銀基釬料雜質(zhì)元素影響研究及其潔凈度表征.pdf

1、近年來，隨著釬焊材料應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展和性能研究不斷深入，對釬料品質(zhì)的要求隨之不斷增加。然而，在釬料生產(chǎn)及后期服役過程中的共性問題“微量雜質(zhì)元素”研究的系統(tǒng)性不夠。目前微量雜質(zhì)元素的研究工作已引起國內(nèi)外學(xué)者的重視，逐漸開展相關(guān)的研究工作，但針對雜質(zhì)元素鈣、碳、硫、氧對銀基釬料影響及釬料潔凈度的表征方法等仍未見系統(tǒng)研究和報道。
　　課題依托國家973項目“潔凈鋼工藝仿真與連接界面結(jié)構(gòu)及性能表征研究”開展，采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡

2、、XPS和XRD等多種分析手段研究鈣、碳、硫、氧在銀基釬料中的存在形式及其對釬焊工藝性和釬焊性能影響作用機理，初步提出不同雜質(zhì)元素對釬料及釬焊性能影響規(guī)律，界定潔凈釬料，并用熵值表征了釬料潔凈度。
　　研究表明：鈣元素使BAg45CuZn釬料三元共晶點E向Ag方向靠近，隨其含量的增加，釬料組織中銅基及銀基固溶體晶粒異常長大，而銀基固溶體含量減少，層片狀共晶組織增多且其片間距減小。鈣主要存在于銀基固溶體和銅基固溶體的相界面處，易與銅

3、生成高硬脆性、斜方晶格的α-CaCu金屬間化合物，且其較為活潑的化學(xué)性質(zhì)，在氧作用下，使固溶在釬料中的鈣形成CaO阻流劑阻礙釬料流動，降低其與母材的潤濕性能，最終導(dǎo)致釬焊性能下降。
　　硫是破壞力極強的元素，在釬料表層形成Cu2S，ZnS，Ag2S等高熔點硫化物，釬料心部顯微組織形態(tài)雖未發(fā)生明顯變化，但硫原子向釬料心部進行了擴散，其在銀固溶體中的含量略低于銅固溶體。隨著硫含量的增加，釬料斷裂方式由韌性斷裂演變?yōu)榇嘈詳嗔眩瑪嗫谔幋嬖?/p>

4、大量割裂基體連續(xù)性的粒狀硫化物。在釬焊溫度下，未熔融的硫化物增加釬料粘度，造成與母材界面張力增加，易形成未釬透缺欠，惡化釬焊性能。
　　帶有軋制油的釬料會在其表面形成一層含碳層，根據(jù)軋制道次的不同，厚度將從0.5μm變化到7μm左右。碳在釬料表面主要以游離的碳分子和ZnC8、C2CdO4形式存在。在焊接的過程中，釬料內(nèi)游離碳分子和含碳化合物中部分未能及時上浮到表面而被包裹在釬料內(nèi)部；部分碳分子及含碳化合物隨著釬料的熔化開始上浮，最

5、后這些顆粒物被液態(tài)釬料推到了鋪展最前沿，在液態(tài)釬料周圍形成一個包圍圈，阻礙釬料的鋪展；還有極少一部分游離的碳易與鋼中的Cr、Ni、Mn、Fe等形成了一些碳化物，但結(jié)合界面處的組織比較疏松，存在孔洞，致使接頭的抗拉強度降低。
　　氧在釬料中主要以氧化物的形式存在，固溶和吸附的含量較低。隨著粉狀釬料氧含量的增加，粉末顆粒之間出現(xiàn)了一定的粘連，部分顆粒表面還出現(xiàn)了裂痕。利用高氏-洛侖茲方法分析發(fā)現(xiàn)釬料表層結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次為自由水吸附層、

6、碳氫有機化合物污染層、氧化物層。同時，釬料合金的固相線溫度及表觀活化能不斷升高，而潤濕性和接頭強度不斷下降。釬焊接頭組織中的氧化夾雜物缺陷，在疲勞試驗過程中易在此處形成裂紋源，致使接頭強度降低。
　　針對銀基釬料，提出了“潔凈”釬料的概念及釬料流動速率評價方法，在將釬焊工藝性評價規(guī)范由傳統(tǒng)的質(zhì)量-面積評價擴展為質(zhì)量-面積-時間評價方面邁出了實質(zhì)性一步；用工藝熵值和性能熵值兩個參數(shù)定量表達釬料潔凈度，揭示了同成分同組織釬料性能迥異的