ni元素对sn-cu无铅焊料性能的影响_毕业设计论文(编辑修改稿)

ni元素对sn-cu无铅焊料性能的影响_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

实验设计与过程 实验准备工作 实验指导思想 实验的主要目的是选择 共晶合金作为焊料的基础成分，添加不同质量分数的 Ni 元素，研究对焊料显微组织、显微硬度、熔化特性、物相及合金成分等的影响。 通过金相显微镜观察，显微硬度测试， 差示扫描量热仪测量 、 XRD 和电子探针分析，通过实验对比，了解各种成分配比下的合金焊料性能，分析 Ni 元素的添加对 SnCu 无铅焊料性能的影响，并得出性能最优良的成分配比焊料。 合金成分设计 表 为实验所 用合金配比质量 表 实验所用合金配比质量（ %） 编号 Sn Cu Ni 1 0 2 3 4 5 6 1 综合考虑无铅焊料的熔点、润湿性、可靠性、成本等因素，选择 共晶合金作为焊料的基础成分，添加不同质量分数的 Ni元素，研究对焊料熔点、微观组织、硬度等的影响。 设计实验的六组配比方案如表。 山东科技大学学士学位论文 实验 设计与过程 10 其中。 Ni元素的 添加量分别为 0%、 %、 %、 %、%、 1%， Cu的含量为 %，其余为 Sn。 确定每组试样的总质量为 20g，计算得各成分的质量。 用电子天平分别称量六组试样 置于试样袋中并标号。 实验材料与仪器 实验材料 实验所用的 材料 如表 所示： 表 实验用药品成分 药品 密度 熔点 纯度 Sn 粒 Kg/dm3 ℃ % Cu 片 ℃ % Ni 粉 Na Cl 粉末 801℃ % KCL 粉末 770℃ % 此外所用腐蚀液为 4%的硝酸酒精腐蚀溶液。 实验仪器 实验 所选用的实验仪器如下所示： （ 1）电子数显天平（最小刻度为 克） （ 2） 陶瓷坩埚 （ 3） 箱式电阻炉 (型号 SX310，功率 3Kw，炉膛尺寸 215150100mm，最高温度 1000℃ ) （ 4） 金相试样镶嵌机 (型号 XQ1,加热器： 220v,650w) （ 5） 金相抛光机（ GPV－ 1 变频调速抛光机，额定电压 220V，功率山东科技大学学士学位论文 实验 设计与过程 11 180W） （ 6） XJL01 立式金相显微镜 (230V~ 50/60HZ) （ 7） 显微硬度计（ FM700/SVDM4R 型数显显微硬度计，上海材料试验机厂制造） （ 8）差式扫描量热仪（型号 DSC1，温度范围： 150700℃ ） （ 9） X 射线衍射仪（型号 D/Max2500PC） （ 10） 电子探针（型号 JXA8230) 实验步骤 合金成分的确定与药品的称量配比 依照设计， Ni 元素的添加量分别为 0%、 %、 %、 %、 %、1%， Cu 的含量为 %，其余为 Sn。 确定每组试样的 总质量为 20g，计算得各成分的质量。 用电子天平分别称量六组试样。 并放于试样袋中并做好标号。 合金试样的熔炼 根据合金元素的熔点选择熔炼温度。 Sn的熔点是 ℃， Ni的熔点是1453℃， Cu的熔点是 ℃。 由于 Ni粉和 Cu片的量较少，所以熔炼的温度选择为 1000℃。 将约占坩埚体积三分之一的氯化钠和氯化钾按 1:1混合均匀，放入坩埚中随炉进行升温到 1000℃，保温 20分钟左右。 待熔盐全部融化后，取出坩埚，将混合好的金属 药品 加入，这样合金一开始就处于熔盐的保护下，防止氧化烧损。 在 1000℃左右的温度下继续保温一小时左右，并每隔 20分钟将熔融药品搅拌均匀，保证合金成分均匀。 一个小时后取出坩埚空冷，待覆盖剂表面出现微盐粒后迅速扒渣。 在取出合金的过程中应当小心注意，山东科技大学学士学位论文 实验 设计与过程 12 以防止弄坏坩埚，使之破裂。 合金金相试样的制备 将冷却完全的金属从坩埚中取出，清洗掉金属表面的盐。 将熔炼得到的焊料合金进行切割，大小合适以便于镶嵌。 先用粗砂纸将要观察的面粗略磨平，用 XQ1 型号镶嵌机镶嵌试样。 第一步：接通电源，设定的温度为 125℃ ，加热器开始加热，当加热到125℃ 并稳定时将需要 镶嵌的试样放在下模上，逆时针转动手轮，使下模下降至极限位置。 第二步：在钢模套腔内加入填料，放入上模，合上盖板，旋紧八角旋钮，顺时针转动手轮，使下模上升到压力指示灯亮，恒温一定时间，使试样成型。 第三步：试样成型后，逆时针转动手轮使下模下降，松开八角旋钮和盖板，再顺时针转动手轮，便可以顶出试样。 第四步：使用完毕后，擦净钢套筒、内腔和上下模，关闭电源。 镶嵌 完毕后待金相试样冷却后对其进行打磨、抛光、腐蚀处理。 打磨试样时，由于试样材料较软，应尽量轻，注意力度的把握，依次使用 6001200 的水砂纸，逐步打磨光滑使得划痕尽量最少。 打磨完，对试样进行抛光， 目的是消除细磨时的细微磨痕，使磨面成光亮无疵的镜面，抛光质量将直接影响到金相检验的结果。 由于试样主要成分为 Sn，硬度较低，所以不宜用抛光液，而应该用清水抛光， 最后应在抛光盘的中心精抛 ， 抛光时试样要不停的转动。 抛光后用清水清洗，用热风机吹干，再用 5%硝酸酒精溶液 进行腐蚀 ，待试样表面改变颜色后用清水冲洗，并在表面滴上酒精用吹风机吹干。 化学腐蚀的原理 ：利用试剂对金属试样中各相或组织的浸蚀速度或着色能力山东科技大学学士学位论文 实验 设计与过程 13 的不同，在抛光面上呈现出高低不平 的谷峰及色泽的差异，在可见光的垂直照射下，对光线的吸收和反射不同，从而显示出各种明暗不同的组织来。 显微组织、物相、成分分析 （一）、金相显微组织分析 在金相显微镜下对制备好的金相试样 进行金相观察，金相显微镜主要用于鉴定和分析金属内部结构组织。 对 试样分别拍摄金相照片， 5， 10，20， 50 四 个倍数。 保存照片等待分析。 （二）、 XRD 物相分析 对试样进行 XRD 衍射分析以 获得晶体点阵类型，点阵常数，晶体取向及应力等一系列有关材料结构的信息。 本实验的角度为 20~100176。 XRD 原理： X 射线是 原子 内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主要有连续 X 射线和特征 X 射线两种。 晶体可被用作 X 光的光栅，这些很大数目的原子或离子 /分子所产生的 相干散射 将会发生 光的干涉 作用 ， 从而影响 散射的 X 射线的强度增强或减弱， 由于大量原子 散射波的叠加，互相干涉而产生最大强度的光束称为 X 射线的衍射线。 图 图为布拉格衍射示意图。 如果 满足衍射条件，可应用布拉格公式：2dsinθ=nλ 应用已知 波长 的 X 射线来测量 θ 角，从而计算出晶面间距 d，这是用于 X山东科技大学学士学位论文 实验 设计与过程 14 射线结构分 析；另一个是应用已知 d 的晶体来测量 θ 角，从而计算出特征 X射线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素。 （三）、电子探针成分分析 通过电子探针分析试样显微组织对应的元素成分。 电子探针（ Electronmicroprobeanalysis） 利用经过 加速 和聚焦的极窄的电子束为 探针 ，激发试样中某一微小区域，使其发出特征 X 射线，测定该 X 射线的波长和强度，即可对该微区的元素作定性或 定量分析。 电子探针有三种基本工作方式：点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析，以及对其中所含元素进行定量分析；线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；面分析用于观察元素在选定微区内浓度分布。 记录各次分析结果，等待进一步分析。 显微硬度、熔化特性分析 （一）、 LCD 显微硬度测试 对合金试样进行显微硬度测试，步骤如下： 第一步： 转动试验力变换手轮，使试验力符合选择要求。 旋转 试验力变换手轮时，应小心缓慢地进行，防止过快产生冲击。 第二步：打开电源开关，指示灯及光源灯亮， LCD 屏上显示此时试验力变换手轮所指示的试验力。 第三步：转动物镜、压头转换手柄，使 40X 物镜处于主体前方位置。 第四步：将标准试块或试样安放在试台上，转动旋轮使试台上升。 眼睛接近测微目镜观察。 当试样离物镜下端 2～ 3mm 时，在目镜的视场中心出现明亮光斑，说明聚焦面即将来到，此时应缓慢微量上升，直至在目镜中观察到试块或试样表面的清晰成像，这时聚焦过程完成。 第五步：如果在目镜中观察到 的成像呈模糊状或一半清晰一半模糊，山东科技大学学士学位论文 实验 设计与过程 15 则说明光源中心偏离系统光路中心，需调节灯泡的中心位置。 如果视场太暗或太亮可通过操作面板上的软键调节光源强弱。 第六步：如果想观察试块或试样上的较大视场范围，可将物镜压头转换手柄逆时针转至主体前方，此时，光学系统总放大倍率为 100X，处于观察状态。 当转换 10X 和 40X 物镜时聚焦面有微量变化，可微调升降丝杆进行聚焦。 第七步：将转换手柄逆时针转动，使压头主轴处于主体前方，此时压头顶尖与聚焦好的平面之间间隙约为 ～。 当测量不规则的试样时要小心，防止压 头碰及试样，损坏压头。 第八步：按下操作面板上的 [START]键，此时加试验力， [LOADING] LED 指示灯亮。 第九步：试验力保持阶段时，延时 [DWELL]LED 亮，此时 LCD 屏上 T按所选择时间倒计数，延时时间到，试验力卸除，卸试验力(UNLOADING)LED 亮。 在 LED 未灭前，不要转动压头测量转换手柄，否则会影响压痕测量精度，甚至损坏仪器。 第十步：将转换手柄顺时针转动，使 40X 物镜处于主体前方，这时就可在测微目镜中测量对角线长度。 第十一步：先将测微目镜右边的鼓轮 顺时针旋转，使目镜内观察到的两刻线相近移动。 当两刻线边缘相近时，透光缝隙逐渐减少，当两刻线间处于无光隙的临界状态时，按下 [CL]键清零。 第十二步：转动左侧鼓轮使鼓轮左边刻线对准压痕一角，再转动右侧鼓轮，两刻线分离，使右侧刻线对准压痕另一角。 当刻线对准压痕对角线无误时，就按下测微目镜下方的按钮输入，并在显示屏的 D1 后显示。 第十三步：当右侧鼓轮转动时， LCD 屏上 D1 后的数字闪烁，表示结果还未输入，当结果输入后就不再闪烁，光标转入 D2。 按上述要求，再次山东科技大学学士学位论文 实验 设计与过程 16 测定另一对角线长度。 此时 LCD 屏 HV 硬度值 就同时显示。 注 : 压痕会由于样品的表面粗糙不平或平整度差异或多或少地发生变形，所以测量对角线应在两个垂直方向上进行，取其算术平均值 第十四步：本次测量完成后，才能进行下一次试验。 如果本次测量结果不满意，可重复进行测量或按 [SPECI]、 [RESET]复位键重新进行试验。 第十五步：当 LCD 屏显示测量次数 N≥ 1 时，可按 [SPECI]、 [PRI]打印键，测试结果从打印机中打印输出，第一次试验结果 (N=O)不予打印。 分别记录下每次测试的硬度值，等待分析。 （二）、 DSC 熔化特性测试 差示扫描量热法 (DSC)是在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。 当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差Δ T 时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时则使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差Δ T 消失为止。 差示扫描量热仪 测量的是与材料内部热转变相关的温度、热流的关系，应用范围非常广，特别是材料的研发、性能检测与质量控制 ，我们主要用以测量合金试样的熔 化特性。 山东科技大学学士学位论文 实验结果分析与讨论 17 3 实验结果分析与讨论 实验结果分析 金相显微组织分析 实验所得的金相显微组织照片如图 (a) (b) 100mm 100mm 山东科技大学学士学位论文 实验结果分析与讨论。