论文摘要
采用铸锭冶金法制备了La含量分别为0、0.05、0.1和0.4（质量分数,%）的四种Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金,采用回流焊方法制备了四种钎料合金与铜的钎焊接头。测试了四种钎料合金的室温力学性能、熔化特性、电导率、润湿性能;采用金相显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）观察了四种钎料合金的显微组织、钎焊和时效状态下的钎焊界面及钎料内部显微组织。研究了La对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金力学性能、物理性能和显微组织的影响,以及La对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料与铜钎焊界面金属间化合物（IMC）形成与生长行为的影响;探讨了La在Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金及Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料与铜钎焊接头中的存在形式与作用机理。结果表明:（1）Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金显微组织主要由β-Sn枝晶和共晶组织组成,共晶组织包含Sn-Ag、Sn-Cu二元共晶以及Sn-Ag-Cu三元共晶。微量La加深成分过冷,从而使显微组织细化,β-Sn枝晶分形加剧,高次枝晶发达。含0.4%La的钎料合金中形成了粗大的初生LaSn3枝晶相。（2）在Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金中添加0.05%La和0.1%La,能提高抗拉强度、屈服强度和延伸率。添加0.4%La时,抗拉强度和屈服强度仍得到提高,但延伸率下降较快。微量La提高力学性能来源于净化晶界和β-Sn枝晶分形,晶界滑动被削弱。LaSn3枝晶相与基体界面结合力较弱而降低力学性能。（3）Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金中添加微量La后,固相线温度和熔点随着La含量的增加逐渐轻微上升,熔化区间也逐渐轻微扩大;电导率随着La含量增加而轻微下降;β-Sn枝晶和共晶组织的显微硬度值随着La含量增加逐渐上升,但仍远低于初生LaSn3脆性相的显微硬度值。（4）在Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金中添加0.05%和0.1%La,能显著降低润湿角,提高合金的润湿性能。添加0.4%La后,润湿角因为LaSn3相的氧化而急剧增加,润湿性能变差。（5）四种Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金与铜于260℃钎焊5min后在界面上形成了扇贝形的Cu6Sn5化合物层,其厚度和直径均随La含量的增加而减小,但添加0.4%La的钎料合金因LaSn3相强烈吸氧在界面上形成了球形的孔洞。（6）四种Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金与铜的钎焊界面在150℃下时效100h后在铜基板和Cu6Sn5化合物层之间析出连续且薄平的Cu3Sn化合物层,在Cu6Sn5化合物层中镶嵌有Ag3Sn颗粒。界面IMC的总厚度随时效时间的增加而增厚,且在相同的时效条件下随La含量的增加而减小。过程IMC生长动力学的时间系数随着La含量的增加逐渐增大,即La的增加使钎料与铜界面IMC在时效过程中的生长机制从晶界扩散向体扩散转变。（7）含La的Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金与铜钎焊后,Ag原子仍存在于网络共晶组织中,但钎焊时铜基板中的Cu原子向钎料内部的溶解形成了中空和实心两种六方棱Cu6Sn5化合物。时效100h后Ag3Sn粒子沿共晶网络析出,随时效时间的延长逐渐粗化。添加0.4%La的Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料合金中铸态形成的LaSn3相在钎焊和时效后仍保持粗大的枝晶形状。