响  47-56
  5.1 引言  47
  5.2 润湿性实验  47-53
    5.2.1 润湿性试验内容  47
    5.2.2 润湿性试验结果  47-51
    5.2.3 结构转变及 Bi 对钎料润湿性的影响分析  51-53
  5.3 剪切试验  53-55
    5.3.1 剪切试验内容  53
    5.3.2 剪切试验结果  53-54
    5.3.3 结构转变及 Bi 对钎料剪切性能的影响分析  54-55
  5.4 本章小结  55-56
第六章全文总结与展望  56-58
  6.1 本文主要内容与结论  56-57
  6.2 本文创新之处  57
  6.3 尚待进一步解决的问题  57-58
参考文献  58-65
硕士期间发表的论文  65-66

Sn-Sb基钎料合金熔体结构状态对凝固和润湿性的影响

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