高能球磨制备金锡合金钎料

1、第62卷第1期有色金属Vol162,No112010年2月NonferrousMetalsFebruary.2010高能球磨制备金锡合金钎料陶静梅,朱心昆,李才巨,徐孟春(昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明650093)摘要:采用高能球磨法制备金锡共晶合金钎料,研究球磨后样品的微观组织随球磨时间的演变规律。XRD的检测结果表明,随着球磨时间的延长,球磨后的样品中依次出现相(AuSn2)、相(AuSn)和相(Au5Sn)等金属间化合物,出现顺序与合金化程度密切相关。SEM及EDX的观察结果表明,随着球磨时间的延长,单质Au粉与Sn粉之间实现了充分的合金化,标志粉末处于焊合过程中的河流状变形带的

2、密度逐渐降低,最后趋于消失,组织整体均匀性提高,获得了成分均匀的共晶合金。关键词:金属材料;金锡合金;钎料;高能球磨;机械合金化;金属间化合物中图分类号:TG113112;TG146131;TG146114文献标识码:A文章编号:1001-0211(2010)01-0035-05根据熔化温度的不同,钎料通常可以分为硬钎料(熔点较高)和软钎料(熔点较低)。Pb/Sn系合金钎料是软钎料的代表,通常用于电子封装领域。而硬钎料,如An2Sn系合金钎料,具有高的热稳定性和长期的可靠性,通常用于光电子封装领域1-8。Au2Sn合金相图中包含两个共晶反应,其中富金区的共晶合金(Au-2915%Sn),由于具

3、有相对较低的熔点(280)、低弹性模量、高热导率、高耐蚀性和高接头强度,以及良好的润湿性和漫流性,是最常应用的金锡系合金钎料。富金区金锡合金相图如图1所示10。由于Au和Sn的负电性差别较大(Au的负电性为213,Sn的负电性为118),因而两者之间会形成稳定的金属间化合物。在280,含Sn量为2915%时,发生的共晶反应L+。随着温度降低,在190,含Sn量为1610%时,发生包析反应+10-11。在190以下,尚未发现相的存在,而和均为稳定态,因9图1富金区金锡合金相图10Fig11Gold2richportioninAu2Snphasediagram由相图可知,含Sn量为2915%的Au

4、2Sn共晶合金,其共晶点两边(特别是富金区)具有陡峭的液相线,若合金成分向富金区偏离1%Au,将会导致合金熔点上升约30。因此,对于该共晶成分的金锡合金钎料而言,精确控制合金成分和焊接温度是进行成功焊接的必要条件。传统铸造法制备的该成分的Au2Sn共晶合金,在室温下由相和相组成,呈现极大的脆性,无法用常规成型方法加工成符合使用要求的焊接材料。而目前国内外集中采用的多层复合冷轧制技术,由于难以精确控制Au与Sn的反应量,致使钎焊性能降低。采用高能球磨的方法制备Au22915%Sn共晶合金,为制备金锡共晶钎料提供了新的加工手段,且完全实现了Au2Sn合金的真实化学比。通过研究球磨后混合粉末的组织随球磨时间的演变规律,初步建12-171此该成分的金锡共晶合金在室温条件下,其相组成为相(Au5Sn)和相(AuSn)。(Au5Sn)相为密排六方结构,含Sn量为1617%。相(AuSn)是金属间化合物,熔点为41913,具有NiAs型结构(六方晶系)。相是非化学计量型化合物,Sn在其中的含量为5010%5015%,其化学式可以更精确的表示为1,9-11Au1-xSn(0100x0102)。收稿日期:2007-10-23基金项目: