焊料成分、性能分析

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1、焊料成分、性能分析（1）?杭州辛達(dá)狼焊接科技有限公司??王大勇1.??????焊料焊料是釬焊用材料，已有4000余年的使用歷史，其熔點比被焊母材低。釬焊過程中將焊料加熱到高于焊料熔點，而低于母材熔點的溫度，焊料熔化后填充接頭間隙并與母材發(fā)生冶金作用，從而實現(xiàn)材料的連接。用焊料焊接材料具有靈活、簡單、不需大的設(shè)備投資等優(yōu)點，在電氣工程材料領(lǐng)域占據(jù)極為重要的地位。焊料的種類較多，根據(jù)熔點可分為軟焊料和硬焊料兩大類。通常將熔點低于450℃的焊料稱為軟焊料，而熔點高于450℃的焊料稱為硬焊料。電氣工程用軟焊料包括錫鉛、錫基無鉛、金基、銦基、鉍基和鋅基焊料等；所用硬焊料包括銀基和銅基焊

2、料等。?1.1焊料型號和牌號的表示方法1.1.1焊料的型號GB/T6208-1995《焊料型號表示方法》規(guī)定，焊料的型號由兩部分構(gòu)成：第一部分用大寫字母來表示焊料的類型，“S”表示軟焊料，“B”表示硬焊料；第二部分合金主元素符號構(gòu)成，且每個型號最多只能標(biāo)出六個元素符號。型號表示方法及示例如下：1.1.2焊料的牌號原機(jī)械工業(yè)部編寫的《焊接材料產(chǎn)品樣本》規(guī)定，焊料牌號由三部分構(gòu)成：（1）????字母“HL”表示焊料；（2）????牌號的第1位數(shù)字表示焊料的化學(xué)組成類型，見表4.7-1；（3）????牌號的第2、3位數(shù)字表示同一類焊料的不同牌號。牌號表示方法示例如下：表4.7-1?

3、焊料牌號中第1位數(shù)字的含義牌號化學(xué)組成類型?牌號化學(xué)組成類型HL1××銅鋅合金HL5××鋅合金HL2××銅磷合金HL6××錫鉛合金HL3××銀合金HL7××鎳基合金HL4××鋁合金???1.2焊料的選用原則焊料的種類較多，其選用主要遵循以下原則：（1）????主成分盡量與母材主成分相同，焊料的成分與母材相同，釬焊時具有良好的潤濕性。（2）????熔點合適，即焊料的液相線溫度要低于母材固相線溫度至少40-50℃（3）????焊料中的某一重要組元應(yīng)能與母材產(chǎn)生液態(tài)互溶，從而能形成牢固的結(jié)合。但焊料與母材間的相互作用應(yīng)盡可能避免形成脆性金屬間化合物，避免因母材的過分溶解而導(dǎo)致溶蝕。

4、（4）????焊料與母材的主成分在元素周期表中的位置應(yīng)盡量靠近，這樣的焊料引起的電化學(xué)腐蝕較小，即接頭的抗腐蝕性好。（5）????焊料與母材間的熱膨脹系數(shù)要匹配，如果二者熱膨脹系數(shù)相差較大，則焊料/母材的界面處易形成殘余應(yīng)力集中，將嚴(yán)重弱化焊點的熱疲勞性能。（6）????焊料與釬焊方法相匹配。不同的釬焊方法對焊料的要求不同，如真空釬焊時，焊料中應(yīng)不含有蒸汽壓高的合金元素，以避免污染真空系統(tǒng)。（7）????在釬焊溫度下，焊料的主要成分應(yīng)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，即具有較低的蒸汽壓和低的氧化性，以免釬焊過程中焊料成分發(fā)生改變。（8）????滿足使用要求，即獲得的釬焊接頭的力學(xué)性能（強(qiáng)

5、度、塑性等）和物理化學(xué)性能（導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗氧化和耐腐蝕等）能滿足被焊件的工作狀態(tài)要求。（9）????生產(chǎn)成本低。1.3電氣工程常用焊料1.3.1錫鉛焊料錫鉛焊料熔點低、耐腐蝕性好，對銅、銅合金和鋼潤濕性好，廣泛應(yīng)用于電氣零部件、元件及引線連接以及普通端子和印刷電路板的連接等方面。雖然無鉛封裝和組裝已經(jīng)是大勢所趨，但在一些特定領(lǐng)域尚沒有開發(fā)出合適的無鉛焊料，如服務(wù)器、存儲器、微處理器以及針型壓接連接器等方面使用的高熔點、高鉛含量的錫鉛焊料無法用無鉛焊料進(jìn)行替代，仍然在歐盟指令和我國指令的豁免條款之內(nèi)。因而，錫鉛焊料的使用量雖然在逐年遞減，但目前仍有較大的應(yīng)用價值和使用范圍，本文

6、仍然對其進(jìn)行了詳述介紹。錫鉛合金共晶成分中鉛的質(zhì)量份數(shù)為38.1%，共晶溫度為183℃，圖4.7-1為Sn－Pb二元合金相圖。表4.7-2列出了常用錫鉛焊料的化學(xué)成份和部分物理、力學(xué)性能。根據(jù)接頭或焊點的電氣性能、力學(xué)性能要求，工作溫度在150℃以下的選用高錫的錫鉛焊料，工作溫度在200℃以上的選用高鉛焊料。釬焊通信電纜用鉛被覆護(hù)套時，為使作業(yè)時間充裕，應(yīng)使用35％-40%Sn的錫鉛焊料；電器接線用的軟焊料，要求焊點隆起，應(yīng)選用50%Sn左右的焊料。圖4.7-2給出了錫鉛焊料密度、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和延伸率等性能隨鉛含量的變化。由圖可見，鉛含量增加，錫鉛焊料的

7、密度增大，而熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率卻迅速降低。強(qiáng)度和延伸率均出現(xiàn)峰值，強(qiáng)度的峰值出現(xiàn)在鉛含量為20％左右時，延伸率峰值出現(xiàn)在鉛含量為67％和80％左右。錫鉛焊料中加入銻，可提高焊料的抗氧化性，并提高接頭熱穩(wěn)定性能；加入銀可細(xì)化晶粒并提高耐蝕性。表4.7-3為添加微量合金元素的錫鉛焊料的化學(xué)成份、性能和應(yīng)用領(lǐng)域。采用Sn－Pb焊料釬焊不同母材時的接頭強(qiáng)度見表4.7-4。表4.7-5~表4.7-7分別列出了Sn－Pb焊料在不同工作溫度下的力學(xué)性能。圖4.7-1錫鉛二元合金相圖表4.7-2Sn－Pb焊料的化學(xué)成份及性