《超聲場作用下Sn/Al界面非晶層原位生成機理研究》是依託西南交通大學，由李遠星擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超聲場作用下Sn/Al界面非晶層原位生成機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李遠星
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於相圖中互溶度低的固有限制，Sn/Al等體系的界面結合極弱且接頭耐腐蝕性能差，這些都極大的限制了智慧型材料在電子行業中的封裝及套用。本研究針對此問題提出了超聲場作用下Sn/Al界面非晶層原位生成技術。主要思想是利用超聲場的空化作用產生的空化泡瞬間崩潰的高溫帶來的高冷卻速度（6.6×10^8K/s），在界面層原位生成一層含Al量極高（遠大於溶解度）的非晶層，從而在本質上提高Sn/Al界面連線強度。主要研究超聲振動條件、元素成分條件等在Sn/Al界面非晶層生成過程中的作用及其對非晶層成分及結構的影響規律，進而揭示超聲場作用下非晶原位生成的機理。基於此研究Sn/Al非晶層增強接頭的斷裂行為及強化機制。同時，探索超聲場作用下Sn/Al界面非晶層原位生成技術，創造性的解決了Sn-Al等由互溶度低導致的界面弱連線問題，從而大幅度提高接頭力學性能和耐腐蝕性能，並實現鋁合金的高強度的低溫連線。
結題摘要
鋁合金低溫釺焊時採用的釺料為Sn基低熔點釺料，由於二者晶體結構差異大，在相圖中互溶度低，故而其低溫釺焊時接頭界面強度低一直是限制其套用的技術難題。本課題在Sn與鋁合金的連線中引入超聲場的作用，利用超音波的空化作用產生的瞬間高溫高壓，從而帶來的高冷速，在界面生成一層非晶層，突破了Sn/Al相圖的限制，使得非晶界面中Sn中溶解大量的Al，從而大幅提高接頭的力學性能。同時，研究了界面非晶層生成的必要條件以及釺焊接頭的力學性能以及接頭的強化機制。本課題的研究結果表明，超音波是形成界面非晶的必要因素，而母材中的合金元素，空氣中的氧元素等都不影響非晶層的生成。但是這些因素會影響非晶層的厚度。超聲時間的增長和超聲振幅的增大都會使非晶層的厚度增大，從而提高力學性能。同時研究了不同工藝條件下接頭的微觀組織和力學性能的影響，發現，通過採用Sn-xZn（x=4，9，20）釺料對2024鋁合金的超音波釺焊，實現了接頭抗拉性能比採用純Sn時提高了4倍以上。接頭的抗拉性能由採用純Sn釺料時的34-41 MPa提高到158-189 MPa。獲得了界面強化的接頭。並提出了Sn/Al超音波釺焊界面的強化機制模型。 作為提高釺焊接頭界面強度的方法，該方法不局限於鋁合金的低溫釺焊中，可推廣套用到其他互溶度低體系的金屬的釺焊中，利用超音波的空化作用突破相圖的限制提高界面強度，具有較廣泛的套用前景。
