和歡

（鄭州市國(guó)防科技學(xué)校，河南 鄭州 450041）

Bi對(duì)SnZnMg軟釬料性能影響

和歡

（鄭州市國(guó)防科技學(xué)校，河南 鄭州 450041）

文章研究了Bi元素對(duì)SnZnMg釬料物理性能、工藝性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著Bi的增加，合金熔程增大，鋪展性能和潤(rùn)濕性顯著提高，這主要與形成的Sn-Bi二次相及釬料與基板件金屬間化合物狀態(tài)有關(guān)。

SnZn共晶釬料；物理性能；工藝性能；熔程

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

（1）合金制備。實(shí)驗(yàn)原材料采用純度為99.9%的Sn、Zn、Mg、Bi，在箱式電阻爐中熔煉。熔煉溫度為820℃，保溫30min。每隔10min機(jī)械攪拌以確保成分均勻。為防止熔煉時(shí)合金氧化，熔煉前在釬料表層鋪蓋覆蓋劑，覆蓋劑選用質(zhì)量比為1:1 的NaCl和KCl。

（2）熔點(diǎn)測(cè)定。用電子天平稱稱量釬料0.3g，采用差示掃描量熱儀（DSC）測(cè)定釬料合金熔點(diǎn)。測(cè)試條件為：最高溫度為500℃，加熱速度為30℃/min。

（3）電阻率測(cè)定。在標(biāo)定長(zhǎng)度范圍內(nèi)用游標(biāo)卡尺測(cè)量一段距離和直徑，并用精密歐姆儀測(cè)量該長(zhǎng)度上的電阻，按式（1）計(jì)算出電阻率。每個(gè)試棒分別測(cè)量3組數(shù)據(jù)，求其平均值。

式中，ρ為電阻率（Ω.m），R為電阻（Ω），S為試棒橫截面積（m2），L為對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度值(m)。

（4）鋪展面積測(cè)定。鋪展試驗(yàn)采用40mm×40mm×0.2mm的紫銅片為基板，每種成分釬料稱取0.2g，釬劑采用Zn-Cl218%+NH4Cl6%水溶液釬劑，將釬料置于基板中央并滴適量釬劑，置于300℃高溫箱式電阻爐中，保溫2min，取出空冷。用掃描儀掃描然后利用AUTOCAD的查詢功能測(cè)定釬料鋪展面積。每種合金3個(gè)試樣，取平均值作為該釬料合金的鋪展面積。

2 試樣結(jié)果與分析

（1）Bi對(duì)SnZnMg釬料熔化特性的影響。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的SnZnMgBi合金的熔化曲線如圖1所示。

圖1 Bi含量對(duì)SnZnMg釬料熔點(diǎn)的影響

Bi含量對(duì)SnZnMg釬料熔化他特性的影響。研究表明，隨著Bi含量的增加，釬料的固相線溫度逐漸下降，而液相線溫度逐漸緩慢的升高，這就導(dǎo)致了固液相線區(qū)間的增大。當(dāng)Bi含量為2%時(shí)，固液相線區(qū)間為183.5~196.5℃；當(dāng)Bi含量為5%時(shí)，固液相線區(qū)間為182.3~201℃；當(dāng)Bi含量為8%時(shí)，固液相線區(qū)間為181.5~202℃；當(dāng)Bi含量為10%時(shí)，固液相線區(qū)間為177.5~203.5℃。白色物質(zhì)散亂的分布在釬料基體中。能譜分析得出該白色物質(zhì)為SnBi共晶相。隨著Bi含量增多，SnBi相逐漸減少。SnBi共晶組織的熔點(diǎn)只有139℃，此相的減少是引起釬料合金固相線降低的熔點(diǎn)上升的主要原因。

（2）Bi對(duì)SnZnMg釬料電阻率的影響。研究的出：Bi含量為2%時(shí)，釬料合金電阻率為0.28×10-6Ω·m；當(dāng)Bi含量增加到5%時(shí)，合金電阻率變?yōu)?.17×10-6Ω·m，減少了0.11× 10-6Ω·m，此時(shí)的電阻率達(dá)到最小。隨著Bi的含量增加到8%，合金電阻率增為0.37×10-6Ω·m。而在Bi的含量達(dá)到10%后，合金的電阻率又增大為0.42×10-6Ω·m?，F(xiàn)有研究表明，二次相越多越粗大，材料的導(dǎo)電性越好，即電阻率越小。當(dāng)Bi含量為0.5%時(shí)，SnBi二次相數(shù)量減少，減小了晶界對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的阻礙，同時(shí)二次相體積增大，這導(dǎo)致了合金的電阻率下降。當(dāng)Bi的含量繼續(xù)添加時(shí)，合金的SnBi二次相減少并且體積變小，Bi含量增加，由于Bi的電阻率為1.06×10-6Ω·m，所以Bi含量過多時(shí)，合金的電阻率增大。

勝利油田全稱為中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司，其業(yè)務(wù)范圍主要在山東省境內(nèi)，公司主體位于黃河三角洲的東營(yíng)市。按地質(zhì)構(gòu)造劃定區(qū)域，山東省境內(nèi)可供石油開發(fā)的區(qū)域主要有濟(jì)陽(yáng)、昌濰、膠萊、臨清、魯西南5個(gè)坳陷，目前勝利油田已取得探礦權(quán)的面積為4.89萬(wàn)平方公里，占5個(gè)坳陷總面積的74.9%。濟(jì)陽(yáng)坳陷和渤海淺海是勝利油田石油開發(fā)工作的主要地區(qū)。迄今為止，勝利油田的總探礦權(quán)面積達(dá)19.4萬(wàn)平方公里，石油和天然氣儲(chǔ)量分別為145億噸、24 739億立方米，原油產(chǎn)量居全國(guó)第二位。明確勝利油田的內(nèi)外部情況，進(jìn)而提出相應(yīng)的戰(zhàn)略措施，無疑對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

（3）Bi對(duì)SnZnMg釬料鋪展面積的影響。不同Bi含量的SnZnMg釬料的鋪展面積。隨著Bi含量的增加，合金釬料的鋪展面積逐漸增大，當(dāng)Bi含量為10%時(shí)，鋪展面積達(dá)到最大值161mm2，是SnZnMg2Bi釬料（63mm2）的2.5倍。

當(dāng)Bi含量為2%時(shí)，界面化合物厚度最大且形狀不規(guī)則，能譜分析其成分為15.91Sn30.92Zn8.12Bi45.05Cu，對(duì)釬料鋪展不利。隨著Bi含量的增加，減少了IMC的生成，導(dǎo)致界面化合物厚度減小，IMC厚度逐漸減小，形狀呈規(guī)則的鋸齒狀，有利于釬料的鋪展。Bi的加入降低了釬料的液相線溫度，隨著Bi含量的增加，釬料的液相線溫度逐漸降低，導(dǎo)致釬焊時(shí)過熱度增大，釬料流動(dòng)性好。隨著Bi含量的增加，Sn-Bi二次相的數(shù)量和體積逐漸減少，增加了釬料的流動(dòng)性，這也是導(dǎo)致鋪展面積逐漸增大的原因之一。另外，隨Bi含量的增加，釬料的固液相線溫度逐漸增大，這對(duì)釬料鋪展不利，導(dǎo)致釬料鋪展面積的增大速率先快后慢。

（3）隨著Bi含量的增多，釬料的組織形態(tài)得到改善，接頭IMC厚度減小，潤(rùn)濕性能逐漸升高，當(dāng)Bi含量為10%時(shí)，SnZnMgBi釬料的潤(rùn)濕性能最好。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）Bi可以調(diào)整Sn-Zn-Mg合金的液相線和固相線，隨著Bi元素的增加，SnZnMg釬料的固相線溫度增加，液相線溫度降低，熔點(diǎn)略微增大。

（2）隨著Bi含量的增加，SnZnMg釬料的電阻率先減小后增大。當(dāng)Bi含量為0.5時(shí)，釬料的電阻率最小，導(dǎo)電性能最好。

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Effect of Bi on SnZnMg Solder Performance

HE Huan
（Zhengzhou National Defense Science and Technology School,Zhengzhou，Henan 450041，China）

The influence of Bi element on the physical properties and process performance of SnZnMg solder is studied.The results show that with the increase of Bi，the melting rate of the alloy increases，the spreading performance and the wettability are improved obviously，which is mainly related to the formation of Sn-Bi secondary phase and the brazing filler metal and the intermetallic compound state of the substrate.

SnZn eutectic solder；physical properties；process performance

TG405

A

2095-980X（2017）04-0077-02

2017-03-26

和歡，主要研究方向：機(jī)械加工。