Sn-Bi系合金的一个明显缺点是Bi的粗化晶体,可以利用快速冷却,或者添加合金元素形成多组元合金使Bi相细化分散,来改善Bi原本的脆性。焊料合金中的Al因不同的含量可以作为软化和强化元素,可有效缓解Bi的粗化现象。In的熔点为156.6℃,在Sn-Bi合金中添加In后会降低共晶温度和熔化温度,In最大缺点是价格昂贵,可用资源不足。将Al用于改善Sn-Bi共晶焊料的组织性能研究偏少,In的研究偏多。本文将1.0wt.%In和0.5wt.%Al的合金元素添加到Bi-43Sn合金中制备了以Bi-43Sn为基体的四种合金。使用XRD,SEM-EDS和TGA技术研究了Bi-43Sn、Bi-43Sn-1In、Bi-43Sn-0.5Al和Bi-43Sn-1In-0.5Al四种合金铸态下的熔融特性,显微组织,力学性能。同时,将合金进行了35天的热时效处理,重点分析了热时效对Bi-43Sn基合金力学性能的变化。应用CALPHAD方法在Pandat^TM软件中计算了Sn-Bi-In三元系的三个二元系相图和三元系相图,分析了计算相图之间的差异。计算的Sn-Bi、Sn-In、Bi-In三个二元相图与实验值吻合较好。基于此对设计的合金进行了相的热力学计算,计算结果与熔炼出的合金所包含的相一致。成分表征和热力学分析表明合金的熔化温度在135℃至150℃之间。添加合金元素后会使合金的熔点下降,综合起来四种合金中Bi-43Sn-1In合金的熔融性能最好,过冷度为8.22℃,糊状区域温度为18.86℃。Sn-Bi基铸态合金中的显微组织由大部分的网状二元共晶组织和少量的先析出Sn枝晶相组成,共晶组织由β-Sn相和Bi相组成。微量的Al、In在Bi-43Sn合金不形成IMC,In主要分布在Sn基体上,Al呈细小弥散的微颗粒分布在整个基体上。添加In和Al元素后的Bi-43Sn合金的组织组织中不规则的共晶组织变多,且致密度增加。与Bi-43Sn合金相比,添加合金元素的样品表现出明显更好和更稳定的显微组织,并且在凝固过程中完全避免了Bi变粗。热时效过后的组织变得更加稳定,合金的力学性能发生了明显的改变。随着热时效时间的延长,网状的共晶组织变得不连续,层片状Bi分布的更加均匀,片间距变大并趋于稳定。In和Al都能增加Bi-43Sn共晶合金的极限抗拉强度,且加入的In效果比Al明显。微量的In元素能改善Bi-43Sn共晶合金的塑性,且效果较明显,Al元素使Bi-43Sn共晶合金的塑性变差,增加了Bi-43Sn共晶合金的脆性。合金随时效时间的延长应力-应变曲线表现出一致的变化趋势。即相对于铸态的Bi-43Sn合金力学性能先变好后又下降。Bi-43Sn合金断口主要呈现解理断裂特征,在解理刻面上能清晰区分出Sn、Bi两相形貌。断面上的Bi相没有发生明显塑性变形,但Sn相却发生了很大程度的塑性变形。随着时效时间的延长,表面解理面减小但韧窝并没有进一步增多,宏观上塑性没有进一步提高。