冷速及时效对Ag-24.5In合金组织及性能的影响

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近几年,随着电子器件不断向集成化、微型化和智能化方向的发展,对于起到连接作用的焊料合金也提出了更高的要求,尤其是在使用温度方面。为了研制出新型的高温无铅焊膏,本文选择了银铟体系高Ag端(Ag-24.5In, wt%)的部分作为研究对象,通过综合运用差热分析仪、光学显微镜、扫面电子显微镜、X-射线衍射仪、透射电子显微镜等手段分析了不同冷速下合金的凝固过程及微观形貌;并进一步分析了后期时效过程对其组织稳定性及性能的影响;最后,通过显微硬度值的变化规律研究了不同冷速及时效过程对于合金机械性能的影响。研究过程及结论列示如下:通过改变冷却速率研究了Ag-24.5In合金的近平衡凝固组织与非平衡凝固组织。结果表明合金凝固后的组织均由残留的初生相及ξ相两相构成,其中相呈枝晶状,且冷却速率越快枝晶形态越明显;包晶反应的不完全性及高温包析反应的发生,导致了凝固后的组织微观形貌中没有包晶形貌的典型特征;另外,In的固溶使Ag的晶格常数变大,导致相的衍射峰发生了整体的向左偏移。选择不同温度对Ag-24.5In合金凝固后的组织进行时效处理,研究了时效对于Ag-24.5In合金组织稳定性及微观形貌的影响。结果显示,Ag-24.5In合金在室温下的组织稳定性很好,室温时效120d后组织几乎不发生变化,仅是硬度值有所降低;185℃时效40h后合金的组织会发生一定程度的长大,合金的硬度值降低;200、250、300℃时效40h后,相会依附原始的初生相晶粒长大,进而包围原始晶粒,但长大后原始晶界并没有消失;高温时效后,合金的韧性及熔点均有所提高,对焊料的高温服役过程是有利的。通过对合金硬度的研究表明:合金的硬度值随着凝固速率的加快而变大,原因是随着凝固速率的增大,组织变的细小,而且相(软质相)的相对含量也在减少;室温时效及高温时效后合金的硬度总体呈下降的趋势,且冷却速率越快硬度下降的幅度越大;高温时效后由于相的长大生成了新的晶界及沉淀相ξ的析出,会在一定程度上提高合金的硬度,但时效过程中硬度减小因素仍占主导,所以最终合金的硬度值仍会下降,只是下降幅度有所减缓。
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