Ag對Sn0.7Cu0.12Ni焊料性能影響研究

程艷奎　胡洋　宋寧　劉咸超　吳福洲

摘要：以Ag28Cu為中間合金，制備Sn0.7Cu0.12NixAg焊料合金，通過X射線衍射分析，當Ag含量為0.3wt%時，出現了Ag3Sn金屬間化合物相。將焊料在5%濃度的HCl溶液中浸泡腐蝕18天，通過腐蝕速率計算，X射線衍射分析以及掃描電鏡圖表明：添加微量的Ag元素能夠降低Sn0.7Cu0.12Ni焊料的腐蝕速率，提高焊料的抗腐蝕性。

關鍵詞：Sn0.7Cu0.12Ni；密度；X射線衍射；腐蝕速率

考慮到環境保護和人類健康的問題，電子領域無鉛化發展已經取得了一定的成果，研究認為，SnCu基焊料價格便宜、性能良好，是實現無鉛化的可備選的焊料之一，SnCu基焊料中添加微量的Ni元素有利于改善焊料的組織結構，提高其力學性能[13]。Sn0.7Cu0.12Ni焊料具有較低的熔點，較低的熱膨脹系數以及較強的抗腐蝕性能。[4]試驗通過在Sn0.7Cu0.12Ni焊料中添加微量的Ag元素研究焊料的相組成，抗腐蝕性能，進一步優化無鉛化焊料的使用性能。

1 試驗方法

（1）材料制備。

實驗首先制備Ag28Cu合金。通過計算按比例配置Sn、Cu、Ni、Ag28Cu合金。將以上分析純試劑及合金熔煉制備Sn0.7Cu0.12NiXAg合金。實驗采用箱式爐，并將原料置于密閉石英管中，在650℃下熔煉，為了使得合金成分均勻，需反復顛倒石英管3次熔煉。

（2）材料測試。

通過X射線衍射分析焊料的相組成。通過腐蝕浸試法分析焊料的抗腐蝕性能，腐蝕液為5%濃度的HCl溶液，浸泡18天，稱取腐蝕前后焊料的質量，按公式（1）[5]計算腐蝕速率。對腐蝕后樣品進行X射線衍射分析及掃描電鏡分析焊料表面結構。

R=8.76×107（M-Mt）STp（1）

式中M是腐蝕前焊料質量，Mt是腐蝕后焊料質量，S是焊料總表面積，T是焊料浸泡時間，ρ是焊料密度。

2 試驗結果與分析

（1）焊料相組成分析。

圖1所示為Sn0.7Cu0.12NixAg焊料的X射線衍射圖。添加Ag元素含量為0.1wt%、0，2wt%。

時，并未改變焊料的相。當Ag含量為0.3w%時，在37℃出現了Ag3Sn金屬間化合物相。

（2）焊料抗腐蝕性能分析。

圖2為Sn0.7Cu0.12NixAg焊料在腐蝕液中浸泡18天的腐蝕速率圖。由圖可知，添加Ag元素能夠降低焊料的腐蝕速率，焊料抗腐蝕性能得到提高。為進一步研究其影響機制，對腐蝕后的焊料進行了相分析，如圖3所示。由圖可知，焊料的成分發生了明顯的變化，衍射峰較腐蝕之前明顯增多，Sn相在65℃處的衍射峰明顯消失。Ag3Sn金屬間化合物相衍射峰增強。說明焊料在腐蝕過程中，Sn相被腐蝕掉，而焊料添加Ag元素后，Ag與Sn結合形成的金屬間化合物抗腐蝕性能強。這主要是因為Ag3Sn金屬間化合物提高了電極電位，降低了腐蝕電位差。圖4為腐蝕18天后的掃描電鏡圖。未添加Ag時，焊料表面腐蝕沉積較少，呈現出許多樹枝狀結構，當Ag含量為0.1wt%時，焊料表面腐蝕產物富集，呈現出均勻的蜂窩狀結構。進一步添加Ag含量至0.3wt%時，焊料腐蝕產物更加細小，表層更加致密。因此，添加微量的Ag元素能夠提高Sn0.7Cu0.12Ni釬料的抗腐蝕性能。

3 結論

（1）微量Ag元素會改變Sn0.7Cu0.12Ni焊料的相組成，出現Ag3Sn相。

（2）微量Ag元素較明顯降低了Sn0.7Cu0.12Ni焊料的腐蝕速率，提高了釬料的抗腐蝕性能。

參考文獻：

[1]黃琴寶，葛盼盼.銦對 SnCu 釬料合金性能的影響研究[J].鑄造技術，2018，39（6）：13151317.

[2]孫立恒.微量Ni、Re對Sn0.7Cu無鉛釬料性能的影響[D].西安理工大學，2008.

[3]Ventura T，Terzi S，Rappaz M，Dahle A K.Effects of Ni additions，trace elements and solidification kinetics on microstructure formation in Sn0.7Cu solder[J].Acta Materialia，2011，59（10）：41974206.

[4]程艷奎.SnCu基無鉛釬料的制備及其性能研究[D].西南科技大學，2013.

[5]程艷奎，李良峰，徐光亮.微量Ag元素對Sn07Cu0.2Ni釬料性能的影響[J].功能材料，2013，3（44）：384387.

基金項目：四川省教育廳科研項目（18ZB0661）

作者簡介：程艷奎（1987），男，漢族，山西人，碩士，講師，主要研究方向：材料成型及材料加工。