Bi对SnZnMg软钎料性能影响

和欢

（郑州市国防科技学校，河南 郑州 450041）

Bi对SnZnMg软钎料性能影响

和欢

（郑州市国防科技学校，河南 郑州 450041）

文章研究了Bi元素对SnZnMg钎料物理性能、工艺性能的影响，试验结果表明，随着Bi的增加，合金熔程增大，铺展性能和润湿性显著提高，这主要与形成的Sn-Bi二次相及钎料与基板件金属间化合物状态有关。

SnZn共晶钎料；物理性能；工艺性能；熔程

1 实验材料及方法

（1）合金制备。实验原材料采用纯度为99.9%的Sn、Zn、Mg、Bi，在箱式电阻炉中熔炼。熔炼温度为820℃，保温30min。每隔10min机械搅拌以确保成分均匀。为防止熔炼时合金氧化，熔炼前在钎料表层铺盖覆盖剂，覆盖剂选用质量比为1:1 的NaCl和KCl。

（2）熔点测定。用电子天平称称量钎料0.3g，采用差示扫描量热仪（DSC）测定钎料合金熔点。测试条件为：最高温度为500℃，加热速度为30℃/min。

（3）电阻率测定。在标定长度范围内用游标卡尺测量一段距离和直径，并用精密欧姆仪测量该长度上的电阻，按式（1）计算出电阻率。每个试棒分别测量3组数据，求其平均值。

式中，ρ为电阻率（Ω.m），R为电阻（Ω），S为试棒横截面积（m2），L为对应长度值(m)。

（4）铺展面积测定。铺展试验采用40mm×40mm×0.2mm的紫铜片为基板，每种成分钎料称取0.2g，钎剂采用Zn-Cl218%+NH4Cl6%水溶液钎剂，将钎料置于基板中央并滴适量钎剂，置于300℃高温箱式电阻炉中，保温2min，取出空冷。用扫描仪扫描然后利用AUTOCAD的查询功能测定钎料铺展面积。每种合金3个试样，取平均值作为该钎料合金的铺展面积。

2 试样结果与分析

（1）Bi对SnZnMg钎料熔化特性的影响。根据上述实验方法测得的SnZnMgBi合金的熔化曲线如图1所示。

图1 Bi含量对SnZnMg钎料熔点的影响

Bi含量对SnZnMg钎料熔化他特性的影响。研究表明，随着Bi含量的增加，钎料的固相线温度逐渐下降，而液相线温度逐渐缓慢的升高，这就导致了固液相线区间的增大。当Bi含量为2%时，固液相线区间为183.5~196.5℃；当Bi含量为5%时，固液相线区间为182.3~201℃；当Bi含量为8%时，固液相线区间为181.5~202℃；当Bi含量为10%时，固液相线区间为177.5~203.5℃。白色物质散乱的分布在钎料基体中。能谱分析得出该白色物质为SnBi共晶相。随着Bi含量增多，SnBi相逐渐减少。SnBi共晶组织的熔点只有139℃，此相的减少是引起钎料合金固相线降低的熔点上升的主要原因。

（2）Bi对SnZnMg钎料电阻率的影响。研究的出：Bi含量为2%时，钎料合金电阻率为0.28×10-6Ω·m；当Bi含量增加到5%时，合金电阻率变为0.17×10-6Ω·m，减少了0.11× 10-6Ω·m，此时的电阻率达到最小。随着Bi的含量增加到8%，合金电阻率增为0.37×10-6Ω·m。而在Bi的含量达到10%后，合金的电阻率又增大为0.42×10-6Ω·m。现有研究表明，二次相越多越粗大，材料的导电性越好，即电阻率越小。当Bi含量为0.5%时，SnBi二次相数量减少，减小了晶界对电子运动的阻碍，同时二次相体积增大，这导致了合金的电阻率下降。当Bi的含量继续添加时，合金的SnBi二次相减少并且体积变小，Bi含量增加，由于Bi的电阻率为1.06×10-6Ω·m，所以Bi含量过多时，合金的电阻率增大。

胜利油田全称为中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司，其业务范围主要在山东省境内，公司主体位于黄河三角洲的东营市。按地质构造划定区域，山东省境内可供石油开发的区域主要有济阳、昌潍、胶莱、临清、鲁西南5个坳陷，目前胜利油田已取得探矿权的面积为4.89万平方公里，占5个坳陷总面积的74.9%。济阳坳陷和渤海浅海是胜利油田石油开发工作的主要地区。迄今为止，胜利油田的总探矿权面积达19.4万平方公里，石油和天然气储量分别为145亿吨、24 739亿立方米，原油产量居全国第二位。明确胜利油田的内外部情况，进而提出相应的战略措施，无疑对国家经济发展具有重要意义。

（3）Bi对SnZnMg钎料铺展面积的影响。不同Bi含量的SnZnMg钎料的铺展面积。随着Bi含量的增加，合金钎料的铺展面积逐渐增大，当Bi含量为10%时，铺展面积达到最大值161mm2，是SnZnMg2Bi钎料（63mm2）的2.5倍。

当Bi含量为2%时，界面化合物厚度最大且形状不规则，能谱分析其成分为15.91Sn30.92Zn8.12Bi45.05Cu，对钎料铺展不利。随着Bi含量的增加，减少了IMC的生成，导致界面化合物厚度减小，IMC厚度逐渐减小，形状呈规则的锯齿状，有利于钎料的铺展。Bi的加入降低了钎料的液相线温度，随着Bi含量的增加，钎料的液相线温度逐渐降低，导致钎焊时过热度增大，钎料流动性好。随着Bi含量的增加，Sn-Bi二次相的数量和体积逐渐减少，增加了钎料的流动性，这也是导致铺展面积逐渐增大的原因之一。另外，随Bi含量的增加，钎料的固液相线温度逐渐增大，这对钎料铺展不利，导致钎料铺展面积的增大速率先快后慢。

（3）随着Bi含量的增多，钎料的组织形态得到改善，接头IMC厚度减小，润湿性能逐渐升高，当Bi含量为10%时，SnZnMgBi钎料的润湿性能最好。

3 结语

（1）Bi可以调整Sn-Zn-Mg合金的液相线和固相线，随着Bi元素的增加，SnZnMg钎料的固相线温度增加，液相线温度降低，熔点略微增大。

（2）随着Bi含量的增加，SnZnMg钎料的电阻率先减小后增大。当Bi含量为0.5时，钎料的电阻率最小，导电性能最好。

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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

和欢，主要研究方向：机械加工。