Sn-Zn基无铅钎料的开发和加工

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无铅钎料,作为传统锡铅钎料的替代品,它的开发已成为电子和材料界关注的热点。Sn-Zn基钎料因熔点最接近传统Sn-Pb钎料且安全、低价而开发价值显著。已有研究结果均表明微量Al的添加可以明显改善Sn-Zn基钎料的综合性能,其中的Sn-92n-30ppmAl已成功应用于电子电路组装中。然而这种钎料良好的润湿性和抗氧化性需要在增加焊剂活性或气氛保护中获得,所以在实际生产中的应用范围受到限制。 手工焊作为一种最基础的焊接方法,有着广泛的适用性,在电子组装业中仍然占据着不可替代的地位。Sn-Zn基无铅钎料的加工性很差,因此开发Sn-Zn基钎料的焊丝(钎料在手工焊中的产品应用形式)加工工艺具有显著的实用意义。 本文以Sn-Zn基无铅钎料合金为研究对象。一方面,在Sn-9Zn-30ppmAl三元母合金基础上加入微量的第四种合金元素(Cu、Ni、Nd),以进一步提高合金的润湿性、抗氧化性能和力学性能;另一方面,在优化合金成分的基础上探索Sn-Zn基无铅钎料焊丝的加工工艺,取得了一系列具有实用意义的结果。 在Sn-9Zn-30ppmAl中添加微量(0.05wt%、0.10wt%、0.15wt%)第四组元Cu或Ni,提高了合金在255℃时的润湿力,并减少了润湿时间,改善了钎料合金的润湿性能。然而当温度降低至240℃时,Cu和Ni的加入对三元母合金的润湿性没有改善作用;合金的抗氧化性也不能得到改善。微量Cu或Ni加入后,合金组织中粗大的初生Zn相尺寸减小且随含量的增加,细化作用越明显,显微组织中还形成了Cu-Zn、Ni-Zn化合物相。显微组织的变化使合金的强度升高,塑性略有降低。 在三元母合金中添加微量(50ppm、100ppm、150ppm)稀土元素Nd后,合金熔体在240℃和255℃时的润湿力提高,润湿时间减少,且添加量越多,润湿性改善越明显。微量Nd的合金化使合金表面氧化层的厚度降低,抗氧化性能提高,但随加入量的增大氧化层也不断增厚。此外合金组织也因Nd的加入而细化,塑性大幅度提高,但强度没有明显变化。 采用挤压和拉拔为主的加工工序,先将圆柱形Sn-Zn基无铅钎料合金铸锭预加工成一定直径的棒料,再多道次拉拔成丝。在系统的工艺试验基础上,获得了完整合理的工艺参数,包括挤压预热温度、挤压比、挤压速度、拉拔比和挤压模具结构和尺寸等。运用形成的工艺成功地制备了符合国家标准要求的直径小于1mm的Sn-Zn基无铅焊丝。 与已有的无铅钎料相比,本文研究结果更有应用前景,对开拓低成本、低熔点的Sn-Zn基无铅钎料的应用有显著意义。
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