摘要
关键词 高温无铅钎料；时效；显微组织；剪切强度
中图分类号： C35 文献标识码： A
1.引言
2.试验方法
1.Bi-Ag-Cu-Ni-Ge钎料配比方案
3.结果与分析
3.1 1300小时时效后界面化合物组织形貌
本实验所用Bi-Ag-Cu-Ge-Ni钎料与Cu板钎焊后试样的界面组织形貌如图所示。图1为五种成分钎料钎焊接头在150℃下时效300h后的扫描电镜照片。
结果表明，随着Ag含量的增加，界面出现明显的变化，虽未形成金属间化合物，但Cu界面的粗糙度递增，由原来的小突起变成块状突起。由此可以发现此系钎料并不能与铜板之间形成金属间化合物，只存在机械连接。这可能会降低其力学性能，使试件的使用寿命降低。而Ag元素虽不能促进界面间形成金属间化合物，但很大程度上增加了Cu界面的粗糙程度，这种现象会一定程度上加强铜板与钎料之间的接合。并且，随着银含量的增多，钎料中富银相越来越多。时效300h后界面处的形貌发生了很大的变化，由扇贝状变成波浪状，且趋于平缓，这就势必降低界面间的力学性能，并直接导致焊件的使用寿命降低。另外，在时效300小时以后，发现在界面附近的钎料上有很多微小孔洞，可推断高温时效的时间延长，孔洞会长大并且数量增多，当孔洞之间连接起来以后，必定产生部分应力集中，对钎料的可靠性产生不利影响。图2为界面的线扫描图和在锯断润湿试样时钎料出现的微裂纹形貌以及点成分测试报告（图3）。
（a）界面线扫描图 （b） 微裂纹显微图
图2界面线扫描及微裂纹显微图
图3界面处钎料的点成分分析报告
钎焊接头的剪切强度为所测试样的平均值。接头剪切强度由式
（1）计算：
（1）
3.3 Bi-Ag-Cu-Ge-Ni/Cu接头断口分析
剪切断裂有两类，一类是滑断或纯剪断，此类断口的宏观断面上用肉眼观察便可以看到有很多直线状痕迹，在电子显微镜下也可以观察到此种直线状痕迹的微观花样；另一类是微孔聚集型剪切断裂，断口上有大量的微坑，称微孔、韧窝等，说明材料在局部微小的区域内曾发生过强烈的剪切变形[5]。图4为时效300小时后剪切断口的扫描电镜图。
图4 时效300小时断口扫描电镜图
从图4中可见，该断裂大多发生在钎料/Cu界面处，说明Cu与钎料结合能力较弱，并且猜想该断裂为脆性断裂中的穿晶的解理断裂，解理断裂是材料在拉应力的作用下，由于原子间结合键沿一定的结晶学平面断开而造成的。解理面一般是表面能最小的晶面，且往往是低指数的晶面。解理断口的宏观形貌是较平坦的、发亮的结晶状断面。但实际金属材料多为晶体，由位相各异的晶粒组成，而且还存在缺陷，如位错、夹杂物和第二相粒子，等等。因此，解理断裂实际上不是沿着单一的晶面，而是沿一族相互平行的晶面发生解理而引起的。在不同高度上的平行解理面之间形成了所谓的解理台阶。
4. 结论
（1）时效300小时后钎焊界面没有化合物生成，只是Cu基板表面变得粗糙了，并且Cu元素向钎料中扩散的量较少，不利于界面处的机械结合，使结合强度相对较弱。随着Ag含量的增加，钎料中树枝状初始银的含量增多，它能有效的防止裂纹长大，改善钎料韧性。
（2）从时效前后界面显微组织图对比来看，时效前后并无明显变化，只是在钎料中出现微小孔洞。