PbSnBi合金熔体结构转变对凝固组织和性能的影响

论文摘要

近年来,关于熔体热历史对凝固影响方面的研究已取得一定成果,发现对熔体进行过热处理能显著改善合金的组织和性能,但熔体热历史对凝固行为影响的实质等一些深层次问题还有待进一步探讨。前期的研究工作表明:Pb26Sn42Bi32、Pb36.32Sn58.68Bi5和Pb3.82Sn6.18Bi90合金存在温度诱导的液-液结构转变现象,本文在前人研究的基础上,对这三种成分的合金进行不同的热处理,探究可逆和不可逆两类熔体结构转变对合金凝固行为、凝固组织和性能的影响。另外,本文还运用过热处理的方法对含铅焊料的绿色化做了一些探讨。主要内容和结论如下:（1）对于发生可逆结构转变的Pb26Sn42Bi32合金经过不同的热处理后,空冷条件下的凝固组织转变前后变化不明显;但由于在快冷条件下有效地抑制了Pb26Sn42Bi32熔体中可逆性原子团簇的回复,从而使得从高温直接快冷凝固的合金组织细化,硬度下降。对于发生不可逆结构转变的Pb36.32Sn58.68Bi5和Pb3.82Sn6.18Bi90合金经过不同的热处理后,由于不可逆性液-液结构转变发生使得熔体中原有的原子团簇彻底消失,液-液结构转变后的熔体结构更加均匀和无序,所以在空冷和快冷条件下,其结构转变都能使组织细化,成分均匀;特别在快速凝固组织中,前后差异尤为明显。（2）利用自制的定向凝固装置探究了液-液结构转变对三种成分的PbSnBi合金定向凝固组织的影响。研究结果表明:结构转变前后的定向凝固组织变化明显,经历结构转变后的试样定向凝固组织细小,方向性高度一致。（3）对含铅焊料Pb36.32Sn58.68Bi5经过过热处理使其发生不可逆结构转变,与结构转变前的相比较发现:结构转变后试样铅的挥发难度加大;在酸、碱、盐中的相对腐蚀率和腐蚀速度变小;在H2SO4溶液中,发生结构转变的试样钝化膜的形成相时间早于未发生结构转变的试样,在NaOH溶液中,经历结构转变的试样每个时间点的腐蚀电流都要小于未发生结构转变的试样,在NaCL溶液中,发生结构转变的试样一定会生成钝化膜,而未发生结构转变的试样则不生成钝化膜。通过研究液-液结构转变对凝固行为、凝固组织和性能的影响,不仅避免了传统熔体热处理工艺的盲目性,还为改进合金的制备工艺提供了行之有效的方法,为更深入地认识液态物质结构提供了科学依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 液态金属的结构
• 1.2 液态结构研究进展
• 1.3 熔体的过热处理
• 1.4 快速凝固
• 1.4.1 快速凝固定义
• 1.4.2 快速凝固的主要方法
• 1.5 定向凝固
• 1.6 本文研究的主要内容及意义
• 第二章 实验内容及方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 空冷条件下的凝固实验
• 2.2.2 铜模快冷条件下的凝固实验
• 2.2.3 定向凝固实验
• 2.2.4 金相制备
• 2.2.5 耐腐蚀性实验
• 2.2.6 实验仪器和设备
• 2.2.7 实验中应考虑的问题及解决办法
• 第三章 熔体结构转变对PbSnBi 合金空冷和快冷凝固的影响
• 3.1 引言
• 26Sn₄₂Bi₃₂、Pb_36.32Sn_58.68Bi₅ 和 Pb_3.82Sn_6.18Bi₉₀ 空冷条件下的'>3.2 Pb₂₆Sn₄₂Bi₃₂、Pb_36.32Sn_58.68Bi₅ 和 Pb_3.82Sn_6.18Bi₉₀空冷条件下的
• 3.2.1 试样热处理温度的选取和实验方案
• 26Sn₄₂Bi₃₂ 合金空冷凝固的影响与分析'>3.2.2 熔体结构转变对Pb₂₆Sn₄₂Bi₃₂合金空冷凝固的影响与分析
• 36.32Sn_58.68Bi₅合金和Pb_3.82Sn_6.18Bi₉₀ 合金空冷凝的影响与分析'>3.2.3 熔体结构转变对Pb_36.32Sn_58.68Bi₅合金和Pb_3.82Sn_6.18Bi₉₀合金空冷凝的影响与分析
• 26Sn₄₂Bi₃₂、Pb_36.32Sn_58.68Bi₅ 和 Pb_3.82Sn_6.18Bi₉₀ 快冷条件下的凝固'>3.3 Pb₂₆Sn₄₂Bi₃₂、Pb_36.32Sn_58.68Bi₅ 和 Pb_3.82Sn_6.18Bi₉₀快冷条件下的凝固
• 26Sn₄₂Bi₃₂ 合金快冷凝固的影响与分析'>3.3.1 熔体结构转变对Pb₂₆Sn₄₂Bi₃₂合金快冷凝固的影响与分析
• 36.32Sn_58.68Bi₅合金和Pb_3.82Sn_6.18Bi₉₀ 合金快冷凝固的影响与分析'>3.3.2 熔体结构转变对Pb_36.32Sn_58.68Bi₅合金和Pb_3.82Sn_6.18Bi₉₀合金快冷凝固的影响与分析
• 3.4 液-液结构转变对PbSnBi 合金凝固影响的模型建立
• 3.5 本章小结
• 第四章 熔体结构转变对PbSnBi 合金定向凝固的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验方案与实验过程
• 26Sn₂₆Bi₃₂ 合金定向凝固结果与分析'>4.3 Pb₂₆Sn₂₆Bi₃₂合金定向凝固结果与分析
• 3.82Sn_6.18Bi₉₀ 合金定向凝固结果与分析'>4.4 Pb_3.82Sn_6.18Bi₉₀合金定向凝固结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 含铅焊料PbSnBi 的绿色化探索
• 5.1 引言
• 5.2 结构转变对含铅焊料中铅的挥发性的影响
• 5.3 结构转变对含铅焊料腐蚀性的影响
• 5.3.1 浸蚀法
• 5.3.2 电化学实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本文研究的主要内容
• 6.2 本文的主要研究成果和结论
• 6.3 本文创新之处
• 6.4 尚待进一步解决的问题
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文