表1。1 部分无铅钎料的组成成分及熔点及元素产量
合金系列 组成成分(wt。%) 熔化温度Tm(℃) 添加元素产量
Sn-Pb 63Sn-37Pb 183 大量
Sn-Ag 96。5Sn-3。5Ag 221 有限
Sn-Cu 99。3Sn-0。7Cu 227 大量
Sn-Zn 91Sn-9Zn 199 大量
Sn-Ag-Cu 93。6Sn-4。7Ag-1。7Cu 216 ~
Sn-In 58Sn-42In 211 很少
Sn-Bi 43Sn-57Bi 139 有限
Sn-Sb 95Sn-5Sb 245 大量
与Sn-Pb系钎料相比,Sn-Zn系钎料的另外一个优势是成本低,除去由于熔化温度和铅相接近而节省更换设备和工艺所需的成本,同时,Zn元素的产量相对较高,因此其价格也相对较低。虽然也有学者希望通过降低Sn-Ag-Cu中的Ag的比例来降低生产Sn-Ag-Cu钎料所需要的成本,但这种方法目前并不成熟,无法立即投入生产应用。论文网
(2)力学性能优良
表1。2所示的为Sn-Pb、Sn-3。5Ag、Sn-9Zn三种无铅钎料的抗拉强度、剪切强度以及延伸率三种性能的对比。通过表中三种钎料性能数据的对比可知,与其他两种钎料相比,Sn-9Zn钎料具有较好的抗拉强度和抗剪强度,其延伸率与Sn-3。5Ag也十分接近。
表1。2 三种典型钎料的性能对比
合金系列 抗拉强度/MPa 抗剪强度/MPa 延伸率(wt。%)
Sn-37Pb 31~46 28。4 35~176
Sn-3。5Ag 55 32。1 35
Sn-9Zn 62 47 32
1。2。2 Sn-Zn系无铅钎料在应用过程中的问题
尽管Sn-Zn系钎料具有和Sn-Pb系钎料相近似的熔点,还具有低廉的成本低和优良的力学性能,是当前最有发展前景的合金之一,但其润湿性能差,且已被氧化和耐蚀,导致其在实际生产中的应用受到限制。
由于Zn的化学性质较活泼,焊接过程中Zn会聚集在熔融钎料的表面,又因为Zn较大的表面张力使得钎料的表面张力也变大,从而恶化了Sn-Zn钎料的湿润性能;其次,Zn易与氧产生氧化反应并生成结构疏松的氧化物,导致焊接时产生大量的氧化渣,使得熔融钎料的的流动性降低,钎料与基板的接触被阻碍,加剧了钎料润湿性能的恶化。如表1。3所示,可以得知在保护气下焊接时各钎料的表面张力大小。从表中不难看出,和其他无铅钎料相比,Sn-Zn钎料的表面张力明显较大,且在不同保护气氛下其表面张力大小不一致,无氧状况下钎料的表面张力更小说明Zn的氧化会对钎料的润湿性能产生较大的影响。