无镉中温银基钎料电磁压制制备技术与组织性能研究

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无镉中温银基钎料具有适中的熔点、良好的润湿性和钎焊性能,且自身强度较高、塑性好,被广泛应用于家电、微电子封装、航空航天等行业,是当前工业生产中使用最普遍的一种中温硬钎料。目前,国内无镉中温银基钎料的制备工艺主要还是传统的轧制工艺。该制备工艺工序繁多,生产周期长,无法避免传统高温熔炼环节脆性相的产生,成材率和生产效率不高。  针对无镉中温银基钎料难成形,其传统加工工艺繁琐,易产生脆性相等特点,本文采用了一种新的银基钎料制备方法,利用粉末电磁压制和液相烧结技术相结合的方法制备了Ag40Cu23Zn31In4Ni2银基钎料薄片。粉末电磁压制实验在低电压电磁脉冲成形机上进行,为获得高致密的钎料压坯,分析了放电电压及压制次数对压坯致密度的影响,从而获得合理的压制工艺参数。结果表明:当储能电容和线圈匝数一定时,随着放电电压的增加,压坯致密度呈开始大幅增加,随后增幅变缓,最后下降的趋势。压制次数对压坯致密度的影响不大,单次压制已足够获得较高致密度的压坯。合理的压制工艺参数为:粉末在1300V放电电压下进行单次压制。  压坯的液相烧结在SG-GL1200L立式真空管式炉中且在氩气保护下进行,为最终获得高致密和高性能的钎料,系统分析了烧结温度和烧结时间对钎料致密度、组织和铺展性能的影响,从而得到合理的烧结工艺参数组合。结果表明:当烧结时间一定时,在一定的烧结温度范围内,随着温度升高,烧结坯致密度和铺展性能提高;而烧结温度一定时,随着烧结时间增长,烧结坯致密度和铺展性能降低。合理的烧结工艺参数组合为:烧结温度550℃、烧结时间0.5h。  对合理压制及烧结工艺参数组合下制得的Ag40Cu23Zn31In4Ni2银基钎料的显微组织和钎焊性能测试分析。通过金相显微镜和扫描电镜下的组织观察、EDS能谱分析和相图分析,分别对钎料和焊缝进行显微组织和相成分分析,并对该钎料进行铺展性能、对接和搭接接头性能测试。结果表明:(1)该工艺下制得的钎料与紫铜板润湿性良好,铺展面积达到298.5mm2;焊缝的抗拉强度可达到165.7Mpa,剪切强度达到174.5Mpa;钎料的钎焊性能优异,满足使用要求。(2)Ag40Cu23Zn31In4Ni2钎料显微组织整体致密、均匀,主要由大片白色银基固溶体基体和灰黑色??Cu固溶体构成。基体之上伴随着细小的In-Ag固溶体组织;??Cu固溶体以相互交错的方式排列,其间隙之中存在一定量的黑色Ag-Cu和Cu-Zn脆性固溶体,对钎料组织和性能产生不利影响。(3)焊缝显微组织整体较为致密,由大片的白色Ag基固溶体基体和灰色Cu基固溶体组成,伴随“花纹”状的组织;钎料向母材发生了明显的扩散,在交界处形成了形貌不规则的共晶组织,两者发生了良好的冶金反应和结合。该结果为电磁压制制备无镉中温银基钎料新技术的工程应用提供了理论和数据支持。
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