鍍鋅板無鉛焊料的界面組織及力學性能研究

1、青島農業(yè)大學海都學院本科生畢業(yè)論文（設計）題 目： 鍍鋅板/無鉛焊料的界面組織及力學性能研究 姓 名： 鄭凱 系 別： 工程系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 2006.02 學 號： 020060576 指導教師： 李顯昌 2010 年 6 月 18 日畢業(yè)論文（設計）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計）是在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻、數據、圖表、資料均已作明確標注，論文中的結論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得青島農業(yè)大學或其他教育機構的學位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了

2、明確的說明并表示了謝意。論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設計）版權使用授權書本畢業(yè)論文（設計）作者同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文（設計）的復印件和電子版，允許論文（設計）被查閱和借閱。本人授權青島農業(yè)大學可以將本畢業(yè)論文（設計）全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設計） 。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設計）或與該論文（設計）直接相關的學術論文或 成果時，單位署名為青島農業(yè)大學。論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日目 錄摘 要.Abstract.II第

3、一章 課題背景.1第二章 樣品的制備.52.1 鐵樣品的制備 .52.2 電解液的配置 .52.21 電解液的選取.52.22 電解液的配置.52.3 電鍍 .52.4 焊接 .92.5 對焊接樣品的處理 .92.6 掃描電鏡 .92.7 固態(tài)時效 .92.8 試樣拉伸。 .9第三章 試驗結果與討論.123.1 電鍍后的表面形貌與成分分析 .123.2 Fe-Zn/Sn-Ag-Cu 連接體界面的組織結構.143.3 Fe-Zn/Sn-Sb-Cu 連接體界面的組織結構.183.4 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體界面 150時效不同時間后的焊料內部微觀形貌和界面組織變化.213.5 Fe-Zn/S

4、n-Cu 連接體的拉伸曲線.253.6 連接體的斷口形貌。 .28第四章 結論.30參考文獻.31致 謝.33鍍鋅板/無鉛焊料的界面組織及力學性能研究摘 要本課題選用了兩種不同焊料在鍍鋅板上回流，把焊料與鍍鋅板組成的界面作為研究對象。實驗中采用了電火花線切割、掃描電子顯微鏡等技術對時效前后的Fe-Zn與焊料連接體界面的反應產物的微觀形貌、成分進行了分析表征。整個研究工作的主要結果包括：1. Fe-Sn/Sn-Ag-Cu的界面經過150，2天、5天、8天時效失效后在Sn-Ag-Cu焊料與鍍Zn板的界面上沒有形成明顯的化合物。隨著時效時間的增長，焊料中針狀的Ag3Sn化合物球化，變成細小的顆粒狀且

5、在焊料中分布更加均勻。2Fe-Sn/Sn-Sb-Cu的界面經過150、2天、5天、8天時效失效后在焊料與鍍Zn板的連接體界面處的化合物逐漸形成,連續(xù)分布且厚度有所增加。但隨著時效時間的增長化合物厚度并沒有發(fā)生明顯的增加。3. Fe-Zn/Sn-Cu連接體具有較高的強度，斷裂伸長率大，拉伸強度也較高，Fe-Zn/Sn-Cu連接體良好的延展性在150C溫度下有所降低，卻隨著失效時間的增加并沒有明顯下降。關鍵詞：關鍵詞：電解液，電鍍鋅板 ，Sn-Cu焊料，熱時效，球化，偏聚，界面化合物。IIStudy on the microstructure and mechanical properties o

6、f Zinc coated plate/lead-free solder interface AbstractThis study chooses two different kinds of solder to reflow on the galvanizing plate, and choose the interface between galvanized plates and solder as the object of study. Electric spark wire cutting, scanning electron microscopy, and so on techn

7、iques are adopted in the experiment to analyze and characterize the micro-morphology and composition of the reaction product of the Fe-Zn solder connecting body interface before and after aging treatment.The main results of the study include:1.No obvious compound is emerged in the interface of Sn-Ag

8、-Cu solder and galvanized plate from Fe-Sn/Sn-Ag-Cu interface after 150 , 2 days, 5 days, 8 days aging treatment failure. As the aging time growing, needle Ag3Sn compounds in the solder are spheroidized into small granular and distributed more evenly in the solder.2.Compounds are emerged gradually,

9、distribute continuously, and the thickness increases in the interface of solder and galvanized plate from Fe-Sn/Sn-Sb-Cu interface after 150 , 2 days, 5 days, 8 days aging treatment failure. However, the thickness of compounds is not changed obviously with increase of the aging time. 3. Fe-Zn/Sn-Cu

10、connectors with high strength large elongation, tensile strength and higher, Fe-Zn/Sn-Cu connectors, good ductility at 150 C temperature decrease, With the lapse of time has increased and no significant drop.Key words: Electrolyte, electro galvanized sheet, Sn-Cu solder, heat aging, globalization, s

11、egregation, interface compounds.青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）1第一章 課題背景鍍鋅板是指表面鍍有一層鋅的鋼板。鍍鋅是一種經常采用的經濟而有效的防腐方法。全世界Zn產量的一半左右均用于此種工藝 。鍍鋅層是防止鋼鐵免遭腐蝕的最重要、最經濟且最簡便的手段之一。鋼鐵上的鍍鋅層不僅有機械保護作用，而且還通過電化學作用保護基體免遭腐蝕，即使鍍鋅層不完整也會起到這個作用。20世紀70年代，由于汽車工業(yè)的高速發(fā)展，日、美等汽車出口國，考慮到車體用的鍍鋅鋼板滿足不了汽車在高寒鹽砂地帶行駛的防護性能的要求，于是研究了在鋼一鐵基體上鍍ZnFe或ZnNi合金，以取代鍍鋅層來

12、提高抗蝕性。鋅鐵合金的應用，國內外主要是鋅酸鹽體系，氯化物體系大多只見到過專利文獻，偶見應用實例報道。國內鋅一鐵合金電鍍研究起步較晚，從總體看，應用僅僅是開始，在繼續(xù)研究之中，現有生產實踐已顯示出Zn-Fe合金其獨特優(yōu)良的防護性能，是很有發(fā)展前景的工藝之一。在氯化鉀鍍鋅液的基礎上，選擇適宜的添加劑及絡合劑，以及適當的工藝條件以確保形成良好的Zn-Fe合金鍍層，形成了一種裝飾防護性鍍層，鍍層中微量的鐵參與鈍化膜的成膜過程，能改變鈍化膜的構成，從而大大提高其耐蝕性。隨著我國加入WTO步伐的加快，鋼鐵工業(yè)面臨著更為嚴峻的挑戰(zhàn)。調整產業(yè)結構，發(fā)展深加工、高附加值產品，提高產品競爭力勢在必行，其中開發(fā)鍍

13、鋅板等涂鍍產品便是方向之一。鋼板進行鍍鋅，是因為鋅在腐蝕環(huán)境中能對鋼基起到陽極保護作用，并在表面形成耐腐蝕性良好的薄膜，經鍍鋅之后的鋼材，大大地延長了使用壽命。鍍鋅板良好的耐腐蝕性，使其得到了廣泛應用。如汽車行業(yè)，為提高車體防銹蝕性能，就大量使用了鍍鋅板。美國Chrysler汽車公司早在1984年就提出：Plymuth Voyage小汽車可達到5年5萬km無銹斑。電鍍鋅板帶主要用于制造家電外殼、電腦機箱及DVD外殼、歐美系汽車外板等。近年來，隨著轎車產量的逐年遞增，家用電器和電腦的普及。以及電子產品的大量出口，電鍍鋅板帶的消費量增長較快鍍鋅板在我國也得到了廣泛應用，主要用于建筑、輕工、汽車、農

14、牧漁業(yè)、商業(yè)等行業(yè)。其中：建筑業(yè)用鍍鋅板作防大氣腐蝕的工業(yè)及民用建筑屋面板、通風管道、輕型結構等，約占總用量的2025；輕工行業(yè)用其制造家電的外殼、民用煙囪、防盜門以及廚具等，約占總用量的30；汽車用鍍鋅板正處于發(fā)展時期，目前占總用量的10左右，2005年估計占總用量的1520；農牧漁業(yè)用鍍鋅板作糧食儲運、肉類及水產品的冷凍加工用具等，約占總用量的青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）210；商業(yè)用鍍鋅板主要作物資的儲運、包裝用具，估計占總用量的10，其它行業(yè)用量約占總量的15左右。1992年我國鍍鋅板表觀消費量突破100萬噸，1998年為2105萬噸，1999年約2919萬噸，有關專家預測

15、到2005年將達到400萬噸。但國產鍍鋅板的市場占有率卻只有50左右，雖然近年來我國新上多條鍍鋅生產線，但仍不能滿足消費市場增長的需求，每年仍有大量鍍鋅板進口。1999年我國鍍鋅板的產量為110萬噸，1999年110月份中國進口鍍鋅板130萬噸，全年估計150萬噸，可見缺口比較大。鍍鋅板是國產鋼材品種中自給率和市場占有率最低的一個品種。據統(tǒng)計，去年鍍鋅板的表觀消費量為762多萬噸，而國產的只有231萬噸，進口量高達537萬噸，自給率僅為30.34。進口產品中，35是寬度600mm以上的電鍍鋅板，58為寬度600mm以上的熱鍍鋅板，2003年國產生產只增長74，但消費量卻增長了4167，市場供需

16、矛盾十分突出。18月份的鍍鋅板(帶)進口量依然高達36887萬噸，比上年同期增長1376。上半年，國產鍍鋅板在國內市場的占有率為40，同比上升了11個百分點。缺口仍然較大，特別是一些緊缺的品種，更是供不應求。如小鋅花、無鋅花品種以及鋅鐵合金產品、深 中級和超深 中級 高強度的品種，還無法滿足汽車、家電等行業(yè)迅速發(fā)展的需求。這是導致國內鍍鋅板市場持續(xù)看好的主導原因之一。2003年底，已建成的鍍鋅機組32條，產能583萬噸，此外還有16條機組在建，產能約476萬噸，預計2004年將新增產能261萬噸。近年來，隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，鋼結構的廣泛應用，汽車、家電等制造業(yè)產能的迅速擴展，對鍍鋅板的需求在

17、數量、質量上也提出了較高的要求。比如用于工業(yè)的鋅鐵合金鍍層熱鍍鋅板，要求具有涂漆粘著性好，涂漆后耐腐蝕性能好，焊接性能好等特性，但國內的這類產品很少。無鋅花、小鋅花及光整鋅花和經過合金化處理的產品，熱鍍鋅鋼板的表面再電鍍鐵、鋅或鋅鎳的熱鍍鋅產品，高強度、重深沖及超深；中級的熱鍍鋅鋼板，都不能滿足汽車工業(yè)的需求。在家電行業(yè)，一般采用鍍層厚、耐腐蝕性能好、生產成本低的熱鍍鋅鋼板，由于多數連續(xù)熱鍍鋅生產線是為建材而設計的，生產的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼熱鍍鋅板沖壓性能有限。國際市場的鍍鋅板需求強勁。價格看漲，國內一些鋼廠加大出口力度，鍍鋅板的出口量大幅上升。18月份，國產鍍鋅板出口量達到2116萬噸， 比去年同

18、期猛增444.77，一定程度上加劇了國內市場的供需矛盾。2005年，我國的鍍鋅板總消費量約為1250萬噸，其中熱鍍鋅板為985萬噸，電鍍板265萬噸。屆時比目前的23的水平有較大提高，但與世界8的平均水平還有一定的差距。由于國內市場的需求增長，特別是一些高質量、高檔次熱鍍鋅板消費快速遞增，因此，這部分鍍鋅板依然供不應求，仍將呈現“貨緊價揚”的運行態(tài)勢。電鍍鋅板的優(yōu)勢：(1)加工成型性、焊接性和涂漆性更加優(yōu)良：電鍍鋅板既是一種耐腐蝕的鍍層產品，青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）3又具有和原板一樣的加工性能，及優(yōu)良的焊接性、良好的油漆粘著性。近年國內新建了大量的熱鍍鋅生產線，而新建的電鍍鋅機

19、組很少。熱鍍鋅鋼板的發(fā)展遠遠超過電鍍鋅鋼板的發(fā)展，但也只是部分取代電鍍鋅鋼板。(2)表面質量更加優(yōu)良：電鍍鋅板產品的外觀美麗，鍍層分布均勻，沒有污點，其焊接性、涂漆性和沖壓成型性都比熱鍍鋅板好。鍍層可薄至10gm ，也可厚至120gm ，單面、雙面或差厚鍍層在生產時可方便地切換。該產品種類繁多，可鍍純鋅，也可鍍鋅鎳合金等。電鍍鋅板主要用于家用電器和鋼制家具、建筑墻面、門板和窗柜以及集裝箱。(3)生產中不改變原板的力學性能：隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，對汽車車身的腐蝕壽命提出1O年的要求，加之電鍍鋅鋼板具有和原板一樣的加工性能，且焊接性和油漆附著性都很好，因而汽車行業(yè)開始大量采用電鍍鋅鋼板代替原鋼板制造

20、車輛面板。20世紀7O年代電鍍鋅板得到了較快的發(fā)展，世界上建設了不少電鍍鋅機組，電鍍鋅工藝、電鍍鋅技術以及電鍍鋅產品均得到很大發(fā)展。電鍍鋅的生產工藝方法很多。目前，世界上鍍鋅生產線約有400多條，其中電鍍鋅生產線約占14，鍍鋅板年生產能力已超過8000萬噸。 圖 1.1 鍍鋅板在筆記本散熱板的應用 所以本次實驗從鍍鋅板與不同焊料之間連接的可靠性入手。 本文的主要研究工作：青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）41. 選取不同的典型的無鉛焊料 Sn-Ag-Cu、Sn-Sb-Cu 與鍍鋅板之間進行焊接，對比觀察不同無鉛焊料與鍍鋅板之間的潤濕性和界面反應產物。2. 將 Fe-Sn/Sn-Ag-Cu

21、、Fe-Sn/Sn-Sb-Cu 在不同溫度和時間下進行反應，觀察時效后兩者的界面反應產物的生長。3. 對連接體進行拉伸試驗，觀察它的力學性能和斷口形貌。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）5第二章 樣品的制備2.1.鐵樣品的制備 選取鐵塊樣品，用線切割（數控電火花線切割機床）的方法將其分割成若干個長方體。 用砂紙打磨，砂紙依次選用 200CM、600CM、2000CM/、2400CM。2.2.電解液的配置2.21.電解液的選取各種溶液名稱成分含量（g/L）條件ZnCl26080溫度：1050KCl180200PH：4.55.5H3BO32535DK：13A/dm2鍍鋅液組合光亮劑適量時間：

22、根據鍍層厚度定表 2.1 電解液的選取2.22.電解液的配置a.用蒸餾水溶解計算量的氯化鉀，溶解時不斷攪拌，溶解后過濾到鍍槽中.b.在另一個容器中用沸騰的水溶解計算量的硼酸，然后倒入鍍槽中.c.用上述氯化鉀和硼酸溶液溶解氯化鋅。d.取鍍液進行分析，并做赫爾槽實驗，確認質量沒有問題，加入光亮劑，攪拌均勻，調整鍍液 pH 值。2.3.電鍍 氯化鉀鍍鋅的工藝流程如下圖：青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）6 圖 2.1 氯化鉀鍍鋅工藝流程本次試驗采用輥涂法生產單面鍍鋅板。輥涂法是使鋼板的一側表面與鋅液接觸來實現單面鍍鋅的方法。采用與涂料涂裝相似的方式，用特制的輥涂輥沾取熔融的鋅液，然后涂于帶鋼一

23、側表面上形成鍍鋅層，輥涂裝置的示意圖如下圖所示。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）7 圖2.2 輥鍍法單面鍍鋅裝置輥涂裝置中采用的關鍵部件是涂鋅輥。它必須與鋅液之間有很好的浸潤性，而且要耐浸蝕，它的熱變形要小，能長期保持輥面的平整和光滑。如同噴流方法一樣，鋅鍋需要密封并用氧氣保護，在鍍鋅后另一側面生成的鐵的氧化膜要經過電化學清洗來除去。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）8青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）92.4.焊接 分別取 Sn-Ag-Cu 焊膏和 Sn-Sb-Cu 焊料，在鍍鋅板表面回流，回流溫度分別為 260和 300，回流時間為 30 秒。2.5對焊接樣品的處理用電

24、火花線切割機分別將樣品切成 4 塊，并磨制切開的表面到 2000CW，機械拋光過程中拋光膏選擇 1um 的，拋光時間約為 5 分鐘。2.6掃描電鏡 將樣品放入掃描電子顯微鏡（SEM）中，觀察樣品的組織形貌，對不同焊料的成分進行分析。圖 2.3 掃描電子顯微鏡2.7.固態(tài)時效取兩種樣品其中的三塊，放入 HN101-2A 鼓風干燥箱中，設定溫度為 150，時效時間分別為兩天、五天、八天。2.8. 試樣拉伸。將樣品制成如下形狀，對其進行拉伸試驗。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）10試樣形狀與尺寸： 圖 2.4 試樣形狀焊料部分長度 0.4mm, 截面積分別如下：編號 尺寸0 天 0.76x0

25、.75 （mm）2 0.73x0.77 5 0.75x0.8210 0.85x0.86 (1).準備試件。用刻線機在原始標距 范圍內刻劃圓周線（或用小鋼沖打小沖點），將標距內分為等長的 10 格。用游標卡尺在試件原始標距內的兩端及中間處兩個相互垂直的方向上各測一次直徑，取其算術平均值作為該處截面的直徑，然后選用三處截面直徑的最小值來計算試件的原始截面面積A。（取三位有效數字）。 (2).調整試驗機。根據低碳鋼的抗拉強度b 和原始橫截面面積估算試件的最大載荷，配置相應的擺錘，選擇合適的測力度盤。開動試驗機，使工作臺上升10mm 左右，以消除工作臺系統(tǒng)自重的影響。調整主動指針對準零點，從動指針與主

26、動指針靠攏，調整好自動繪圖裝置。 (3).裝夾試件。 分別將上、下夾具裝到試驗機的上、下接頭上，插上插銷，旋緊鎖緊螺母。先搬動上夾具的上搬把，使鉗口張開適當的寬度，大于所裝試樣的厚度即可；將試樣一端放入上夾具鉗口之間，并使試樣位于鉗口的中央，松開上搬把，將試樣上端夾緊。在夾好試樣一端后，力值清零再夾另一端。 將大變形的上下夾頭夾在試樣的中部，并保證上下夾頭之間的頂桿接觸，以保證試樣原始標距的正確。本實驗頂桿的間距設置為 50mm。(4).檢查與試車。請實驗指導教師檢查以上步驟完成情況。開動試驗機，預加少量載荷（載荷對應的應力不能超過材料的比例極限），然后卸載到零，以檢查試驗機工作是否正常。 (

27、5).進行試驗。開動試驗機，緩慢而均勻地加載，仔細觀察測力指針轉動和繪圖裝置繪出 圖的情況。注意捕捉屈服荷載值，將其記錄下來用以計算屈服點應力值S,屈服階段注意觀察滑移現象。過青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）11了屈服階段，加載速度可以快些。將 要達到最大值時，注意觀察 “縮頸”現象。試件斷后立即停車，記錄最大荷載值。 (6).取下試件和記錄紙。 (7).用游標卡尺測量斷后標距。 (8).用游標卡尺測量縮頸處最小直徑 d1。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）12第三章 試驗結果與討論3.1 電鍍后的表面形貌與成分分析 圖 3.1a 鍍鋅板的界面 圖 3.1b 鍍鋅板的界面青島農業(yè)

28、大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）13 圖 3.1 中為鍍鋅板 Zn 層表面在 SEM 下的形貌，可以看出 Zn 鍍層表面比較光滑，微觀上可以看出表面呈階梯狀分布，對其表面進行面掃，得出 EDS 結果如能譜和成分表所示： 能譜圖 3.1 表 3.1 成分表 可以看出板表面主要成分是 Zn，而由于 Zn 層太薄，電子束穿透 Zn 層，打到 Fe 基體上，所以成分表中還有少量的 Fe。ElementWeight%Atomic%Si K9.3719.29Fe K3.753.88Zn K86.8876.83Totals100.00青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）143.2.Fe-Zn/Sn-Ag

29、-Cu 連接體界面的組織結構 圖 3.2 時效前 Fe-Zn/Sn-Ag-Cu 連接體的界面 如圖 3.2，深顏色部分是 Fe 基體，發(fā)亮的部分為 Sn-Ag-Cu 焊料。典型的焊料 Sn-Ag-Cu 微觀組織可以分為幾個部分：錫基體，基體周圍彌散分布的 Ag3Sn 以及 Cu6Sn5化合物。從圖中可以很明顯的看出時效前焊料部分分布著淺顏色的針狀化合物，和顏色比較暗的顆粒狀化合物。經過 EDS 能譜分析，針狀化合物為 Ag3Sn 化合物，深色顆粒狀部分為Cu6Sn5化合物。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）15 標定位置圖 3.21 能譜圖 3.21 表 3.21 標定位置成分表Elem

30、entWeight%Atomic%Zn K1.051.81Ag L42.3944.38Sn L56.5653.81Totals100.00 標定位置的成分為 Ag3Sn，原子比 Ag：Sn 應為 3:1，而實際成分 Sn 反而多于 Ag，這是由于 Ag3Sn 顆粒尺寸小于電子束束斑，所以有部分電子打在了焊料的 Sn 上，影響了成分比例。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）16標定位置圖 3.22 能譜圖 3.22 表 3.22 標定位置成分表ElementWeight%Atomic%Cu K35.1149.38Zn K2.863.92Sn L62.0346.71Totals100.00 由

31、表 3.22 可以看出，所標部分為典型的金屬間化合物 Cu6Sn5, 同時里面還有少量的 Zn 存在，表明 Fe-Zn/Sn-Ag-Cu 連接體界面的 Zn 成分向焊料內部發(fā)生了擴散，與金屬間化合物 Cu6Sn5中的 Cu 反應生成了 Cu5Zn8化合物。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）17標定位置圖 3.23 能譜圖 3.23 表 3.23 標定位置成分表ElementWeight%Atomic%Fe K20.3133.99Cu K0.821.20Zn K0.751.07Ag L28.2224.45Sn L49.9039.29Totals100.00 對連接體界面進行成分分析，發(fā)現界

32、面上除了 Fe 元素以及 Ag3Sn 化合物外，也分布著少量的 Zn。和 Cu6Sn5中的 Zn 含量對比，發(fā)現界面上的 Zn 量更少。由此可以看出在焊料回流以后，Fe-Zn/Sn-Ag-Cu 連接體界面的 Zn 向焊料部分發(fā)生了擴散。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）183.3 Fe-Zn/Sn-Sb-Cu 連接體界面的組織結構 圖 3.3a 時效前 Fe-Zn/Sn-Sb-Cu 連接體的界面圖 3.3b 時效前 Fe-Zn/Sn-Sb-Cu 連接體的界面 如圖 3.4a、3.4b，下方深色部分為 Fe 基體，上方發(fā)亮部分為 Sn-Sb-Cu 焊料。其中，焊料中均勻分布的顏色較深的部分

33、為金屬間化合物 Cu6Sn5，還可以看到顏色稍暗于焊料的塊狀部分，通過能譜分析發(fā)現其主要成分為 SnSb 固溶體，由于 Sn 和 Sb 原子序數相鄰，所以它的顏色和 Sn 顏色相差不大，不好辨認。固溶體中 Sn 與 Sb 的原子百分比約為5:4。SnSb青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）19詳細成分如能譜和成分表所示標定位置圖 3.31 能譜圖 3.31 表 3.31 標定位置成分表ElementWeight%Atomic%Sn L57.5058.12Sb L42.5041.88Totals100.00青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）20標定位置 3.32 能譜圖 3.32 表

34、3.32 標定位置成分表ElementWeight%Atomic%Cu K37.3252.65Sn L62.6847.35Totals100.00青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）213.4 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體界面 150時效不同時間后的焊料內部微觀形貌和界面組織變化 圖 3.41 時效 2 天 Fe-Zn/Sn-Ag-Cu 連接體的界面 圖 3.42 時效 5 天 Fe-Zn/Sn-Ag-Cu 連接體的界面青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）22 圖 3.43 時效 8 天 Fe-Zn/Sn-Ag-Cu 連接體的界面 通過圖 3.5、圖 3.6、圖 3.7 的對比，我們

35、可以清楚的看出時效后 Fe-Zn/Sn-Ag-Cu 連接體的焊料內部化合物的變化，時效前針狀的 Ag3Sn 化合物不同于預想中有明顯長大，反而由針狀隨著時效時間的增加逐漸球化為細小的顆粒，且在焊料中的呈更加均勻分布態(tài)勢。而 Cu6Sn5化合物隨時效時間增長并沒有明顯變化。連接體的界面處也沒有明顯的化合物出現。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）23 圖 3.44 時效 2 天 Fe-Zn/Sn-Sb-Cu 連接體的界面 圖 3.45 時效 5 天 Fe-Zn/Sn-Sb-Cu 連接體的界面 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）24 圖 3.46 時效 8 天 Fe-Zn/Sn-Sb-C

36、u 連接體的界面從時效前后 Fe-Zn/Sn-Sb-Cu 連接體的界面的化合物形貌可以看出，時效前 Cu6Sn5化合物在界面上不連續(xù)分布且數量較少。時效兩天后化合物向界面發(fā)生偏聚，逐漸形成連續(xù)分布且厚度有所增加。隨時效時間的增長，界面化合物厚度并沒有繼續(xù)增長，而保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）253.5Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的拉伸曲線. -0.605101520253035Displacement(mm)Load (kN)Load (kN) 圖 3.51 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體時效前的拉伸曲線-0.0500.0

37、50.4051015202530Displacement(mm)Load(KN)Load (kN) 圖 3.52 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體時效 2 天的拉伸曲線-0.0500.050.40.4505101520253035Displacement(mm)Load (kN)Load (kN)圖 3.53 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體時效 5 天的拉伸曲線青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）26-051015202530Displacement(mm)Load (k

38、N)Load (kN) 圖 3.54 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體時效 10 天的拉伸曲線 由圖可見，Fe-Zn/Sn-Cu 連接體具有較高的強度，它的特點是軟而韌，斷裂伸長率大，拉伸強度也較高，但彈性模量低，而它的塑性較差，載荷-伸長量曲線上不會出現易滑移階段，拉伸曲線為拋物線型。t按公式式(1-1)計算t=P/(bd) （1-1）式中 t 抗拉伸強度或拉伸斷裂應力或拉伸屈服應力或偏置屈服應力，MPa； P 最大負荷或斷裂負荷或屈服負荷或偏置屈服負荷，N； b 試樣寬度，mm； d 試樣厚度，mm。斷裂伸長率 t 按式(1-2)計算： t=（G-G0）/G0100 （1-2） 式中 t 斷

39、裂伸長率，； Go 試樣原始標距，mm； G 試樣斷裂時標線間距離，mm。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）27 由圖 3.51、圖 3.52、圖 3.53、圖 3.54 以及所得數據，我們可以得出時效前 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的最大負荷為 0.33KN, 試樣斷裂時標線間距離為 32.01mm，時效 2 天Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的最大負荷為 0.29KN, 試樣斷裂時標線間距離為 27.09mm，時效 5天 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的最大負荷為 0.34KN, 試樣斷裂時標線間距離為 29.41mm，時效10 天 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的最大負荷為 0.3

40、1KN, 試樣斷裂時標線間距離為 27.19mm。 考慮到在實驗中存在著誤差已經焊料部分截面積的差別，時效前后 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的最大負荷基本上沒有變化，抗拉伸強度 t沒有明顯變化。 由前面的可知焊料部分試樣原始標距 Go 為 0.4mm，由公式(1-2)計算可得：時效前 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的斷裂伸長率 t為： 800%時效 2 天 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的斷裂伸長率 t為：678%時效 5 天 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的斷裂伸長率 t為：735%時效 10 天 Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的斷裂伸長率 t為：680% 由計算可看出 Fe-Zn/Sn-

41、Cu 連接體有著很好的延伸率，即很好的延展性，而時效后Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的斷裂伸長率 t有了明顯下降，隨著失效時間的增加 Fe-Zn/Sn-Cu連接體的斷裂伸長率 t變化十分微小。3.6.連接體的斷口形貌。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）28 圖 3.6a Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的宏觀斷口形貌 圖 3.6b Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的宏觀斷口形貌青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）29 圖 3.6c Fe-Zn/Sn-Cu 連接體的微觀斷口形貌圖為 SEM 下連接體的斷口形貌,由圖可見,斷口上存在大量的韌窩,明顯呈微孔聚集型韌性斷裂,在韌窩外側邊緣上有明顯

42、撕裂滑移痕,并可以清晰地看到在韌窩底部有許多細小的顆粒,另外在整個斷口上沒有發(fā)現具有小平面特征的斷裂區(qū)域,即不存在顆粒的斷裂,說明此處為“拔出”型斷裂,其原因是由基體滑移產生的塑性變形和顆粒與基體結合界面處的脫粘造成的.其形成機理為:連接體在外力作用下,不能隨基體進行連續(xù)變形,在此處發(fā)生位錯塞積,產生應力集中,這些質點與基體結合界面脫離形成微孔,隨著應力增加,微孔不斷長大,相互吞并,使微孔形成的裂紋進一步擴展導致材料縮頸和斷裂。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）30第四章 結論通過兩種不同成分的焊料 Sn-Ag-Cu 和 Sn-Sb-Cu 在 Fe 基體的鍍 Zn 板上回流并時效不同時間

43、發(fā)現：1 Sn-Ag-Cu 焊料回流后，焊料內部主要由三個部分組成：錫基體，彌散分布在基體周圍的 Ag3Sn 化合物和 Cu6Sn5化合物?；亓骱蠼缑嫔?Zn 含量減少，Zn 鍍層向 Sn-Ag-Cu 焊料中發(fā)生了擴散。由于 Zn 比較活潑，與焊料中的 Cu 形成了 Cu5Zn8化合物。在 Sn-Ag-Cu焊料與鍍 Zn 板的界面上沒有形成明顯的化合物。隨著時效時間的增長，焊料中針狀的Ag3Sn 化合物球化，變成細小的顆粒狀且在焊料中分布更加均勻。但 Cu6Sn5化合物與界面處組織均沒有明顯變化。2 Sn-Sb-Cu 回流后在焊料內部均勻分布著 Cu6Sn5化合物以及塊狀的 SnSb 固溶體。

44、在焊料與鍍 Zn 板的連接體界面處偏聚著大量的 Cu6Sn5化合物，但此時化合物并沒有貫穿這個界面，而是呈不連續(xù)分布。時效后界面處的化合物逐漸形成連續(xù)分布且厚度有所增加。但隨著時效時間的增長化合物厚度并沒有發(fā)生明顯的增加。3. Fe-Zn/Sn-Cu 連接體具有較高的強度斷裂伸長率大，拉伸強度也較高，Fe-Zn/Sn-Cu連接體良好的延展性在 150C 溫度下有所降低，卻隨著失效時間的增加并沒有明顯下降。青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計（論文）31參考文獻1 董志洪,我國鍍鋅板生產現狀與未來發(fā)展趨勢, 中國金屬通報,2009年.2 王愛華，朱久發(fā)，我國電鍍鋅板發(fā)展趨勢的探討，軋 鋼，2008年8月.3 劉長林