航天能力的高低是衡量国家强大与否的标志,空间探测技术的发展能够促进高新技术的进步。航天器是航天工程与空间科学的主要平台,深空环境是影响航天器可靠性的重要因素,其中温度的影响非常重要。航天器上的一些探测仪器设备需要直接工作在空间环境中,这便对其在极低温下正常工作的可靠性提出了要求。电子仪器中互连焊点的连接材料对热、力环境的变化非常敏感,在面临极低温（＜-55℃）及大温差的工作环境时易发生损伤甚至失效。目前,锡铅合金在宇航电子产品制造中仍属主流,其在严酷空间环境下的适用性需加以确认。因此,研究锡铅合金的变形行为及力学性能在极低温范围内的温度相关性,揭示合金组成相间产生内生应力、发生交互作用最终影响合金整体力学性能的机制,将丰富对于电子互连材料极低温可靠性的认识,为空间电子器件的设计和制造提供关键的理论依据,同时也为研究其它双相合金的力学行为提供新思路。本文通过夏比冲击试验研究了6种常用钎料合金在20℃至-150℃温度区间内的冲击性能,发现锡的韧脆转变温度为-50℃,铅基合金无韧脆转变发生。通过分析断裂表面附近裂纹的扩展路径,揭示了锡沿晶断裂为主的断裂机制。极低温下锡铅合金中的富铅相能够阻碍富锡相中裂纹的扩展,进而抑制脆断发生。提出了一种通过夏比冲击试验结果预测锡及其合金断裂韧性的方法,其中锡在下平台区断裂韧性的预测值为1.45 MPa·m0.5。结果表明锡铅合金中富锡相与富铅相在极低温下性质的差异会影响合金整体的力学性能,因此在研究锡铅合金的变形时需着重考虑其组成相间的交互作用。通过20℃至-196℃范围内的单轴拉伸试验研究了锡、铅、Sn37Pb与其组成相（富锡相、富铅相）以及不同组分锡铅合金的应力应变关系及加工硬化特征。锡与铅在20℃下的强度与延伸率基本一致,温度降低,锡的抗拉强度迅速升高且与铅强度的差值逐渐增加;延伸率则先升高后降低,在温度高于-150℃时锡的塑性优于铅。不过,温度降至-196℃时,锡的强度与塑性性质均迅速降低,延伸率仅为3%;-196℃下铅的延伸率变化不大但强度有所提高,强度与塑性性能均优于锡。制备富锡相与富铅相,富铅相的强度与延伸率在不同温度下均高于富锡相,在-196℃下的差异尤为明显。在此基础上,提出了由温度降低产生的内生应力影响合金在极低温下变形时组成相交互作用的模型。Sn37Pb合金塑性性质随温度的变化与锡一致,说明Sn37Pb在-196℃下塑性性质的突降与富锡相基体的性质有关。提高锡铅合金中的铅含量,延伸率逐渐提高而强度先升高后降低,在锡与铅的体积分数相等时达到极值,这一结果能够用固溶强化理论中的均匀强化机制进行解释。设计了一种通过不同压入深度下的纳米压痕结果反演得到组成相、晶界、以及Sn/Pb相界的力学性能参数的方法,得到无法从宏观实验获取的锡铅合金界面的性质。锡和铅均表现出了晶界硬化的性质,硬化区的尺寸小于5μm,晶界硬度较晶粒内部提高20%-30%。压痕过程中观察到有代表材料初始塑性变形的pop-in现象,距晶界越远,发生pop-in的载荷越低。通过塑性区半球模型解释了晶界硬化的机制,即晶界能够阻碍压头下方位错的运动,使塑性区体积减小,提高了位错密度,进而阻碍压头继续压入,使材料的硬度增加。由于铅更容易发生塑性变形,表现出多次pop-in的现象。锡与铅的硬度随压入深度增加而表现出尺寸效应,利用Nix-Gao模型对其进行拟合。在100nm压入深度下的Sn37Pb压痕结果表明,富锡相的纳米硬度及模量值高于Sn/Pb相界面,而富铅相最低。提出了一种分段描述锡铅合金尺寸效应的模型,当压入深度小于2μm时,分别对组成相及界面采用Nix-Gao模型拟合其尺寸效应规律;当压入深度大于2μm时,提出考虑各组成相比例、强度的双相模型拟合其尺寸效应。基于以上结果,反演得到的锡晶界及Sn/Pb相界的屈服强度要较基体相低2个数量级。Sn37Pb合金在20℃、1×10-2s-1应变率条件下的断裂行为主要沿锡晶界及Sn/Pb相界面进行,温度降低至-196℃,合金的沿晶断裂模式受到抑制,裂纹主要在富锡相内萌生。同样,应变率的提高也会抑制合金的沿晶断裂,而增加合金中铅的含量能够降低合金内部的裂纹长度。由于变形机制的不同,20℃下变形行为由最大剪应力方向控制,合金内部裂纹方向与拉伸轴夹角约45°,以“滑开型”模式断裂;-196℃下富锡相的脆断占主导,因此裂纹多与拉伸方向垂直,以“拉开型”模式断裂。根据宏观实验及纳米压痕实验的结果,将锡铅合金组成相的力学性能参数输入模型中,对锡铅合金单轴拉伸过程进行有限元模拟,模拟结果与上述实验观察到的断裂行为一致。通过较小应变下的应力云图可以得到组成相内的“应力集中带”,能够准确预测裂纹的断裂路径。