常用于無(wú)鉛,SnAgCu合金*廣泛的應(yīng)用范圍、銀和銅替代部分鉛在含鉛焊錫膏。
在一個(gè)SnAgCu合金系統(tǒng)、錫和二次元素(銀、銅)是決定應(yīng)用程序之間的冶金反應(yīng)溫度、固化機(jī)理和機(jī)械剛度的主要因素。
根據(jù)二元相圖,有三個(gè)可能的三個(gè)元素之間的二元共晶反應(yīng)。
一個(gè)銀、錫錫之間反應(yīng)在221°C形成矩陣相共晶結(jié)構(gòu)和結(jié)合ε金屬相(Ag3Sn)。
銅和錫錫反應(yīng)在227°C形成矩陣相的共晶結(jié)構(gòu)和埃塔金屬間化合物階段(Cu6Sn5)。
銀也可以反應(yīng)在779°C與銅形成富銀α和富銅相共晶合金。
在目前的研究中,然而,錫/銀/銅三重復(fù)合固化溫度測(cè)量,在779°C沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相移。
這可能是銀和銅直接反應(yīng)在三重化合物。
和在動(dòng)態(tài)溫度更適合銀或銅和錫的反應(yīng),以形成Ag3Sn或Cu6Sn5金屬間化合物。
因此,錫/銀/銅三重反應(yīng)可以預(yù)期從矩陣階段和化學(xué)結(jié)合ε金屬相(Ag3Sn)和埃塔金屬間化合物階段(Cu6Sn5)。
和雙相系統(tǒng)的錫和錫/銀/銅,已經(jīng)確認(rèn)是相對(duì)硬Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的基礎(chǔ)上錫錫/銀/銅三元合金,可以通過(guò)建立一個(gè)長(zhǎng)期的,內(nèi)部應(yīng)力強(qiáng)化合金有效。
這些硬顆粒能有效阻止疲勞裂紋的傳播。
Ag3Sn和形成Cu6Sn5粒子分離相對(duì)小錫矩陣谷物。
Ag3Sn和Cu6Sn5粒子很小,錫能有效分離基體晶粒,其結(jié)果是獲得更多的小微企業(yè)作為一個(gè)整體。
這有助于晶界滑動(dòng)機(jī)制,從而提升溫度疲勞壽命延長(zhǎng)。
雖然銀和銅在合金設(shè)計(jì)中的特定配方對(duì)得到合金的機(jī)械性能是關(guān)鍵的，但發(fā)現(xiàn)熔化溫度對(duì)0.5~3.0%的銅和3.0~4.7%的銀的含量變化并不敏感。
機(jī)械性能對(duì)銀和銅含量的相互關(guān)系分別作如下總結(jié)2：當(dāng)銀的含量為大約3.0~3.1%時(shí)，屈服剛度和抗拉剛度兩者都隨銅的含量增加到大約1.5%，而幾乎成線性的增加。超過(guò)1.5%的銅，屈服剛度會(huì)減低，但合金的抗拉剛度保持穩(wěn)定。整體的合金塑性對(duì)0.5~1.5%的銅是高的，然后隨著銅的進(jìn)一步增加而降低。對(duì)于銀的含量(0.5~1.7%范圍的銅)，屈服剛度和抗拉剛度兩者都隨銀的含量增加到4.1%，而幾乎成線性的增加，但是塑性減少。
在3.0~3.1%的銀時(shí)，疲勞壽命在1.5%的銅時(shí)達(dá)到*大。發(fā)現(xiàn)銀的含量從3.0%增加到更高的水平(達(dá)4.7%)對(duì)機(jī)械性能沒(méi)有任何的提高。當(dāng)銅和銀兩者都配制較高時(shí)，塑性受到損害，如96.3Sn/4.7Ag/1.7Cu。
*佳合金成分
合金95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu被認(rèn)為是*佳的。其良好的性能是細(xì)小的微組織形成的結(jié)果，微組織給予高的疲勞壽命和塑性。對(duì)于0.5~0.7%銅的焊錫合金，任何高于大約3%的含銀量都將增加Ag3Sn的粒子體積分?jǐn)?shù)，從而得到更高的剛度。可是，它不會(huì)再增加疲勞壽命，可能由于較大的Ag3Sn粒子形成。在較高的含銅量(1~1.7%Cu)時(shí)，較大的Ag3Sn粒子可能可能超過(guò)較高的Ag3Sn粒子體積分?jǐn)?shù)的影響，造成疲勞壽命降低。當(dāng)銅超過(guò)1.5%(3~3.1%Ag)，Cu6Sn5粒子體積分?jǐn)?shù)也會(huì)增加。可是，剛度和疲勞壽命不會(huì)隨銅而進(jìn)一步增加。在錫/銀/銅三重系統(tǒng)中，1.5%的銅(3~3.1%Ag)*有效地產(chǎn)生適當(dāng)數(shù)量的、*細(xì)小的微組織尺寸的Cu6Sn5粒子，從而達(dá)到*高的疲勞壽命、剛度和塑性。
據(jù)報(bào)道，合金93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu是217°C溫度的三重共晶合金3。可是，在冷卻曲線測(cè)量中，這種合金成分沒(méi)有觀察到**熔化溫度。而得到一個(gè)小的溫度范圍：216~217°C。
這種合金成分提高現(xiàn)時(shí)研究中的三重合金成分*高的抗拉剛度，但其塑性遠(yuǎn)低于63Sn/37Pb。合金95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu比95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu的屈服剛度低。93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的疲勞壽命低于95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu。如果顆粒邊界滑動(dòng)機(jī)制主要決定共晶焊錫合金，那么95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu，而不是93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu，應(yīng)該更靠近真正的共晶特性。
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