文档介绍：Cu对Sn-9Zn无铅钎料电化学腐蚀性能的影响
樊志罡, 马海涛, 王来
(大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁,大连,116024,中国,******@dlut.)
摘要: 本试验通过电化学腐蚀试验、SEM和XRD方法分析对Sn-9Zn-xCu无铅钎料在
%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为进行了研究。以研究Cu的添加对Sn9Zn钎料耐蚀性的影响。结果表明,Cu元素的添加使Sn-Zn钎料的腐蚀电位在一定程度上增加,当Cu含量增加到4%(wt.%)后,腐蚀电位不受Cu含量的影响;Cu元素的添加使腐蚀产物的粘附力增加,腐蚀表面相对均匀平整,选择性腐蚀减弱。经XRD检测Sn-9Zn-XCu的腐蚀产物中存在Zn5(OH),随着Cu的增加Zn5(OH),含Cu的腐蚀产物出现。关键词: 无铅钎料; Sn-Zn-Cu; NaCl溶液;电化学腐蚀
[中图分类号]TG 425 1 [文献标识码]A
传统锡铅(SnPb) 钎料的应用已有千年的历史,是目前电子封装互连的主要材料。但是铅及其化合物属于有毒物质, 给人类生活环境和安全带来较大的危害。自美国的反铅议案HR25374 (美国国会) 、S22637 和S2391 (美国参议院) 提出以来, 全世界各种组织、科研机构和公司纷纷推出系列禁用提案、试验评估和环保产品。2003 年2 月13 日, 欧盟公布了《报废电子电气指令》和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》
, 规定2006 年7 月1日后投放市场的电气和电子设备不得含有包括铅等在内的6 种有害物质。在环保要求、市场需求等因素的约束和推动下, 电子封装的无铅化成为学术界和工业界的重大科学技术前沿课题与系统工程问题[1~3] 。
由于铅对人体及环境的危害极大,无铅钎料的研究和应用在世界范围内已受到了极大的重视,国内外在无铅钎料的研究方面也已经取得了有效的成果。目前普遍认为,比较有研究和使用价值的钎料合金系主要有:Sn-Ag系、Sn-Zn系、Sn -Cu系、Sn-Sb系、Sn-Bi系和Sn-In系等[4]。其中, Sn-Zn共晶合金的熔点最接近Sn-Pb共晶合金,钎焊接头强度、塑性及抗蠕变性能等都优于Sn-Pb共晶钎料,且成本低廉[5]。因此,该合金系也被认为是有前途的Sn-Pb钎料替代者之一[6]。然而, Sn-Zn共晶合金的耐腐蚀性,抗氧化性较差,润湿性差阻碍了该系钎料合金的广泛应用。因此,目前Sn-Zn系钎料并没有得到广泛的应用。Mccormack 等[7]报道在Sn-Zn 系合金中加入5 %~10 %的In 可以有效降低熔点和提高钎料的润湿性能。Lin 等[8 , 9]发现加入Al 之后能够提高钎料的抗氧化性, 且在界面处获得的一层化合物能够有效阻止Sn、Cu 过量反应。同时, 一些研究者对添加少量Bi 、Ag 以及稀土元素的组织润湿
[作者简介]:樊志罡(1982~)男硕士研究生
[基金项目]:辽宁省自然科学基金(20041078)
性和界面反应进行了研究和分析[10~16] ; 对添加合金化元素对Sn-Zn 合金的抗腐蚀性也进行了相关研究[17] 。为开发焊膏,Vaynman 等[18]
还对含Zn 钎料的钎剂进行了专门研究。但是以上研究均未能从根本上解决Sn-Zn钎料存在的根本问题。我们的研究表明,Cu的添加能够提高Sn9Zn钎料的润湿性,并明显提高钎料的力学性能[20,21]。但是, Cu元素提高Sn-Zn钎料润湿性的机制并不很清楚,另外Cu的添加对SnZn钎料耐蚀性的影响还没有报道。本研究希望通过电化学腐蚀试验了解Cu的添加对Sn-Zn钎料耐蚀性改善的机制。进而为推动Sn-Zn系钎料的广泛研究和应用提供有益的数据和结果。
本文研究了添加不同含量Cu元素的Sn-9Zn-%NaCl溶液中的腐蚀行为,通过测量电化学极化曲线研究钎料的腐蚀性能,并利用SEM观察其腐蚀形貌,通过XRD分析其成分,初步探讨了Sn-9Zn-xCu无铅钎料的腐蚀状况和腐蚀机理。
试样制备
钎料合金的熔炼过程:合金成分(Sn-9Zn)-xCu, x=0, 2, 4, 6(wt.%)。%的Cu按重量比添加到Sn-9Zn钎料中,然后在氩气保护下的真空炉中熔炼,熔炼温度为600士5℃,保温4h。将熔炼好后合金置于500士3℃的电阻炉中重熔,浇铸成 14mm的圆棒。将所得钎料棒加工成高5mm,直径为14mm的圆柱体,经砂纸打磨至800#,抛光后经***清洗备用。
%的NaCl(质量百分比)溶液备用。
腐蚀实验
利用M342电化学测试系统,分别