合金元素Ga对Sn9Zn无铅钎料性能的影响

收稿日期:2007-11-19基金项目:2007年江苏省高等学校大学生实践创新训练计划基金资

助项目[苏教高(2007)17号]

合金元素Ga 对Sn -9Zn 无铅钎料性能的影响

陈文学,　薛松柏,　王　慧,　韩宗杰

(南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京　210016)摘　要:研究了合金元素Ga 的添加量对Sn -9Zn 无铅钎料熔化特性、润湿性能及其焊点力学性能的影响。结果表明,添加合金元素Ga 以后,合金的熔点显著降低,熔化温度区间有所增大,润湿性能得到明显改善;合金元素Ga 的添加量(质量分数)在0.5%时,钎料的晶粒组织最为细小均匀,钎料焊点的力学性能最佳;当合金元素Ga 的添加量大于1%时,钎料的润湿性能趋于稳定,钎料组织中晶界处出现黑色富Ga 相,钎料焊点的力学性能大幅度降低。因此,Sn -9Zn 无铅钎料中合金元素Ga 的最佳添加量为0.5%。关键词:镓;无铅钎料;熔化特性;润湿性能;力学性能

中图分类号:TG425 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2008)04-0037-04

陈文学

0　序 言

在传统电子行业中,Sn -Pb 合金是一种广泛应

用于微电子封装及电子产品组装的钎焊连接材料,在所有的电子钎焊材料中占据统治地位,随着集成电路(I C )电子封装技术的发展,钎焊材料的使用进一步增加。目前全球每年产量为600亿只的集成电路都必须封装,然后再与系统主板进行组装连接[1]。然而,含铅钎料的大量使用给生态环境带来了严重的威胁,开发无铅钎料替代传统的锡铅钎料已经成为世界关注的课题。

目前,对无铅钎料研究的普遍认识是:Sn -Ag 系、Sn -Cu 系及Sn -Zn 系是最具适用性和发展前途的合金系。无论是Sn -Ag 钎料还是Sn -Cu 钎料,熔点均高于200℃,对目前大量的元器件而言,采用这些钎料进行焊接,元器件的耐热性很难达到要求,这意味着这些元器件将遭到淘汰。因此尽管Sn -Zn 系钎料存在许多不足之处,但开发这种熔点低于200℃的无铅钎料正成为世界各国研究的热点。

阻碍Sn -Zn 系钎料发展的主要问题是Sn -Zn

系钎料的润湿性问题。文献[2]报道,在Sn -Zn 无铅钎料中添加合金元素Ga 可以改善其润湿性能,然而文献中并没有详细研究合金元素Ga 对Sn -Zn 无

铅钎料润湿性的影响规律。文中设计的合金是以

Sn -9Zn 系为基,添加合金元素Ga ,对合金的熔化特

性、润湿性能及焊点力学性能进行研究,旨在找出合金元素Ga 对钎料合金性能的影响规律,寻求合金元素Ga 在Sn -9Zn 合金中的适宜添加量。

1　试验方法

1.1　试验材料

试验采用Sn -9Zn 无铅钎料为母合金,添加的Ga 元素含量见表1。试验采用ZnCl 2NH 4Cl 钎剂和规格为30mm ×5mm ×0.3mm 的标准无氧铜片。

表1　试验钎料的成分组成(质量分数,%)Table 1　Com position of solder alloys

合金序号123456Ga 元素的添加量

0.1

0.5

1

2

3

母合金

Sn -9Zn

1.2　熔化特性测试

合金的液相线温度及固相线温度采用差热扫描热量计(DSC )的加热曲线进行测定。升温速率为10℃/min ,升温范围为25～250℃,试验过程中采用氩气保护。1.3　润湿性能测试

试验采用日本Rhesca 公司的SAT —5100型可焊性测试仪,该测试仪依据润湿平衡法原理测试钎料的润湿性能。试验过程参照日本工业标准JI S Z 3198:2003《无铅钎料试验方法-第4部分:基于润

第29卷第4期2008年4月

焊　接　学　报

TR ANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION

Vol .29　No .4April 2008

湿平衡及接触角法的润湿性试验方法》[3]

进行,试验参数按照上述标准进行设定,浸入深度为2mm ,浸入速度为5mm /s ,浸入时间为10s 。1.4　力学性能试验

为模拟实际生产,采用PCB 基板为锡镀层的焊盘、0805片式陶瓷电阻元器件进行焊接,焊点的剪切力采用日本Rhesca 公司的STR —1000微焊点强度测试仪进行检测。试验依据日本工业标准JIS Z 3198:2003《无铅钎料试验方法-第7部分:芯片类元器件焊点的剪切试验方法》[4]进行。

2　试验结果和分析

2.1　熔化特性

作为钎料,熔点是非常重要的一个特性,图1所

示为不同Ga 元素含量对Sn -9Zn 无铅钎料熔化温度的影响

。

1———T L 为液相线温度;2———T S 为固相线温度;3———■T ;

■T 系T L 与T S 之差

图1　Ga 元素对Sn -9Zn 无铅钎料熔化特性的影响Fig .1　Melting characteristics of Sn -9Zn lead -free solders

with addition of Ga

从图1中可以看出,随着Ga 元素含量的提高,

钎料的液相线温度和固相线温度均有降低,而熔化温度区间■T 有增大趋势。在Ga 元素的含量增加到3%时,固相线温度下降至177.86℃,相应的,此时熔化温度区间■T 增加至23.1℃,增加幅度达到最大。

由于Ga 元素的熔点只有29.8℃,故加入此种合金元素后,可以明显降低钎料的熔点[5]。实际生产中,产生焊接裂纹的可能性与熔化温度区间直接相关,熔化温度区间越大,产生热裂纹的可能性就越大,反之,产生热裂纹的可能性就越小[6]。当Ga 元素的添加量为0.5%时,熔化温度区间增加不是很大,

在可以接受的范围内;但当Ga 元素的含量进一步增

加到3%时,熔化温度区间过大,较易产生热裂纹。

2.2　润湿性能

依照1.3章节所示的试验标准,在245℃下分别测试了六种不同Ga 元素含量的钎料合金的润湿时间和润湿力,测定结果如图2所示。

图2　Ga 元素的添加量对Sn -9Zn 无铅钎料润湿性能的影响Fig .2　Wetting properties of Sn -9Zn lead -free solders with

addition of Ga

从图2中可以看出,Ga 元素的添加量在0～0.5%时,钎料合金的润湿时间显著降低、润湿力有较大提高,即钎料的润湿性得到明显改善;当Ga 元素的添加量为0.5%时,润湿时间达到0.38s 、润湿力达到4.07mN ;当Ga 元素的添加量大于1%时,润湿时间和润湿力的变化均不大,钎料的润湿性趋于稳定。

Ga 元素是一种表面活性元素,添加到Sn -9Zn 钎料中后会在钎料表层富集[7],形成致密的保护膜,显著减少了Zn 元素的氧化;另外,Ga 元素可以降低润湿反应的活化能[2]

。因此,Ga 元素的加入可以改善钎料的润湿性能。当Ga 元素的含量大于1%以后,钎料表层的Ga 元素含量已不能再显著上升,达到饱和,所以钎料的润湿性能趋于稳定。

2.3　焊点的力学性能

依照1.4章节的试验方法,得到钎料焊点的剪

38

　焊　接　学　报第29卷

切力,结果如图3所示。

由图3可以看出:当Sn -9Zn 钎料中Ga 元素

含图3　Ga 元素对Sn -9Zn 无铅钎料焊点力学性能的影响Fig .3　M echanical properties of Sn -9Zn lead -free soldered

joints with addition of Ga

量增加到0.5%时,钎料焊点的剪切力达到最大;随

着Ga 元素含量的继续增加,剪切力开始减小,并低于未添加Ga 元素时钎料焊点的剪切力,在Ga 元素的添加量为3%,钎料焊点的剪切力只有20.22N ,比未添加Ga 元素时下降了69.78%。

图4a 为Sn -9Zn 钎料合金的显微组织形貌,Sn -9Zn 钎料是由灰色基体组织(富Sn 相)和黑色针状组织(富Zn 相)两相组成,两相组织为Zn 在Sn 中的固溶体β-Sn 相和富Zn 相组成的共晶[8]。图4b ～f 为添加Ga 元素之后的钎料的显微组织形貌,当Ga 元素的添加量为0.1%时,合金组织尺寸略有减小,Ga 元素的添加量增加到0.5%时,显微组织最为细小、均匀。根据细晶强化理论,其强度应为最高,这与文中的焊点剪切试验结果吻合。Ga 元素含量为1.0%时,开始出现较大的针状组织,

钎料焊点的

图4　无铅钎料的显微组织形貌Fig .4　Microstructures of lead -free solders

第4期陈文学,等:合金元素Ga 对Sn -9Zn 无铅钎料性能的影响39

力学性能开始下降。当Ga元素的添加量达到2%～3%时,在晶粒的界面处开始出现黑色的富Ga相,焊点的力学性能显著下降。

3　结 论

(1)Sn-9Zn无铅钎料中加入Ga元素以后,合金的熔点显著降低,熔化温度区间也有所增大。

(2)Ga元素的加入可以改善Sn-9Zn无铅钎料的润湿性能。当Ga元素的添加量在0～0.5%时,钎料的润湿性能改善幅度较大,当Ga元素的添加量大于1%时,钎料表层的Ga元素含量达到饱和,钎料的润湿性能趋于稳定。

(3)当Ga元素的添加量达到0.5%时,钎料的组织均匀,晶粒得到明显细化,钎料焊点的力学性能最佳,当Ga元素的含量进一步增加时,在晶界处析出黑色富Ga相,钎料焊点的力学性能显著恶化。因此,Sn-9Zn无铅钎料中合金元素Ga的最佳添加量为0.5%。

参考文献:

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interfacial morphology formed between Sn-8.55Zn-0.5Ag-0.1Al

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Cu系无铅焊料性能的影响[J].稀有金属与硬质合金,2007,

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作者简介:陈文学,男,1985年出生,硕士研究生。主要从事微电子焊接技术及无铅钎料研究工作。发表论文1篇。

Email:wenxuechen@https://www.wendangku.net/doc/5b6669685.html,

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　焊　接　学　报第29卷

formaldehyde,temperature and time of plating on the depos ition rate were studied.Metallographical analysis of copper plating layer was done,and the optimum process was obtained.Soldering of Al2O3ce-ramics after electroless copper plating at low temperature was pro-duced,and the in fluence of different conditions of electroless platin g process on microstructures and mechanical properties of joints was als o studied.The results indicate that under the experimental cond i-tions,with the increase of s oldering temperature,the tightness of joint becomes worse;and when holding time increases,the solderin g seam width will increase too.The increase of both copper s ulfate and formaldehyde concentration and the thickness of plating layer rela-tively affect on the soldering seam width and quality.

Key words:　Al2O3ceramics,electroless copper plating,sol-dering

Effects of Ga o n properties of Sn-9Zn lead-free solder CHEN Wenxue,XUE Songbai,WANG Hui,H AN Zongjie(College of Materials Science and Technology,Nanjin g University of Aeronau-tics and Astronautics,Nanjing210016,China).p37-40

A bstract:　Effects of Ga on melting characteristics and wet-tin g properties of Sn-9Zn lead-free solder as well as the mechanical properties of the soldered joints were investigated,respectively.The results indicate that the melting point of Sn-9Zn lead-free solder decreases obviously,the melting range increases and the wettability is gradually improved with the addition of Ga.When the content of Ga is around0.5wt.%,the grains of microstructure are the finest and the most homogeneous,the best mechanical property of soldered joint is obtained.When the content of Ga is above1wt.%,the wet-tability tends to be stable,some Ga-rich phases appear on the grain boundaries and the mechanical property of the soldered joint decreas-es sharply.In general,the optimum additive amount of Ga in Sn-9Zn solder is about0.5wt.%.

Key wo rds:　Ga;lead-free solder;melting characteristics; wetting properties;mechanical properties

Microstructures and properties of flash butt welded joints of austenitic-bainitic alloy steel railway switch and U75V rail CHEN Hui1,WU Bing1,TU Mingjing2(1.Institute of Science and En gineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031, China;2.Institute of Materials science and Engineering,Sichuan University,Chengdu,610041,China).p41-44

A bstract:　Heterogeneous steel joints of austenitic-bainitic steel railway s witch and U75V rail were welded by flash butt weld-ing.The microstructure,micro-hardness,impact toughness,tensile strength and fatigue properties of the joints were tested,and the ef-fects of normalizin g treatment on the hardness,strength and tough-ness were investigated.The results showed that the hardness distri-bution of the flash butt welded joints was obviousl y improved after normalizing treatment at900±20℃.The impact toughness,tensile strength was als o improved greatly.The grains in WM(weld metal) and HAZ(Heat affectecl zone)were refined.The welded joints pos-sessed synthetically excellent mechanical properties.

Key words:　austenitic-bainitic steel;railway s witch;U75V rail;flash butt welding

Simulation on weld metal solidifying microstructure with cellular automaton HUANG Anguo,YU Shengfu,LI Zhiyuan(School of Materials,Huazhong Univers ity of Science and Technology, Wuhan,430074,China).p45-48

Abstract:　The2-D Cellular Automaton model has been es-tablished to simulate the solidification microstructure of weld metal. The proberbility necleation of grains,the curvature undercooling, temprature undercooling,constitutional undercoolin g,latent,the so-lution redistribution and the expital growth of grain in H AZ has been invoved in the model.The differential method was used to calculate the diffusion of temperature field and concentration field in the uni-form grid.The simulations reflect the nature of weld solidification reasonably,whicn shown that the cellular automaton method could be utilized as a new tool for simulating solidification microstructure.

Key words:　cellular automaton;microstructure;mathemati-cal simulation

A novel analyical model three dimensional temperature field YUE Jianfeng,LI Liangyu,WU Baolin,WANG Tianqi(Tianjin Key Laboratory of Modern Mechatronics Equipment Technology, Tianjin Polytechn ic University,Tianjin300160,China).p49-52 Abstract:　A novel three dimensional temperature analytical model for gas metal arc welding(GMAW)was presented,in which the effect of droplet entropy on welding penetration during weldin g was considered.The energy of heat input was considered mainly as t wo parts including electric arc heat and droplet entropy.Electric arc heat was assumed to take a semi-ellipsoidal distribution and droplet entropy was looked as two Gaussian distributed point heat sources. The finite element anal ytical solution was obtained by solvin g novel heat source heat conduction equation.Bead-on-plate welding were performed on a carbon steel.To investigale the validyty of the mod-el,the actual isotherms of the specimens cross sections at various time from the arc start point were compared with those of the simula-tion result.The result shows the novel model is valid.

Key words:　three di mensional temperature field;analytical model;semi-ellips oidal heat source;droplet entropy

Super-resolution analysis on molten pool image of metal active-gas welding DAI Guangzhi,CHEN Tieq un,XUE Jiaxiang, YAO Pin g(College of Mechanical Engineering,South China Univer-sit y of Technology,Guan gzhou,510640,China).p53-56 Abstract:　MAG welding pool images captured by charge coupled device(CCD)is not clear due to a serious external interfer-ence,which has worse impact on further research work.Therefore, before further processing such as edge detection some image prepro-cessing operation such as image enhancement and de-nois ing should be necessary to obtain more clear image edge informatiort.Super-resolution technique was used to process and analyze MAG weldin g pool image aiming at the above problems,and super-resolution image

2008,Vol.29,No.4 TR ANSACTIONS OF THE CHINA WELDING I NSTI TUTI ON Ⅲ

常用合金元素的作用

1、钢的分类 1.1 一般分类碳钢也叫碳素钢，含炭量 WC 小于 2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢 （WC0.25%——0.6%）和高碳钢（WC>0。6%）。合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5％），中合金钢（含量 5％～10％），高合金钢（含量＞10％）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。 2、钢中合金元素分类 2.1 根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类：强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆等。这类元素只要有足够的碳，在适当的条件下，就形成各自的碳化物;仅在缺碳或高温的条件下,才以原子状态进入固溶体中。碳化物形成元素，如锰、铬、钨、钼等。这类元素一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体,如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C 等,如果含量超过一定限度（除锰以外），又将形成各自的碳化物,如(Fe，Cr)7C3、(Fe， W)6C 等。不形成碳化物元素，如硅、铝、铜、镍、钴等。这类元素一般以原子状态存在于奥氏体、铁素体等固溶体中。合金元素中一些比较活泼的元素，如铝、锰、硅、钛、锆等，极易和钢中的氧和氮化合，形成稳定的氧化物和氮化物，一般以夹杂物的形态存在于钢中。锰、锆等元素也和硫形成硫化物夹杂。钢中含有足够数量的镍、钛、铝、钼等元素时能形成不同类型的金属间化合物。有的合金元素如铜、铅等，如果含量超过它在钢中的溶解度，则以较纯的金属相存在。 2.2 钢中主要合金元素 主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。 现分别说明它们在钢中的作用。 碳（C）：是对钢的性能影响最大的基本元素，是决定钢力学性能的主要因素。不同的碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响是不同的。一般说来，随着钢中碳含量的增加，屈服点和抗拉强度升高，碳钢在热轧状态下的硬度直线上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内（碳含量小于 0.80％时），碳对抗拉强度的影响是，随着碳含量增加，抗拉强度不断提高；超过共析范围后（当碳含量大于 0.80％时），抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的

无铅焊的发展现状和发展趋势

无铅焊技术的发展现状和发展趋势 摘要 在焊接技术的发展过程中，锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料，无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求；但是，随着人类环保意识的加强，“铅”及其化合物对人体的危害及对环境的污染，越来越被人类所重视。随着无铅焊接的逐步应用（这是大势所趋），越来越多的用户开始寻找合适的焊接工具与密管脚芯片返修设备。2006年7月起，进入欧盟市场的电子电气产品将禁用的有害物质包括：镉、六价铬、铅、汞、PBB（多溴联苯）和PBDE （多溴二苯醚）。我国也已制定了相应的法律法规，最后期限也是2006年7月。本文对无铅焊接技术做了主要的介绍。 关键词：焊料趋势工艺窗口设备 Abstract In the process of the development of solder alloys，tin lead has been the most high-quality，low-cost， whether the quality of welding welding materials or reliability of welding is used to achieve requirements，But，as the environmental protection consciousness， strengthen human "and" lead compounds for the harm to human body and pollution to the environment， more and more attention by humans. With the application of lead-free soldering gradually （this is inevitable）， more and more users start looking for the right tools and pipe welding equipment repair feet chips. 2006 July，into the eu market electric products will disable the harmful material include: hexavalent chromium， cadmium， lead，mercury，PBB （br） and PBDE （more spin bromine diphenyl ether）. China has formulated relevant laws and regulations， the deadline is July 2006. In order to make everyone to lead-free soldering have more understanding of lead-free soldering， this paper mainly introduces the doing.

关于焊接方法中无铅锡问题与对策

关于焊接方法中无铅锡问题与对策 随着产品小型化，高密度实装基板、微细间距部品、多层基板开发的急速发展，伴随着锡丝的无铅化、锡焊接自身就变得更困难了，因此必须重新研究焊接方法。 在SMT再流焊的附加焊接工程及局部焊接的领域，微细化程度 高且多种多样的手工焊与机器人的无铅锡焊接技术的确立也成了当务之急。 1 研究目的 关于无铅锡焊接，我们想就焊接机器人与手工焊的锡焊接方法中面临的问题、具体分析其原因、从对现场有帮助务实的观点出发介绍无铅锡焊接的对策：①锡丝飞溅对策；②漏焊、短接等的对策；③ 烙铁头氧化及助焊剂碳化的防止；④烙铁头寿命的延长；⑤对产品的热影响。 实验中使用的共晶锡丝为 UXE-51《Sn-Ag3-Cu0．5》。 UXE-21《Sn60-Pb40》、无铅锡丝为 2 研究内容 2 ．1 焊接温度的上升与锡球、助焊剂的飞溅 往高温的烙铁头上供给含助焊剂的锡丝（以后简称：锡丝），则锡丝中的助焊剂会因受热膨胀而破裂。这造成锡丝飞溅的原因之一。众所周知，跟以前的共晶锡丝相比，无铅锡丝的溶点高。然而，锡丝中所含有的助焊剂会因为温度的升高而导致其活性降低的问题尚未受到重视。可以认为如果按无铅锡丝的溶点来提高烙铁头温度，助焊剂的活性反而会降低而失去作业性。（注：开发用于焊接机器人的含助焊剂的锡丝即使在高温下也不会失去活性力，比用于手工焊的锡丝在

一定程度更具有耐热性。） 通常，烙铁头温度多被设定在 320?340C上下，比锡丝的溶点高150C 左右。此时，锡丝的温度若与室温一致视为25C，那么两者的 温度差则为300C以上。如果烙铁头温度设定为400C，温度差就变得更大，对锡丝的热冲击也就更大。我们做了以下实验，把烙铁头温度分别设定为320C和400C,往烙铁头上送同量的锡丝，观察锡球、助焊剂等飞溅程度。其结果如图1、图2所示。经观察，烙铁头温度设定为400C，飞溅很明显地增加。由此可知，高温时的热冲击是造成助焊剂及锡球飞溅的原因之一。 锡丝送入V形槽的方法，但是在使用无铅锡丝时锡丝会迅速硬化，所 以不能称之为万全。因此，下面我们介绍通过加热锡丝从而减轻热冲击的预热方法。图3为本公司的焊接机器人烙铁部中，通过加热器- 边加热一边送锡的照片。 阳、e蜒壮林上皆最曲倩什科熾耳 如图所示，在对锡丝进行预热的情况下，我们做了相同的飞溅实验。结果，与没有对锡丝进行预热时相比，具有很明显的差别。 比较图1与图4、图2与图5,可发现锡球、助焊剂的飞溅大量减少了。由此可知，对锡丝进行预热后的飞溅量比没有预热时明显减少。 那么，应该如何去缓和此热冲击呢?为了防止锡丝的飞溅，虽然有把 带境..；＜?i^ii 玛〕；'? i ptfr* 1 q

元素对合金的影响

元素对合金的影响 元素对合金的影响 主要合金元素 合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素,只要有足够的碳,在适当条件下,就能形成各自的碳化物,当缺碳或在高温条件下,则以原子状态进入固溶体中;锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素,其中一部分以原子状态进入固溶体中,另一部分形成置换式合金渗碳体;铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素,一般以原子状态存在于固溶体中。 [编辑本段]合金钢的分类 一般分类 合金钢种类很多,通常按合金元素含量多少分为低合金钢(含量<5%),中合金钢(含量5%~10%),高合金钢(含量>10%);按质量分为优质合金钢、特质合金钢;按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢(如软磁钢、永磁钢、无磁钢)等。在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外,还含有一定量的合金元素,钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种,这种钢叫合金钢。各国的合金钢系统,随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同,国外以往曾发展镍、硌钢系统,我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中约占百分之十几,一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类,它们是:合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢,电工用硅钢。调质钢1.中碳型合金钢,合金元素含量较低;2.强度较高;3.用于高温螺栓、螺母材料等。弹簧钢1含碳量比调质钢高; 2经调质处理,强度较高抗疲劳强度较高;3用于弹簧材料。滚动轴承钢1高碳型合金钢,合金含量较高;2具有高而均匀的硬度和耐磨性;3用于滚动轴承。合金工具钢量具钢1高碳型合金钢,合金元素含量较低;2具有高的硬度和耐磨性,机加工性能好,稳定性好;3用于量具材料。特殊性能钢不锈钢1低碳高合金钢;2抗腐蚀性好;3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。耐热钢1低碳高合金钢;2耐热性能好;3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。低温钢1低碳合金钢,根据耐低温程度合金元素有高有低;2抗低温性好;3用于低温材料(专用钢为镍钢)。 根据碳化物的倾向分类

无铅焊料的研究进展

无铅焊料的研究进展 姓名：张明康 学号：201130410367 学院: 材料科学与工程 专业：金属材料科学与工程

摘要 随着电子工业的飞速发展和人们环保意识的提高，电子封装行业对无铅焊料提出了更高的要求，本文综述了无铅焊料的研究现状，存在的问题，并重点阐述稀土元素对无铅焊料性能的影响。 关键词：无铅焊料，电子封装，稀土 ABSTRACT With the rapid development of electronic industry and the improvement of environmental awareness, electronic packaging industry, puts forward higher requirements on lead-free solder, lead-free solder was reviewed in this paper the research status, existing problems, and focus on the effect of rare earth elements on the properties of lead-free solder. Key words: Lead-free solder, electronic packaging, rare earth 1 前言 长期以来，铅锡焊料由于具有较低的熔点、良好的性价比以及已获得性，成为低温含量中最主要的焊料系列。但是由于所含铅的比例较高，给环境带来了严重的污染，近年来随着人们环保意思的增强和对健康的关注，铅的污染越来越受到人们的重视。欧盟RoHS及WEEE法令的颁布，严格要求在电子信息产品中不得含有铅等有毒元素。严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅含量提出了更高的要求，已经成熟的锡铅焊料必须被性能相近或更高的无铅焊料所替代。世界各国都在对无铅焊料进行了大量的研究，无铅焊接技术也得到了较大的发展，但仍存在着许多问题。 2 无铅焊料的研究现状

电子产品中的无铅焊料及其应用与发展

-　5 - 电子产品中的无铅焊料及其应用与发展 苏佳佳1,2，文建国2 （1.广东工程职业技术学院，广州 510520；2.广东工业大学，广州 510006） 摘　要：由于传统焊接技术使用的Sn-Pb 焊料中的铅会对环境造成污染而被禁止使用，近年来无铅焊料成为了研究热点。文中介绍了运用于电子产品中的无铅焊料的发展背景、特点及要求。根据应用温度不同，无铅焊料可以分为低温、中温和高温无铅焊料。文章综述了它们各自的应用特点、场合及存在的问题和发展前景。 关键词：无铅焊料；锡银合金；锡锌合金；锡铋合金 中图分类号：TN305.94 文献标识码：A 文章编号：1681-1070（2007）08-0005-04 Application Feature and Development of Lead-Free Solders Used in Electronical Product SU Jia-jia 1，2 , WEN Jian-guo 2 （1. Guangdong Polytechnic College , Guangzhou 510520, China ;2. Guangdong University of technology , Guangzhou 510006, China ） Abstract: Due to the destroyed to environment, the solders of Sn-Pb which have been used in traditional welding technology are forbidden. And the lead-free solders have been extensively research in these years. In this paper, the developing-background, feature and requirement of lead-free solders which used in electronic product were introduced. According to the application temperature, the solders have three types, which are low-temperature, mid-temperature and high-temperature. And their application features, fields and existing problems were presented respectively. The development of lead-free solders was also described.Key words: lead-free solder; S n-Ag; Sn-Zn; Sn-Bi 收稿日期：2007-05-11 1 引言 焊料从发明到使用，已有几千年的历史。Sn-Pb 焊料以其优异的性能和低廉的成本，得到了广泛的使用。但是，铅及其化合物属于有毒物质，长期使用会给人类生活环境和安全带来危害。因此，限制铅使用的呼声越来越高，各个国家已积极通过立法来减少和禁止铅等有害元素的使用。20世纪90年代初，美国国会提出了关于铅的使用限制法案（HR2479-Lead Based Paint Hazard Abatement Trust Fund Act ，S-1347-Lead Abate-ment Trust Fund Act ，S-729-lead Exposure Reduction Act ），并由NCMS （the National Center for Manu facturing Sciences ）Lead Free Solder Project 等进行无铅焊料的研究开发活动。目前，研究替代Sn-Pb 焊料的无铅焊料主要集中在Sn-Ag 、Sn-Bi 、Sn-Zn 几种合金焊料上[1]。 2 无铅焊料的特点 理想的无铅焊料最好与原来的Sn-Pb 共晶焊料有相同或相近的性能，比如具备低熔点，能像纯金属那样在单一温度下熔融、凝固，具有与Sn-Pb 相同的熔融温度范围、良好的接合性能和浸润性等。对于

波峰焊无铅钎料的抗氧化研究进展

第23卷第1期2010年2月 常州工学院学报 Journa l o f Chang zhou I nstitute o f Techno l o g y V o.l 23 No .1 Feb .2010 收稿日期:2010 02 09 作者简介:栗慧(1980 ),女,讲师。 波峰焊无铅钎料的抗氧化研究进展 栗 慧 (常州工学院机电工程学院,江苏常州213002) 摘要:电子封装波峰焊从有铅到无铅的转换过程中,由于无铅钎料中锡含量比传统Sn 37Pb 钎料高,导致波峰焊过程中氧化渣的产生量很大,不仅造成浪费,还影响焊接质量。控制氧化是当前无铅波峰焊技术必须要解决的一个重要问题。论文概述了国内外波峰焊无铅钎料抗氧化的发展现 状及所取得的研究成果,并展望了前景。 关键词:无铅;钎料;抗氧化性;波峰焊中图分类号:TG425 文献标识码:B 文章编号:1671-0436(2010)01-0020-04 A Study on the Oxi dati on R esistance of L ead free Sol der U sed i n W ave Sol deri ng LI Hui (Schoo l of M ech an i ca l &E l ect rical Eng i neeri ng,Ch angzhou Instit u t e o f T echno l ogy ,C hangzhou 213002) Abstract :Now aday s i n the e l e ctron ic asse m b ly pr o ce ss ,w ave so ldering is changed from lead con ta i n ed to l e ad free .W h ile the m o re ti n content i n the l e ad free so lder w ill lead to m o re dro ss duri n g so ldering pr o cess .Too m uch dro ss w ill no t only w a ste the so l d er a ll o y ,but a lso affect the so lderi n g qua lity .Therefo re ,a key pr ob le m fo r l e ad free w ave so l d ering is to contro l t h e ox ida ti o n o f the so l d er .The re searc h and dev elopm en t progra m s on the ox ida ti o n resistance o f lead free so lder used i n W av e So l d eri n g around t h e w orld are briefl y intr oduced ,and the future pr o spects o f applicati o n o f the o x i d a tion resistance of lead free so l d er are presented,too . Key words :lead free ;so l d er ;anti ox ida ti o n;w ave so l d eri n g 0 前言 近年来,鉴于环保和健康的需要,无铅钎料的研究在全球范围内开始发展起来。无铅波峰焊接 转换过程中,一般选用Sn Zn 、Sn Cu 、Sn A g C u 等无铅焊锡条。人们已大量研究了这些无铅钎料的组织性能、界面金属间化合物生长和润湿性能。早 在20世纪80年代开始,就有学者[1] 开始注意到当锡铅钎料在液体状态和高温时氧化十分迅速,尤其是在波峰炉中,会很快形成新的锡渣氧化物,锡渣 的堆积会影响焊接质量,还造成了锡的浪费。目前,无铅钎料抗氧化性差是长久以来困扰行业发展的主要问题,仅有少量文献对其进行研究。 1 波峰焊钎料抗氧化的发展历程 波峰焊过程中,在液态钎料表面上最常见的氧化物为SnO 与SnO 2。锡炉液面形成氧化物残渣,过量的氧化物残渣不但影响焊接质量,还使无铅钎料的成本增加,尤其是对现在昂贵的无铅钎料。 过去,人们采用加入抗氧化油的方式来减少

合金元素在钢中的主要作用

简述几种常见合金元素在钢中的主要作用 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼 过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在 -196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。 此外，镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力，镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。 （3）钼（Mo）

从元素周期表认识无铅焊料的性能

从元素周期表认识无铅焊料的性能 人们对无铅焊料已做了广泛的研究，并已开发出三大系列无铅焊料（表1）。但这几大系列无铅焊料的部分性能，特别是焊接性能/润湿性、焊接温度/工艺性以及经济性等方面，尚不及SnPb焊料。考察这些元素在元素周期表中的位置，我们不难看出，为什么已开发出的无铅焊料在性能上只能部分达到SnPb焊料的水平？或者说，为什么寻找真正能与SnPb合金相同性能的物质是非常非常的困难？ 焊料合金元素在元素周期表中的位置 目前，已经开发成功的无铅焊料的合金成份，基本上由下列元素组成（图1）。元素周期表（表2）显示，这几种元素作为焊膏的合金成分几乎是“非君莫属”。 图1 无铅焊料的基本元素 SnPb合金最符合“相似相融”原则 Sn-Pb焊料几乎有了几千年的历史，至今尚无法完全取代它们，表观上与他们的物化性能有关，而最根本的原因是与Sn、Pb两元素在周期表中的位置有关，它们均是第Ⅳ主族元素，排列位置紧紧相连（Sn 在第五周期内，Pb在第六周期内），就好象同一家族内的弟兄俩一样，血脉相通，它们之间互熔性能好，合金本身不存在金属间化合物（IMC）。 但又由于Pb在元素周期表中是第82号元素位，碳族的末端，属第六周期。而Sn在元素周期表中是

第50号元素，排列在次末端，属第五周期。因为Pb的核电荷数为82，远大于核电荷为50的Sn，故通常Sn可以失去最外层的4个电子形成Sn4+离子，如SnO2，故Sn呈现出明显的金属性能，而Pb原子外层也有4个电子，但因核电荷数有82个，对最外层4个电子有大的引力，故通常Pb只能失去2个电子，形成Pb2+离子，如PbO，故Pb元素的活泼性不及Sn元素的活泼性，因此在使用SnPb焊料焊接金属Cu时，实际上只有Sn参与被焊金属Cu等的结合，而Pb不参与反应，Sn与Cu通过相互扩散的原理，形成金属间化合物Cu6Sn5，焊接学中这种扩散又称之为选择性的扩散，但微观的原因仍是由Sn、Pb元素的原子结构所决定，不同的原子结构显示出Sn的活性要高于Pb。 为何Sn仍将是焊料的基材？ 由于Pb的有害性而将被取代，然而Sn仍是作用优良的焊料基材而被利用，这是因为Sn和其它许多金属之间有良好的亲和作用，它的熔点低，无毒无公害，特别是在地球上储藏量大，价格低，因而仍是一种无法取代的焊料基材，因此所谓的无铅焊料仍是以Sn为基材的焊料，既然Sn的位置已定，从元素周期表来看，任何元素都无法代替Pb而构成类似Sn-Pb合金的焊料。 以Bi为例，Bi是除Pb以外离Sn较近元素，Bi是元素周期中排在第Ⅴ主族（氮族）元素的末位，若从周期上看，Bi排在第六周期期第15列与Pb在同一周期，但Pb排在第14列，根据上述的规律Bi与Sn 不是同族元素，并且Bi的金属性比Pb要弱，表3为Sn、Pb、Bi三者的部分物理常数。 从表3中看出，Bi的非金属性明显比Pb强，Bi是菱状晶体（类似金属晶体），具有脆性，SnBi合金的导电/导热性能不及SnPb合金，Bi与Sn有较好的互熔性，但Sn-Bi合金硬度高，延伸性低，不能拉成丝，一句话SnBi合金焊料不及SnPb合金焊料那样好。 只要将相关金属的熔点同它们与Sn构成的共晶合金比例进行比较（图1），就会发现有一个有趣的规律，即随着金属熔点的降低或者更准确地说，随着金属熔点向Sn熔点的靠近，这些金属与Sn的共晶成份的比例就明显提高（表4），这也形象地验证了“相似相融”的原则。 挑选合金配方不是改进无铅焊料性能的唯一方法 已开发出来的Sn-Zn、Sn-Ag、Sn-Cu合金等无铅焊料的部分性能，特别是焊接性能尚达不到Sn-Pb 焊料的水平，这与它们在元素周期表中的位置以及原子结构有着密切的关系。

无铅手工焊面临的问题与解决方法

无铅手工焊面临的问题与解决方法 一、无铅焊料使用时的问题点 无铅手工焊接在焊料的选择上有一定的限制，譬如Sn-Zn系合金、Sn-Bi系合金的线体成形性较困难，且合金本身易氧化。或者使用中与焊剂的反应存在问题。一般不采纳这二种无铅焊料。目前推举使用的是熔点在210～230℃ Sn-Cu系合金和Sn-Ag-Cu系合金焊料。 众所周知，由于无铅焊料的流淌性差，使焊接时的扩展性(润湿性)大大不如原来的63-37共晶焊料，其扩展性只有原来的三分之一程度。 这种性质的焊料在展开手工焊时，不仅会对应组装基板与元件，也会体现在焊接用烙铁头部，尽管作业中想提高一些焊接温度，但对改善焊料的扩展性作用是不大的。 无铅焊料的熔点，比原来的焊料要高出20～45℃，因此手工焊时必须提高烙铁头的温度，通常使用的焊接温度是焊料的熔点温度加上50℃左右较妥当。考虑到焊接用烙铁头温度会由于本身功率及头部重量而存在差异，故温度的设定要比焊接温度高100℃左右。原来63-37共晶焊料的烙铁头温度约在340℃左右，使用Sn-O.7Cu焊料时的温度约

在380℃.关于手工焊接来讲,超过350℃以上时已作为界限温度，这种状态下的焊接可加快烙铁头的损耗，在超出焊剂的活性范围时易产生焊剂的碳化，降低焊剂的活性效果，这也会成为焊接中常见的焊剂或焊料飞溅的缘故。 二、手工焊接的注意点及解决方法 由上所述，在采纳直接加热方式进行无铅手工焊时，稍不注意就会产生各种各样的问题。这些问题的发生讲明了正是由于无铅焊料所具的固有特性，使用中就容易出现不良。我们在制定焊接工艺时，能够抓住下面几个差不多要点： ①烙铁头温度的治理 ②焊接基板、部品等表面状态的治理 ③焊剂的选择、效果衡量及作用 另外，要做到良好的无铅手工焊，作为重要因素的使用工具方面，以下几个要点是必须考虑的。 2.1 使用热恢复性能优良的烙铁 在无铅手工焊场合，烙铁头的温度势必要比焊料的熔点高出20～45℃，考虑到被焊元件本身的耐热性和稳定地进行焊接操作，烙铁温度最好设定在350℃～360℃范围，这是为了执行良好的手工焊接而采纳偏低温度的一种做法。掌握的重点有以下三项： *使用热恢复性良好的烙铁。

钢中主要合金元素的功用

钢中主要合金元素的功用 1．铬Cr 铬在钢中的角色多元且重要，它会形成安定而硬的碳化物，而且具抗蚀性，其主要作用有： a．增进钢的硬化能和渗碳作用。 b．使钢在高温畤仍具高强度。 c．能增加耐磨耗性。 d．增高钢之淬火温度。 f．能增进钢的抗腐蚀性。 2．镍Ni 镍在钢中的影响有: a．增进钢的硬化能。 b．能降低热处理时的淬火温度，因之在处理时变形小。 c．能增加钢的韧性。 d．高镍合金钢能耐腐蚀，例如：不锈钢就含有8%左右的镍。3．钨W 钨能耐高温，而且溶于钢中会与碳形成碳化物称为碳化钨，能提高钢的强度。此外， a．钨可以提高钢之淬火温度。 b．加强钢之断面组织细微化，抵抗回火软化。 c．可以降低淬火时钢之晶粒生长之趋势。

d．钨钢刀具有红热硬度。 e．可增加钢之保磁性，故可配入钢中而制造永久磁钢。 4．钒V 钒可以无限量固溶入铁中，并阻止沃斯田铁晶粒的成长，钒在钢中有脱酸除氧之能力，故含钒之钢其断面结晶密实，此外钒的作用还有： a．能提高淬火温度。 b．改善硬化能，高温淬火加热时，能防止其晶粒生长。 c．有助于钢之结晶组织细微化。 5．锰Mn 锰亦为钢中重要元素，其作用及影响如下: a．在适量下，锰量增加可增加钢之最大强度及硬度。 b．锰有脱氧及脱疏功效，故锰能发掸钢之锻造性与可塑性。c．锰在钢中含量多，可降低钢之淬火温度。 d．可增进钢之硬化深度，尤其在含碳量高之油硬性锰钢为最显著。6．钼Mo 钼可增加钢之最大强度及硬度，因此在合金钢中也颇为重要。a．能改善钢在高温之抗拉及潜变强度。 b．在工作红热情况下，能使钢之硬度保持不变。 c．高速工具钢含钼，可予以较佳之切割性能。 d．合金钢中加入钼可去除回火脆性。 7．钴Co

无铅手工焊面临的问题与解决方法修订版

无铅手工焊面临的问题 与解决方法 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

无铅手工焊面临的问题与解决方法 一、无铅焊料使用时的问题点 无铅手工焊接在焊料的选择上有一定的限制，譬如Sn-Zn系合金、Sn-Bi系合金的线体成形性较困难，且合金本身易氧化。或者使用中与焊剂的反应存在问题。一般不采用这二种无铅焊料。目前推荐使用的是熔点在210～230℃ Sn-Cu系合金和Sn-Ag-Cu系合金焊料。 众所周知，由于无铅焊料的流动性差，使焊接时的扩展性(润湿性)大大不如原来的63-37共晶焊料，其扩展性只有原来的三分之一程度。 这种性质的焊料在展开手工焊时，不仅会对应组装基板与元件，也会体现在焊接用烙铁头部，尽管作业中想提高一些焊接温度，但对改善焊料的扩展性作用是不大的。 无铅焊料的熔点，比原来的焊料要高出20～45℃，因此手工焊时必须提高烙铁头的温度，通常使用的焊接温度是焊料的熔点温度加上50℃左右较妥当。考虑到焊接用烙铁头温度会由于本身功率及头部重量而存在差异，故温度的设定要比焊接温度高100℃左右。原来63-37共晶焊料的烙铁头温度约在340℃左右，使用焊料时的温度约在380℃.对于手工焊接来说,超过350℃以上时已作为界限温度，这种状态下的焊接可加快烙铁头的损耗，在超出焊剂的活性范围时易产生焊剂的碳化，降低焊剂的活性效果，这也会成为焊接中常见的焊剂或焊料飞溅的原因。

二、手工焊接的注意点及解决方法 由上所述，在采用直接加热方式进行无铅手工焊时，稍不注意就会产生各种各样的问题。这些问题的发生说明了正是由于无铅焊料所具的固有特性，使用中就容易出现不良。我们在制定焊接工艺时，可以抓住下面几个基本要点： ①烙铁头温度的管理 ②焊接基板、部品等表面状态的管理 ③焊剂的选择、效果衡量及作用 另外，要做到良好的无铅手工焊，作为重要因素的使用工具方面，以下几个要点是必须考虑的。 使用热恢复性能优良的烙铁 在无铅手工焊场合，烙铁头的温度势必要比焊料的熔点高出20～45℃，考虑到被焊元件本身的耐热性和稳定地进行焊接操作，烙铁温度最好设定在350℃～360℃范围，这是为了执行良好的手工焊接而采用偏低温度的一种做法。掌握的重点有以下三项： *使用热恢复性良好的烙铁。 *使用热容量大的烙铁。 *烙铁头部的形状应该与被焊接部相符。 图一是适合于无铅手工焊接、具良好热恢复性的912型烙铁(品种号)，为了与原来性能的烙铁相比较，可以按照图二表示的温度测定方法，对图中1、4、7三个点装上传感器,用3秒钟的时间间隔，对7个点进行焊接，同时测定烙铁头温度的变化，测定结果可参阅图三。912型是热恢复性好的烙铁，907、908型是原来型号的烙铁，908比907的热容量要大。测定结果表示，在相同烙铁头温度场合的焊接部温度，用912型连续焊接的

合金元素作用

1．铬Cr 铬在钢中的角色多元且重要，它会形成安定而硬的碳化物，而且具抗蚀性，其主要作用有： a．增进钢的硬化能和渗碳作用。 b．使钢在高温畤仍具高强度。 c．能增加耐磨耗性。 d．增高钢之淬火温度。 f．能增进钢的抗腐蚀性。 2．钼Mo 钼可增加钢之最大强度及硬度，因此在合金钢中也颇为重要。 a．能改善钢在高温之抗拉及潜变强度。 b．在工作红热情况下，能使钢之硬度保持不变。 c．高速工具钢含钼，可予以较佳之切割性能。 d．合金钢中加入钼可去除回火脆性。 3．钒V 钒可以无限量固溶入铁中，并阻止沃斯田铁晶粒的成长，钒在钢中有脱酸除氧之能力，故含钒之钢其断面结晶密实，此外钒的作用还有： a．能提高淬火温度。 b．改善硬化能，高温淬火加热时，能防止其晶粒生长。 c．有助於钢之结晶组织细微化。 楼上说的是对于所有合金而言，单就耐高温性能来说，上述三种元素的主要作用都是：1、弥散强化，形成难溶碳化物，订扎晶界，阻碍晶粒长大，从而提高高温强度；2、有一定的抗氧化作用。 合金元素铌、钽、硼、稀土元素在耐热钢中的作用 1、铌铌是缩小γ－Fe相区的合金元素，在α－Fe中有一定的溶解度。在铁基合金中含0.5%Nb 就足以取得弥散强化的效果。铌也是强碳化物形成元素，铌的碳化物在高温下十分稳定，只比钛的碳化物略为逊色。由于铌具有良好的热强性，因此，铌在低合金耐热钢和高合金耐热钢中都获得了广泛的应用。含铌的多元合金化的珠光体低合金耐热钢在蒸汽发电机中的使用温度可达550℃。铌在含铬为12%的耐热钢中获得应用，提高了钢的热强性。在高合金耐热钢中铌的碳化物析出对提高其热强性占有重要的地位，因此钢中的含碳量与含铌量存在着一定的比例关系。含铌的低碳(0.04%～0.07%)奥氏体耐热钢中的铌含量应为10x%C。因此，高合金耐热钢中的铌含量般为1%～2%。 2、钽钽与铌在元素周期表中为同族，钽在耐热钢中的作用与铌类同。由于钽的价格昂贵，在一般耐热钢中基本不加钽，但通常随钢中加铌时带入。通常只在铸造高温合金中加钽。 3、硼硼与氮和氧都有较强的亲和力。钢中微量硼(0.001%)就可以成倍地提高其淬透件。硼吸附在奥氏体晶界上，降低了晶间的能量，阻抑铁素体晶核的形成，因而延长了先共析铁素体和上贝氏体转变的孕育期，硼只有以固溶形式存在于钢中才能起到有教作用。当硼与钢中残留的氮、氧化合形成稳定的夹杂物时，反而对钢的性能有不利的作用。在珠光体耐热钢中，微量硼可以提高钢的高温强度；在奥氏体耐热钢中加入0.025%B可以提高其抗蠕变性能，但硼含量较高时，其作用相反。加入硼强化晶界对增强耐热钢的持久强度十分重要。硼原子主要分布在晶界上，因此硼对强化晶界起着重要的作用。 4、稀土元素稀土元素对提高耐热制的抗氧化性能有较明显的作用。稀土元素的氧化物可以增加基体金属与氧化膜之间的附着力，因为稀土氧化物对基体金属有“钉扎”作用。稀土金属镧和铈能降低Cr2O3的挥发性，改善氧化物的组成，变成更加稳定的(Cr、La)2O3氧化物膜、镧抑制在1100～1200℃

回流焊无铅焊接的特点和对策

钎焊机理 钎焊分为硬钎焊和软钎焊。主要是根据钎料（以下称焊料）的熔化温度来区分的，一般把熔点在450℃以下的焊料叫作软焊料，使用软焊料进行的焊接就叫软钎焊；把熔点在450℃以上的焊料叫作硬焊料，使用硬焊料进行的焊接就叫硬钎焊。在美国MIL SPEC军用标准中，是以800℉（429℃）的金属焊料的熔点作为区分硬钎焊和软钎焊的标准。 电子装联用锡焊是一种软钎焊，其焊料主要使用锡Sn、铅Pb、银Ag、铟In、铋Bi等金属，目前使用最广的是Sn-Pb和Sn-Pb-Ag 系列共晶焊料，熔点一般在185℃左右。 钎焊意味着固体金属表面被某种熔化合金浸润。这种现象可用一定的物理定律来表示。如果从热力学角度来考虑浸润过程，也有各种解释的观点。有一种观点是用自由能来解释的。 ⊿F＝⊿U－T⊿S 在这里，F是自由能，U是内能，S是熵。⊿F 与两种因素有关，即与内能和熵的改变有关。一般S常常趋向于最大值，因此促使－T⊿S也变得更小。实际上，当固体与液体接触时，如果自由能F减少，即⊿F是负值，则整个系统将发生反应或趋向于稳定状态。由此可知，熵是浸润的促进因素，因为熵使⊿F的值变得更小。⊿F的符号最终决定于⊿U的大小和符号，它控制着浸润是否

能够发生。为了产生浸润，焊料的原子必须与固体的原子接触，这就引起位能的变化，如果固体原子吸引焊料，热量被释放出来，⊿U是负值。如果不考虑⊿U的大小和量值，那么，熵值的改变与表面能的改变有同样的意义，浸润同样是有保证的。在基体金属和焊料之间产生反应，这就表明有良好的浸润性和粘附性。如果固体金属不吸引焊料，⊿U是正值，这种情况下，取决于⊿U在特殊温度下的大小值，才能决定能否发生浸润。这时，增加T⊿S值的外部热能，能对浸润起诱发作用。这种现象可以解释弱浸润。在焊接加温时，表面可能被浸润，在冷却时，焊料趋于凝固。在开始凝固的区域，⊿U是正值，其值比T⊿S大得多，当⊿F最终变为正值时，浸润现象就发生了。 有两种情况，一种是两种浸润材料互相发生浸润，导致结合，二者都呈现低表面能，这时的焊点具有良好强度。单纯的粘附作用不能产生良好的浸润性。假如把两种原子构成的固体表面弄得很光滑，在真空中叠合在一起，它们可能粘附在一起，这种现象是两个光滑断面之间的范德华力作用。这种结合接度以范德华力为基础，超过了任何接点的应用强度。生产中不会出现这种情况，因为范德华力是在很短距离时才起作用。实际工程上，表面都且有粗糙性，阻止原子密切接触。可是在一些局部，原子结合力也会起作用，这是很微小的。实际上，从宏观来观察时，也包括范德华力在内。

合金元素在钢中的作用及对组织和性能的影响

合金元素在合金钢中的作用 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。