紫铜真空钎焊的界面行为研究

论文摘要

在钎焊过程中,连接接头的形成都要涉及构件原始界面消失和新界面形成的问题。本文从母材与钎料的溶解扩散等相互作用的过程出发,在常规及高温长时间的工艺条件下,对紫铜的软钎焊和硬钎焊分别进行研究。用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析等材料分析方法观察界面行为所产生的各种现象,并分析各现象形成的微观机理。通过观察Sn3.0Ag0.5Cu钎料在紫铜板上润湿铺展过程,显示钎焊温度达到钎料熔点后,接触角随着温度的升高和保温时间的延长不断的变小,其中熔点附近减小的较为迅速。研究发现,在润湿过程前期很短的时间内,钎料/Cu界面处就形成一薄层的Cu6Sn5金属间化合物,随着钎焊温度升高和保温时间的延长,这层金属间化合物厚度不断增加并出现Cu3Sn层化合物。采用AgCu共晶钎料钎焊紫铜时,在常规的工艺条件下,其接头组织为典型的共晶组织。在较高温度长时间保温的工艺条件下,其界面上会得到一种等温凝固组织,它是在钎焊温度下的保温过程中凝固的,其接头组织与母材相似并连为一体。研究发现,完成等温凝固难易程度主要由钎焊温度、保温时间以及钎缝间隙决定。温度越高,溶解速度及扩散速度均提高;保温时间越长,母材与钎料间扩散越充分、组织越接近;钎缝间隙越小,等温凝固前母材所需溶解量越少,等温凝固所需时间越少。同时,在很多试样中观察到钎缝不致密性缺陷,这些缺陷有空穴、钎缝不连续性、钎缝未焊透。这些缺陷的产生与母材与钎料的界面行为以及液态钎料的毛细填缝过程有很大关系。界面反应行为使得液态钎料熔点升高、流动性变差;液态钎料填缝时不整齐的流入间隙导致小包围现象的产生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 真空钎焊接头形成的基本原理
• 1.2.1 氧化膜的去除过程
• 1.2.2 钎料的填缝原理
• 1.2.3 钎料与母材相互作用
• 1.3 紫铜的焊接性研究现状
• 1.3.1 紫铜的熔化焊
• 1.3.2 紫铜的搅拌摩擦焊
• 1.3.3 紫铜的钎焊性
• 1.4 钎焊接头界面行为的研究现状
• 1.4.1 AgCu 系钎料钎焊时接头界面行为的研究现状
• 1.4.2 Sn 基钎料钎焊时界面行为的研究现状
• 1.5 课题主要研究内容
• 第2章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 SnAgCu 在紫铜板上润湿铺展
• 2.3.2 AgCu 共晶钎料钎焊紫铜板
• 2.4 接头处显微组织观察
• 第3章 紫铜与SnAgCu 钎料的界面反应
• 3.1 引言
• 3.2 SnAgCu 钎料在紫铜板上的润湿铺展
• 3.2.1 润湿铺展过程接触角的观察
• 3.2.2 界面行为对润湿的影响
• 3.3 界面微观组织及金属间化合物的生长行为分析
• 3.4 界面区金属间化合物对可靠性的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 紫铜与AgCu 共晶钎料的界面行为
• 4.1 引言
• 4.2 常规钎焊的界面组织分析
• 4.3 等温凝固
• 4.3.1 等温凝固显微组织分析
• 4.3.2 等温凝固机理
• 4.4 等温凝固的影响因素
• 4.4.1 钎焊温度对等温凝固的影响
• 4.4.2 保温时间对等温凝固的影响
• 4.4.3 钎缝间隙对等温凝固的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 不致密性缺陷分析
• 5.1 引言
• 5.2 不致密性缺陷微观分析
• 5.2.1 空穴
• 5.2.2 钎缝不连续性
• 5.2.3 钎缝未焊透
• 5.3 钎缝的不致密性缺陷形成机理
• 5.3.1 界面行为与熔析机理
• 5.3.2 液态钎料毛细填缝机理
• 5.4 钎缝间隙选择对不致密性缺陷的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢