觸頭焊料擴(kuò)散連接的工藝及機(jī)理研究.pdf

1、電觸頭亦稱觸點(diǎn)或接點(diǎn)，是電器開關(guān)、儀器儀表等的接觸元件，擔(dān)負(fù)著通斷電流的任務(wù)。因此，它的性能直接影響著開關(guān)電器的可靠運(yùn)行。Ag-W觸頭具有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、耐電磨損性能、抗熔焊性能、抗氧化能力等優(yōu)點(diǎn)。銀銅鋅焊料是一種廣泛使用的銀基釬焊料。其特點(diǎn)是熔點(diǎn)較低，潤濕性及填縫能力好，接頭強(qiáng)度高等。因此，進(jìn)行觸頭焊料擴(kuò)散連接的工藝和機(jī)理研究, 對觸頭和焊料的應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。 本文采用X射線衍射儀(XRD)、掃描

2、電鏡(SEM)、顯微硬度計(jì)、數(shù)字電橋等先進(jìn)測試手段對界面附近區(qū)域的顯微組織、電性能、相結(jié)構(gòu)、斷口形貌、能譜和元素的擴(kuò)散分布進(jìn)行了分析；通過正交試驗(yàn)擴(kuò)散連接，研究了加熱溫度、保溫時間、外加壓力等工藝參數(shù)對擴(kuò)散連接材料的電性能以及結(jié)合強(qiáng)度的影響，優(yōu)化了工藝參數(shù)；根據(jù)Fick第二定律，采用誤差函數(shù)解和能譜分析結(jié)果計(jì)算了觸頭焊料擴(kuò)散焊接時Cu原子在銀中的擴(kuò)散因子 以及擴(kuò)散激活能 ，以及Cu原子擴(kuò)散的距離，與實(shí)際測得的距離進(jìn)行了對比分析。

3、 研究結(jié)果表明，在進(jìn)行探索性試驗(yàn)時，在較低的壓力下，加熱溫度低于700℃時，由于加熱溫度較低原子的擴(kuò)散能力不足，試樣之間不能形成有效地?cái)U(kuò)散。在進(jìn)行正交試驗(yàn)分析時，分別以電阻率和結(jié)合區(qū)線百分比為指標(biāo)分析時所得的結(jié)果不同。并以電阻率和結(jié)合區(qū)線百分比以3：1的權(quán)重分析，得到了本試驗(yàn)條件下的最佳工藝參數(shù)。在最佳工藝條件下進(jìn)行的驗(yàn)證試驗(yàn)表明，所得的電阻率和結(jié)合區(qū)線百分比都有很好的重復(fù)性。進(jìn)行無壓擴(kuò)散連接時，銀中間層的含量對觸頭焊料的電性能有較大的

4、影響，含銀中間層較多時有更為優(yōu)良的電性能。 在本試驗(yàn)條件下，影響結(jié)合的三個工藝參數(shù)由主到次分別為焊接溫度、外加壓力、保溫時間。觸頭焊料最佳的擴(kuò)散連接工藝條件是675℃×2h、0.09MPa。采用本工藝條件，可以使銀鎢觸頭和銀銅鋅焊料較好地?cái)U(kuò)散連接在一起。連接后的電阻率為4.5343Ω?mm。對連接區(qū)進(jìn)行物相分析表明，在觸頭側(cè)生成了CuZn相，在焊料側(cè)并沒有發(fā)現(xiàn)新相。觸頭焊料擴(kuò)散焊接頭的斷口分析表明，接頭具有一定的韌性，斷裂從銀過

5、渡層處開始，縫隙和孔洞是導(dǎo)致斷裂的根本原因。 利用掃描電鏡對觸頭焊料擴(kuò)散連接區(qū)域進(jìn)行線掃描發(fā)現(xiàn)，在較低溫度下，只有Cu原子能夠從焊料側(cè)擴(kuò)散至觸頭側(cè)，Zn原子不能擴(kuò)散。溫度是影響擴(kuò)散的最大因素，提高加熱溫度對原子擴(kuò)散的作用比延長保溫時間更顯著，Cu原子和Zn原子擴(kuò)散距離會隨著溫度的升高而增大，但Zn的擴(kuò)散速度比Cu的擴(kuò)散速度慢。Cu原子和Zn原子的擴(kuò)散均會隨著時間的延長，其濃度以指數(shù)關(guān)系衰減并很快收斂。計(jì)算了675℃×1h和700