潘繼民 張亞榮/鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

Y元素對銅磷釬料組織性能的影響

潘繼民 張亞榮/鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

在銅磷釬料中添加合金元素，改善其組織和性能，從而可在生產(chǎn)中部分替代含銀釬料。本文通過在銅磷釬料中單獨添加Y元素，使得釬料的鑄態(tài)組織得以細化，釬料的力學(xué)性能和潤濕性都有所改善，其釬焊接頭質(zhì)量也得以提高。

銅磷釬料；Y；組織性能

銅磷釬料是目前應(yīng)用較廣泛的硬釬料[1～3]，主要用來釬焊銅及銅合金、銀、鉬等金屬。在制冷、電機、電力、汽車等行業(yè)用量很大，年消耗量達數(shù)千噸之多[4]。通過向銅磷釬料中單獨添加Sn、Si、Zr、Ni、B、Ti等元素或復(fù)合添加這些元素，來改善其組織和性能，使其能夠接近或達到含銀釬料的性能，從而在生產(chǎn)中能夠部分替代含銀釬料，以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。本文選擇添加Y元素的方法來研究其對銅磷釬料及其釬焊接頭組織和性能的影響，以達到提高釬焊接頭質(zhì)量的目的。

1.試驗方法及內(nèi)容

在銅磷基礎(chǔ)釬料中添加不同含量的Y元素，熔煉好的釬料分別進行如下試驗：

（1）組織觀察和成分分析：SEM顯微組織分析在日本電子株式會社產(chǎn)的JSM-7500F型掃描電鏡上進行；EDS成分分析在牛津儀器有限公司產(chǎn)的INCA-PentaFET-X3型能譜儀上進行。

（2）潤濕性試驗：釬料的潤濕性試驗參照國家標準GB/T 11364—2008中規(guī)定進行[5]。如圖1所示，潤濕性能測定試驗選用規(guī)格為40mm×40mm×2mm紫銅板做為基材。

圖1 釬料與基板位置關(guān)系

（3）機械性能試驗：銅磷釬料合金強度及伸長率試驗參照國家標準GB/T 228.1—2010中規(guī)定進行[6]。

2.試驗結(jié)果及討論

不同Y含量銅磷釬料的鑄態(tài)顯微組織、線掃描、面掃描試驗結(jié)果如圖2所示。圖中可知，Y可以細化銅磷釬料鑄態(tài)顯微組織中的α-Cu樹枝晶，改善層片狀（α-Cu+Cu3P）共晶組織中α-Cu片層形貌[7]。

圖2 銅磷釬料鑄態(tài)顯微組織、線掃描、面掃描

由試驗結(jié)果可知，當Y含量為0.2 wt%時，銅磷釬料鑄態(tài)合金組織中的α-Cu樹枝晶明顯得到了細化，樹枝晶數(shù)量增加，一次枝晶間距、二次枝晶間距顯著減小。因此，添加適量的Y可以細化銅磷釬料組織中α-Cu樹枝晶，輕微改善層片狀共晶組織的形貌，增強合金組織的均勻性。試驗還發(fā)現(xiàn)，隨著Y含量的增加，釬料的鋪展面積增大，強度及伸長率都有所提高。

3.結(jié)論

在銅磷釬料合金中單獨添加Y元素，對銅磷釬料及其釬焊焊縫的組織和性能可產(chǎn)生較顯著的影響，明顯地細化α-Cu樹枝晶，對層片狀（α-Cu+Cu3P）共晶組織也有一定的細化作用，釬料強度和伸長率有所提高，潤濕性得以改善。

[1]黃杰，薛松柏，王博．合金元素對Cu-P系釬料性能影響的研究現(xiàn)狀[J]．焊接，2014（11）：14～19.

[2]姜鋒，劉輝，文康，等．復(fù)合添加La，Ce和Si對銅磷釬料潤濕性和焊縫微觀組織的影響[J]．熱加工工藝，2013，42（11）：202～205.

[3]張啟運，莊鴻壽等．釬焊手冊（第2版）[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[4]李宏磊，婁花芬，馬可定．銅加工生產(chǎn)技術(shù)問答[M]．冶金工業(yè)出版社，2008.

[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局．GB/T 11364—2008釬料潤濕性試驗方法[S]．北京：中國標準出版社，2008.

[6]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局．GB/T 228．1—2010 金屬材料 拉伸試驗 第1部分[S]．北京：中國標準出版社，2008.

[7]唐定驤．稀土金屬材料[M]．冶金工業(yè)出版社，2011.