Ag对Sn0.7Cu0.12Ni焊料性能影响研究

程艳奎　胡洋　宋宁　刘咸超　吴福洲

摘要：以Ag28Cu为中间合金，制备Sn0.7Cu0.12NixAg焊料合金，通过X射线衍射分析，当Ag含量为0.3wt%时，出现了Ag3Sn金屬间化合物相。将焊料在5%浓度的HCl溶液中浸泡腐蚀18天，通过腐蚀速率计算，X射线衍射分析以及扫描电镜图表明：添加微量的Ag元素能够降低Sn0.7Cu0.12Ni焊料的腐蚀速率，提高焊料的抗腐蚀性。

关键词：Sn0.7Cu0.12Ni；密度；X射线衍射；腐蚀速率

考虑到环境保护和人类健康的问题，电子领域无铅化发展已经取得了一定的成果，研究认为，SnCu基焊料价格便宜、性能良好，是实现无铅化的可备选的焊料之一，SnCu基焊料中添加微量的Ni元素有利于改善焊料的组织结构，提高其力学性能[13]。Sn0.7Cu0.12Ni焊料具有较低的熔点，较低的热膨胀系数以及较强的抗腐蚀性能。[4]试验通过在Sn0.7Cu0.12Ni焊料中添加微量的Ag元素研究焊料的相组成，抗腐蚀性能，进一步优化无铅化焊料的使用性能。

1 试验方法

（1）材料制备。

实验首先制备Ag28Cu合金。通过计算按比例配置Sn、Cu、Ni、Ag28Cu合金。将以上分析纯试剂及合金熔炼制备Sn0.7Cu0.12NiXAg合金。实验采用箱式炉，并将原料置于密闭石英管中，在650℃下熔炼，为了使得合金成分均匀，需反复颠倒石英管3次熔炼。

（2）材料测试。

通过X射线衍射分析焊料的相组成。通过腐蚀浸试法分析焊料的抗腐蚀性能，腐蚀液为5%浓度的HCl溶液，浸泡18天，称取腐蚀前后焊料的质量，按公式（1）[5]计算腐蚀速率。对腐蚀后样品进行X射线衍射分析及扫描电镜分析焊料表面结构。

R=8.76×107（M-Mt）STp（1）

式中M是腐蚀前焊料质量，Mt是腐蚀后焊料质量，S是焊料总表面积，T是焊料浸泡时间，ρ是焊料密度。

2 试验结果与分析

（1）焊料相组成分析。

图1所示为Sn0.7Cu0.12NixAg焊料的X射线衍射图。添加Ag元素含量为0.1wt%、0，2wt%。

时，并未改变焊料的相。当Ag含量为0.3w%时，在37℃出现了Ag3Sn金属间化合物相。

（2）焊料抗腐蚀性能分析。

图2为Sn0.7Cu0.12NixAg焊料在腐蚀液中浸泡18天的腐蚀速率图。由图可知，添加Ag元素能够降低焊料的腐蚀速率，焊料抗腐蚀性能得到提高。为进一步研究其影响机制，对腐蚀后的焊料进行了相分析，如图3所示。由图可知，焊料的成分发生了明显的变化，衍射峰较腐蚀之前明显增多，Sn相在65℃处的衍射峰明显消失。Ag3Sn金属间化合物相衍射峰增强。说明焊料在腐蚀过程中，Sn相被腐蚀掉，而焊料添加Ag元素后，Ag与Sn结合形成的金属间化合物抗腐蚀性能强。这主要是因为Ag3Sn金属间化合物提高了电极电位，降低了腐蚀电位差。图4为腐蚀18天后的扫描电镜图。未添加Ag时，焊料表面腐蚀沉积较少，呈现出许多树枝状结构，当Ag含量为0.1wt%时，焊料表面腐蚀产物富集，呈现出均匀的蜂窝状结构。进一步添加Ag含量至0.3wt%时，焊料腐蚀产物更加细小，表层更加致密。因此，添加微量的Ag元素能够提高Sn0.7Cu0.12Ni钎料的抗腐蚀性能。

3 结论

（1）微量Ag元素会改变Sn0.7Cu0.12Ni焊料的相组成，出现Ag3Sn相。

（2）微量Ag元素较明显降低了Sn0.7Cu0.12Ni焊料的腐蚀速率，提高了钎料的抗腐蚀性能。

参考文献：

[1]黄琴宝，葛盼盼.铟对 SnCu 钎料合金性能的影响研究[J].铸造技术，2018，39（6）：13151317.

[2]孙立恒.微量Ni、Re对Sn0.7Cu无铅钎料性能的影响[D].西安理工大学，2008.

[3]Ventura T，Terzi S，Rappaz M，Dahle A K.Effects of Ni additions，trace elements and solidification kinetics on microstructure formation in Sn0.7Cu solder[J].Acta Materialia，2011，59（10）：41974206.

[4]程艳奎.SnCu基无铅钎料的制备及其性能研究[D].西南科技大学，2013.

[5]程艳奎，李良峰，徐光亮.微量Ag元素对Sn07Cu0.2Ni钎料性能的影响[J].功能材料，2013，3（44）：384387.

基金项目：四川省教育厅科研项目（18ZB0661）

作者简介：程艳奎（1987），男，汉族，山西人，硕士，讲师，主要研究方向：材料成型及材料加工。