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无铅锡膏锡银铜合金成分比例探讨分析

常用于无铅,SnAgCu合金*广泛的应用范围、银和铜替代部分铅在含铅焊锡膏
在一个SnAgCu合金系统、锡和二次元素(银、铜)是决定应用程序之间的冶金反应温度、固化机理和机械刚度的主要因素。
根据二元相图,有三个可能的三个元素之间的二元共晶反应。
一个银、锡锡之间反应在221°C形成矩阵相共晶结构和结合ε金属相(Ag3Sn)。
铜和锡锡反应在227°C形成矩阵相的共晶结构和埃塔金属间化合物阶段(Cu6Sn5)。
银也可以反应在779°C与铜形成富银α和富铜相共晶合金。
在目前的研究中,然而,锡/银/铜三重复合固化温度测量,在779°C没有发现相移。
这可能是银和铜直接反应在三重化合物。
和在动态温度更适合银或铜和锡的反应,以形成Ag3Sn或Cu6Sn5金属间化合物。
因此,锡/银/铜三重反应可以预期从矩阵阶段和化学结合ε金属相(Ag3Sn)和埃塔金属间化合物阶段(Cu6Sn5)。
和双相系统的锡和锡/银/铜,已经确认是相对硬Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的基础上锡锡/银/铜三元合金,可以通过建立一个长期的,内部应力强化合金有效。
这些硬颗粒能有效阻止疲劳裂纹的传播。
Ag3Sn和形成Cu6Sn5粒子分离相对小锡矩阵谷物。
Ag3Sn和Cu6Sn5粒子很小,锡能有效分离基体晶粒,其结果是获得更多的小微企业作为一个整体。
这有助于晶界滑动机制,从而提升温度疲劳寿命延长。
虽然银和铜在合金设计中的特定配方对得到合金的机械性能是关键的,但发现熔化温度对0.5~3.0%的铜和3.0~4.7%的银的含量变化并不敏感。
  机械性能对银和铜含量的相互关系分别作如下总结2:当银的含量为大约3.0~3.1%时,屈服刚度和抗拉刚度两者都随铜的含量增加到大约1.5%,而几乎成线性的增加。超过1.5%的铜,屈服刚度会减低,但合金的抗拉刚度保持稳定。整体的合金塑性对0.5~1.5%的铜是高的,然后随着铜的进一步增加而降低。对于银的含量(0.5~1.7%范围的铜),屈服刚度和抗拉刚度两者都随银的含量增加到4.1%,而几乎成线性的增加,但是塑性减少。   
  在3.0~3.1%的银时,疲劳寿命在1.5%的铜时达到*大。发现银的含量从3.0%增加到更高的水平(达4.7%)对机械性能没有任何的提高。当铜和银两者都配制较高时,塑性受到损害,如96.3Sn/4.7Ag/1.7Cu。 
  *佳合金成分  
  合金95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu被认为是*佳的。其良好的性能是细小的微组织形成的结果,微组织给予高的疲劳寿命和塑性。对于0.5~0.7%铜的焊锡合金,任何高于大约3%的含银量都将增加Ag3Sn的粒子体积分数,从而得到更高的刚度。可是,它不会再增加疲劳寿命,可能由于较大的Ag3Sn粒子形成。在较高的含铜量(1~1.7%Cu)时,较大的Ag3Sn粒子可能可能超过较高的Ag3Sn粒子体积分数的影响,造成疲劳寿命降低。当铜超过1.5%(3~3.1%Ag),Cu6Sn5粒子体积分数也会增加。可是,刚度和疲劳寿命不会随铜而进一步增加。在锡/银/铜三重系统中,1.5%的铜(3~3.1%Ag)*有效地产生适当数量的、*细小的微组织尺寸的Cu6Sn5粒子,从而达到*高的疲劳寿命、刚度和塑性。  
  据报道,合金93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu是217°C温度的三重共晶合金3。可是,在冷却曲线测量中,这种合金成分没有观察到**熔化温度。而得到一个小的温度范围:216~217°C。  
  这种合金成分提高现时研究中的三重合金成分*高的抗拉刚度,但其塑性远低于63Sn/37Pb。合金95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu比95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu的屈服刚度低。93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的疲劳寿命低于95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu。如果颗粒边界滑动机制主要决定共晶焊锡合金,那么95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu,而不是93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu,应该更靠近真正的共晶特性。  
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