發(fā)布時(shí)間：2018-04-16 13:32

  本文選題：高溫軟釬料 + 鋅基釬料�。� 參考：《吉林大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：釬料種類和牌號(hào)繁多,新型釬料層出不窮,尚缺乏熔化溫度范圍在350-500℃適合釬焊銅、鋼及其合金的高溫軟釬料。近年來(lái),隨著技術(shù)創(chuàng)新與高技術(shù)產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn),對(duì)釬焊技術(shù)和釬料提出了新的要求,尤其是一些組織與性能對(duì)溫度和成分變化極為敏感的新型功能材料以及為了滿足復(fù)雜部件分步釬焊工藝的要求,需要通過(guò)釬料熔化溫度范圍的梯度變化,降低釬焊溫度,減小部件的變形和避免后道釬縫釬焊時(shí)造成前道釬縫的再熔化,也迫切需要熔化溫度在350-500℃的釬料。鋅的熔點(diǎn)是419℃,與銅和鋼的相互作用能力較強(qiáng),通過(guò)添加合金元素,可獲得熔化溫度在350-500℃的釬料。本文綜合考慮合金化原理,結(jié)合相圖分析和前期研究基礎(chǔ),確定鋅(Zn)、錫(Sn)、銅(Cu)和鉍(Bi)為高溫軟釬料的基礎(chǔ)成分,試驗(yàn)采用配方均勻設(shè)計(jì)方法,以熔化溫度、潤(rùn)濕性能以及釬焊銅接頭剪切強(qiáng)度為指標(biāo),采用逐步回歸方法建立了目標(biāo)函數(shù)的回歸方程,研究了合金元素及元素間交互作用對(duì)熔化溫度、潤(rùn)濕性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,元素Sn可顯著降低熔化溫度,提高釬料的潤(rùn)濕面積;少量的元素Cu可顯著提高釬焊接頭的剪切強(qiáng)度;元素Sn與Cu、Sn與Bi存在交互作用,當(dāng)Cu含量大于1.8%時(shí),元素Sn對(duì)潤(rùn)濕面積的影響較小;當(dāng)Sn含量一定時(shí),適當(dāng)增加Bi含量可顯著增大潤(rùn)濕性能,提高接頭剪切強(qiáng)度。在綜合考慮釬料熔化溫度范圍、釬縫成型和釬料熔煉等因素影響后,優(yōu)化設(shè)計(jì)出用于釬焊銅和鋼的含Sn量為4.0-7.0wt.%,含Cu量為1.7-2.3wt.%,含Bi量為1.0-2.0wt.%的最佳成分釬料,該釬料的熔化溫度393.41℃,潤(rùn)濕面積203.99mm2,接頭剪切強(qiáng)度41.96MPa。系統(tǒng)研究了Zn-5Sn-2Cu-1.5Bi(ZSCB)高溫軟釬料及釬焊接頭界面微觀組織與性能。ZSCB高溫軟釬料鑄態(tài)組織由η-Zn基體、粗大的ε-Cu Zn5樹(shù)枝晶、針片狀β-Sn及析出相Bi組成,合金元素存在微觀偏析現(xiàn)象,釬料組織的均勻性差;Zn-5Sn-2Cu-1.5Bi高溫軟釬料拉伸強(qiáng)度125.24MPa,強(qiáng)度較低,釬料沿晶界或樹(shù)枝晶開(kāi)裂,脆性較大。Zn-5Sn-2Cu-1.5Bi高溫軟釬料釬焊銅界面微觀組織由ε-Cu Zn5、γ-Cu5Zn8及β-Cu Zn反應(yīng)層組成,釬焊接頭室溫剪切強(qiáng)度為41.98MPa,延伸率0.42%;與Sn-38Pb和Sn-3.8Ag-0.7Cu釬料相比,Zn-5Sn-2Cu-1.5Bi釬焊接頭室溫剪切強(qiáng)度相近,塑性較差。采用變質(zhì)處理和快速冷卻方法細(xì)化釬料組織,研究了稀土、冷卻速度及冷速-稀土耦合作用對(duì)釬料微觀組織和性能的影響規(guī)律。稀土變質(zhì)劑對(duì)初生相ε-Cu Zn5及β-Sn/Bi形貌、尺寸和分布有明顯的變質(zhì)效果。隨稀土含量增加,初生相ε-Cu Zn5由粗大的花瓣?duì)钪мD(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)長(zhǎng)的樹(shù)枝晶,含量增加,晶界β-Sn相由片狀和針狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?當(dāng)稀土含量為0.05wt%時(shí),釬料的拉伸強(qiáng)度為185.26MPa,延伸率為1.21%;與未添加稀土釬料相比,拉伸強(qiáng)度提高60.02%,延伸率增大70.42%;電化學(xué)腐蝕過(guò)程中生成的腐蝕產(chǎn)物膜致密性增大,釬料的抗腐蝕性能提高。冷卻速度對(duì)釬料鑄態(tài)組織中η-Zn相形貌及尺寸有較大影響。隨冷卻速度加快,釬料組織生成過(guò)飽和η-Zn固溶體;當(dāng)冷卻速度為120℃/s時(shí),固溶體η-Zn由柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶,晶粒尺寸為5.70-8.65μm,釬料的拉伸強(qiáng)度為193.56MPa,蠕變應(yīng)力指數(shù)為35.72,與自然冷卻釬料相比,拉伸強(qiáng)度和蠕變應(yīng)力指數(shù)分別提高了54.55%和34.49%。冷速-稀土耦合作用對(duì)鑄態(tài)釬料基體η-Zn相,初生相ε-Cu Zn5及晶界β-Sn/Bi相均發(fā)生變質(zhì)作用。冷速-稀土耦合作用得到的釬料組織由等軸晶η-Zn相、顆粒狀ε-Cu Zn5相及鑲嵌于η-Zn相的細(xì)小β-Sn/Bi組成,冷卻速度為120℃/s時(shí),冷速稀土耦合作用釬料的拉伸強(qiáng)度為221.86MPa,延伸率為1.51%,與自然冷卻ZSCB高溫軟釬料相比,拉伸強(qiáng)度和延伸率分別提高了77.15%和112.68%。研究了工藝參數(shù)對(duì)ZSCB高溫軟釬料釬焊銅界面微觀組織和力學(xué)性能的影響,應(yīng)用熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論,分析了界面反應(yīng)產(chǎn)物的演變過(guò)程,揭示了反應(yīng)產(chǎn)物的形成機(jī)制。隨釬焊溫度提高和保溫時(shí)間延長(zhǎng),釬焊界面反應(yīng)層厚度增大,反應(yīng)產(chǎn)物數(shù)量先增加后逐漸減少。當(dāng)釬焊溫度T=450℃,保溫時(shí)間t45s時(shí),界面由ε-Cu Zn5、γ-Cu5Zn8和β-Cu Zn反應(yīng)層組成,隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)ε-Cu Zn5與Cu原子發(fā)生界面反應(yīng)45nuu ZeeC-5C-4=+u ZC n,生成枝晶狀ε-Cu Zn4相,釬焊界面轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Cu Zn5、ε-Cu Zn4、γ-Cu5Zn8及β-Cu Zn四個(gè)反應(yīng)層,產(chǎn)物數(shù)量增加;當(dāng)釬焊溫度T=450℃,保溫時(shí)間t90s時(shí),ε-Cu Zn4與Cu原子發(fā)生界面反應(yīng),ε-Cu Zn4被消耗854ZngeC-3C-2=+Znu Cu u;繼續(xù)增加保溫時(shí)間,釬焊界面產(chǎn)物數(shù)量減少,由ε-Cu Zn4、γ-Cu5Zn8及β-Cu Zn反應(yīng)層轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Cu5Zn8和β-Cu Zn反應(yīng)層,其中ε-Cu Zn4相生成與消耗的反應(yīng)熵變分別為92.90J.K-1.mol-1和232.30 J.K-1.mol-1。釬焊界面反應(yīng)產(chǎn)物特征對(duì)釬焊接頭剪切強(qiáng)度有著顯著影響,當(dāng)釬焊溫度T=450℃,保溫時(shí)間t=30s時(shí),ZSCB/Cu接頭界面ε-Cu Zn5晶粒尺寸為2.32-3.51μm,反應(yīng)層總厚度為26.56-32.43μm,接頭剪切強(qiáng)度76.52MPa;當(dāng)保溫時(shí)間t45s時(shí),界面生成過(guò)度反應(yīng)相ε-Cu Zn4,接頭剪切強(qiáng)度降低(38.25MPa)。試驗(yàn)采用Zn-5Sn-2Cu-1.5Bi-0.05RE釬料釬焊銅,界面產(chǎn)物ε-Cu Zn5和γ-Cu5Zn8的反應(yīng)激活能增大,界面反應(yīng)層厚度降低,ε-Cu Zn5晶粒細(xì)化,釬焊接頭剪切強(qiáng)度為92.63MPa,與ZSCB/Cu(T=430℃,t=30s)釬焊接頭相比,提高了120.76%。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG425.1

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本文編號(hào)：1759177