[00361029]高性能锡基无铅焊料新材料研究与关键技术攻关

国内与高性能无铅焊料相关的研究及应用仍有待完善，主要体现在综合性能好且成本低的材料体系仍欠缺、与锡基无铅焊料密切相关的合金相图和相结构及性能等基础数据缺乏、无铅焊料在服役过程中的电迁移、腐蚀等行为研究不够系统等。该项目选择以Sn-RE-M（M=Ti、Te、Al、Cu等）合金为研究对象，以相图的CALPHAD计算、相图热力学数据库出发，构建Sn-RE-M（M=Ti、Te、Al、Cu等）合金的相图与相关系。在该基础上开展基于广西富产的有色金属资源（锡、锌、稀土、铝等）的新型无铅焊料新材料体系设计、相关制备工艺、性能分析和提升、服役过程模拟和规避机制等方面的研究，为相关产品的研究和发展提供有益的科学基础。该项目较好地达成指标，具体为：开发新材料：Sn-8.5Zn-0.1Cr-0.05Nd；Sn-9Zn-2Cu-0.025Ce。开发新工艺：方法一步骤1：对高熔点组元制备中间合金，按质量配比分别将Sn7.5Cr、Sn5Nd、Sn10Cu中间合金在真空电弧炉中熔炼制备；步骤2：在坩埚电阻炉中制备无铅焊料，将锡、锌放入加热到600℃的刚玉坩埚中熔化，保温30min后将中间合金加入并搅拌，保温30min并每隔10min搅拌一次，浇铸温度控制在350℃，浇铸到提前预热过的钢制模具中。为了防止氧化，整个过程在KCl-LiCl熔盐的覆盖下进行。方法二在真空石墨坩埚电阻炉中制备无铅焊料，将所配比原料放入石墨坩埚中，对电阻炉进行抽真空处理并通入一定量的氩气作为保护气体，将加热温度设定在500℃并长时间保温（5-6小时），期间每隔一段时间搅拌一次，浇铸到电阻炉自带模具中成型。该课题所研制的稀土微合金化锡基无铅焊料的产品（中温、低温两个系列）技术指标交达到相应产品的先进技术指标：中温系列：Sn-9Zn-2Cu-0.025Ce焊料合金的熔点较为接近Sn-Pb共晶焊料，合金抗拉强度为49.6MPa，延伸率达到51%，导电率为14.9%IACS，都以符合技术指标要求。但合金的剪切强度为26MPa，润湿性为60.26%，与要求技术指标还有一定的差距。稀土微合金化低温无铅焊料产品，合金抗拉强度≥10MPa，85℃下的执导率0.30W/cm，膨胀系数（20℃）≤25ppm/℃。低温系列：Sn-8.5Zn-0.1Cr-0.05Nd焊料合金的合金抗拉强度为36.2MPa，85℃下的热导率为0.42W/cm，都符合技术指标要求。但膨胀系数（20℃）为29.2ppm/℃。在国际、国内学术期刊发表17篇左右高质量的论文。