新型银基无镉中温钎料组织性能的研究

论文摘要

含镉银基钎料由于其优良的性能而在工业领域得到广泛应用,但镉会危害环境和人类身体健康,同时随着银价格的不断上升,因此,在环保和降低钎料生产成本的要求下,本文以银含量为20%的银基无镉中温钎料为研究对象,根据相图计算法对钎料配方进行了优化设计,并通过AgCuZn三元合金液相面和相分布投影图对计算结果进行讨论。采用试验研究和理论分析结合的方法,对钎料的微观组织、铺展润湿性、接头性能以及界面微观组织进行了深入研究。钎料微观组织分析表明,钎料主要由富Cu相、CuZn化合物相、锡青铜相(Cu5.6Sn和Cu40.5Sn11化合物)、Cu3P或Ni3P化合物相以及Ag固溶体相组成。随着元素Sn含量的增加,钎料组成相的比例会发生变化,并有Cu40.5Sn11化合物相出现;而随着元素Ni的加入,钎料中锡青铜相被细化,并会形成新的Ni3P相;随着元素La含量的增加,钎料的微观组织被细化的越来越明显,这都会影响钎料的抗拉强度,经分析可知,当元素Sn、Ni、La的含量分别为6.5%、2.0%、0.5%时,其抗拉强度分别达到最大值。钎料铺展润湿试验研究表明,1Cr18Ni9Ti不锈钢向钎料中溶解的量随着元素Sn含量的增加逐渐增多;随着元素Ni含量的增加,其溶解量逐渐减少,而稀土元素La可抑制其向钎料中的溶解;而紫铜一侧过渡层的厚度只与元素Sn、Ni、La对钎焊温度的影响有关,随着钎焊温度的升高,过渡层的厚度逐渐变大。测试表明,元素Sn、Ni、La的含量分别为6.5%、2.0%、0.3%时,钎料在紫铜和1Cr18Ni9Ti不锈钢上的铺展润湿面积分别可达到351mm2、212mm2,均大于BAg30CuZnSn钎料在紫铜和1Cr18Ni9Ti不锈钢上的铺展润湿面积。接头微观组织分析表明,元素Ni、La可细化焊缝组织,并且添加元素La后会生成黑色花瓣状的银镧金属间化合物;强度测试表明,元素Sn、Ni、La的含量分别为4.5%、2.0%、0.5%时,接头的抗剪强度分别达到最大值。对比接头抗剪强度可知,元素Sn、Ni、La的含量分别为6.5%、2.0%、0.5%的钎料,其异种接头抗剪强度高于BAg30CuZnSn钎料异种接头的抗剪强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外银基无镉钎料的研究现状及分析
• 1.2.1 价格较低的元素
• 1.2.2 性质活泼的稀土元素
• 1.2.3 贵金属元素
• 1.3 铜基钎料的研究现状及分析
• 1.4 研究内容
• 第2章 钎料配方的优化设计、制备方法与分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 钎料配方的优化设计
• 2.2.1 元素比例的计算
• 2.2.2 钎料配方中元素计算结果的讨论
• 2.3 钎料的制备方法
• 2.3.1 钎料的熔炼
• 2.3.2 钎料制备的后续工艺
• 2.4 试验前材料的处理
• 2.5 性能测试及微观分析
• 2.5.1 力学性能测试
• 2.5.2 微观分析
• 第3章 钎料微观组织和力学性能的分析
• 3.1 引言
• 3.2 钎料组成相及其显微组织形成机理的分析
• 3.2.1 钎料组成相的分析
• 3.2.2 钎料微观组织形成机理的分析
• 3.3 元素对钎料微观组织和抗拉强度的影响及分析
• 3.3.1 元素Sn对钎料微观组织和抗拉强度的影响及分析
• 3.3.2 元素Ni对钎料微观组织和抗拉强度的影响及分析
• 3.3.3 稀土元素La对钎料微观组织和抗拉强度的影响及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 元素对钎料熔化特性的影响及分析
• 4.1 引言
• 4.2 元素对钎料熔化温度区间的影响及分析
• 4.2.1 钎料熔化温度的测定
• 4.2.2 合金元素对钎料熔化温度区间的影响及分析
• 4.3 钎料铺展润湿过程及其界面微观组织的分析
• 4.3.1 钎料铺展润湿的过程
• 4.3.2 钎料铺展润湿界面微观组织的分析
• 4.4 微量元素对钎料铺展润湿性的影响及分析
• 4.4.1 元素Sn对钎料铺展润湿性的影响及分析
• 4.4.2 元素Ni对钎料铺展润湿性的影响及分析
• 4.4.3 稀土元素La对钎料铺展润湿性的影响及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 紫铜和1Cr18Ni9Ti不锈钢钎焊接头性能
• 5.1 引言
• 5.2 钎焊接头微观组织示意图
• 5.3 元素对钎焊接头抗剪强度的影响及分析
• 5.3.1 元素Sn对钎焊接头抗剪强度的影响及分析
• 5.3.2 元素Ni对钎焊接头抗剪强度的影响及分析
• 5.3.3 稀土元素La对钎焊接头抗剪强度的影响及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢