液态Sn3.0Ag0.5Cu钎料与Cu、Fe及Co基板界面反应研究.docx

液态Sn3.0Ag0.5Cu钎料与Cu、Fe及Co基板界面反应研究
引言
铁素体、铸铁和铜合金等材料在很多行业都有重要的应用，如航空、汽车、电力等领域，因其在复杂环境下具有高强度、高耐蚀性和高导热性等优势。而在产品加工过程中，传统的焊接技术已经不能满足高品质、高效率和高可靠性的要求。相应的，新型的钎焊技术已经成为生产实践中的科技热点。
钎焊技术具有许多的优点，如能够有效降低加工热影响区域和保护材料表面质量；同时，与传统的焊接工艺相比，钎焊技术不会在接头处引入基底材料的裂纹，且在生产过程中处理热量小、控制较简单，其主要应用于特种合金、稀有金属、电子、光学及微电子等领域。
本文将针对Sn3.0Ag0.5Cu钎料与Cu、Fe及Co基板界面反应展开研究，着重分析钎焊接头中的界面反应及结构为主要内容，该研究对于高质量、高性能、高可靠性钎焊接头的制造具有一定的重要意义。
1.实验内容
(1)样品准备
实验选用三种基板Cu、Fe及Co及Sn3.0Ag0.5Cu钎料。对于Cu、Fe及Co基板，需要将样品切割成小长方形。对于Sn3.0Ag0.5Cu钎料，首先要将其通过剪切的方式切割成小块；然后，将其置于洁净的硅砂玻璃板上，用热板加热它升温至500℃，以达到液态处于流动状态的效果。表面的氧化物被氢气喷洒处理使其变得洁净。
(2)界面反应研究
通过对焊接样品进行微观观察、扫描电镜(SEM)分析、能谱仪(EDS)分析及差示扫描量热仪(DSC)等实验手段，研究Sn3.0Ag0.5Cu钎料与Cu、Fe及Co基板界面反应过程中金属之间的相互作用规律。
2.实验结果
(1)钎接点的显微组织结构
通过显微组织观察，可以看出钎焊接头的显微组织是由银层组成的。其原因是钎料中含有的Ag在焊接过程中容易集中到针焊焊接点上，形成Ag层；当Cu、Fe及Co基板中的金属元素与钎料中的Ag、Sn产生反应时，随着钎焊温度的增加，材料界面出现Ag3Sn的硬度最大值。
(2)SEM分析
在Cu基板上进行钎焊接头制备，经SEM观察后，焊接区域呈现出金属材料拼合的瘤状结构，并发现出现了不同大小或不同形状的金属瘤，瘤的多少和尺寸根据基板材料的不同而有所不同。
(3)EDS分析
EDS分析结果显示，钎料中的银、锡元素与Cu、Fe及Co基板中的元素发生反应，形成了Cu-Sn合金、Fe-Sn合金及Co-Sn合金。
(4)DSC差示扫描量热分析
通过对钎焊接头进行DSC差示扫描量热分析，可以获得高温下材料的热力学和热动力学性质。差示扫描量热分析结果表明，在高温下发生了较为明显的焊接反应，并产生Cu-Sn合金与Fe-Sn合金。
3.结论
Sn3.0Ag0.5Cu钎料与Cu、Fe及Co基板之间，在钎焊接头形成Ag3Sn及Cu-Sn、Fe-Sn、Co-Sn等合金及银的瘤状聚集体组成的显微结构，并出现了不同大小和不同形状的金属瘤。其热力学和热动力学性质表明，在高温下焊接材料之间相互作用明显，且产生大量的金属结晶。研究表明，对于Sn3.0Ag0.5Cu钎料，其在Cu、Fe及Co基板上具有一定的钎焊性能，且形成的界面具有良好的结合强度，能有效提高钎接头的质量和性能，展现了广泛的应用价值。