焊料合金的润湿性分析.docx
东南大学材料科学与工程实验报告学生姓名XXXXX班级学号XXXXX实验日批改教师课程名称材料性能测试m批改日期实验名称焊料合金的金属润湿性能分析实验报告成绩小组成员XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX一、实验目的1、通过对焊料合金进行润湿性能的实验分析，了解金属熔体在固态金属外表的润湿原理，掌握铺展性测试方法。2、通过不同的铺展实验，了解影响合金润湿性的因素。二、实验原理及方法1、润湿性的表征将夜体制与固体外表上，液相外表与固相外表的接触界面处，形成相对的面间角，称之为接触角，如图1所示。接触角。定义为:在固、液、气三相交界处，气液相界面与固液相界面之间的夹角。图中所示为各项界面的剖面图，接触角以相界面切线的夹角表示。O=I时，为完全润湿；当0<。丸/2时，呈一般润湿；n2<e<n时为不润湿状态。在没有界面化学反响的条件下其平衡形状取决于固体外表能，液体外表能以及固液界面能孩子之间的平衡关系。当系统到达平衡时，总界面能最小。接触角与界面能的关系，可通过热力学中自由能最小原理得到。Young和Dupre用数学表达式建立了接触角与界面能之间的关系公式：-+COSe=O(1)/si/w/Iv为固液界面能；为固/气界面能，及固体自由外表的外表能；Y八为液/气界面能，即液体外表能；即COSe=乙一(2)九由于物质外表有自动收缩以减小体系能量的趋势，这种趋势可看作外表(或界面)分子相互吸引的结果，因此系统到达平衡也可以看作外表或界面)张力相互作用到达力学平衡。且外表能与外表张力的量纲相同，数值相等，因此接触角与各种表(界)面张力的关系也可以采用Young-Dupre公式表示:COSe=Cr(Th2、铺展性测试方法铺展法是基底材料(纯铜板)放置好焊料试样和助焊剂，加热一段时间使其熔化，测量得到焊料的铺展面积或铺展率，以此评价焊料的润湿性。日本行业标准JIS-Z3198-3根据焊料铺展且凝固后形成的焊点形状，通过计算铺展系数SR来衡量焊料的润湿性能。D-HS=×100%(2-4)DRD式中：SP为铺展率H为铺展后焊料的高度(mm)；D为将试验所用焊料看作球体时的直径1mm)；焊料在基底材料上的润湿性越好，铺展后的面积越大，而铺展后焊料的高度H就越小。由上式可以看出，H减小，铺展率SR增大。3、实验设备及材料(1)实验材料：将浇注成一定形状的焊料合金Sn-42Bi-3Zn用锯条锯成较为均匀的粉末状，然后取O.3g粉末在装有松香的圻烟里融成小球；(2)实验设备：创美恒温预热平台(CM198)三、实验结果及分析1 .焊料合金Sn-42Bi-3Zn和Sn-37Pb在纯铜板上铺展后凝固形成的焊点形状如下列图所示：图2从图中可粗略看出，Sn-37Pb的铺展更充分，说明纯Sn的润湿性能较合金Sn-42Bi-3Zn好。而Sn-42Bi-3Zn和Sn-10Pb-2.5Cu的铺展率看起来是Sn-10Pb-2.5Cu的更好，所以需要通过计算来验证。2 .实验测得的相关数据如下表所示：注：本小组的样品为Sn-42Bi-3Zn,1号试样。SnTOPb-2.5CU为第五组试样，只参与计算比拟，不进行剩余的分析工作。样品密度(g/cm3)质量(g)小球直径D(mm)铜板高度HKnun)铜板和焊点总高度H2(m焊点高度平均值II2-H1(mm)铺展率SRSn-37Pb8.38940.3024.0960.301.080.7470.8180.301.040.321.04Sn-42Bi-3Zn8.34520.3034.1080.301.581.2670.6920.321.580.301.56SnTOPb-2.5Cu7.27850.3024.2950.362.041.6600.6140.382.020.382.04根据公式SKdh×100% 分别计算 Sn-37Pb 铺展系数 SR 1 和 Sn-42Bi-3Zn 铺展系数 S/?2, Sn-IoPb-2. 5Cu 的铺 D展系数S3,结果如上表所示。由所求得的铺展系数比拟可知，SR1>S"2>Sa3,所以Sn-37Pb的铺展性比Sn-42Bi-3Zn要好，Sn-IOPb-2.5Cu的铺展性最小。3、Sn-Pb焊料在以前用的比拟广泛就是因为它具有良好的润湿性，这一点由图二就可以看出来，但是后来SLPb焊料被其他焊料取代的原因就是Sn-Pb焊料具有毒性，对人体有伤害。4、Sn-42Bi-3Zn合金焊料由于参加了Bi使得润湿性大大提升。SrZrBi焊料是目前SnHn系焊料中润湿性较好的一种。由于Bi的参加往往能明显降低Sn基合金熔体的外表张力，因此这种元素成为提高SnYn系焊料润湿性的首选。四、建议将本次实验与上次焊料合金的抗氧化性能分析实验相比拟可以发现，Sn-42Bi-3Zn合金虽然润湿性比拟好，但是它的抗氧化性能较差，需要掺一些Al来提高其抗氧化性。五、参考文献1夏志东.锡锌系无铅钎料的性能及其评价D.博士论文,北京：北京工业大学,2002.9【2】付小琴.Sn8Zn3Bi(P,Nd)无铅焊料的组织和性能.硕士论文.南京：东南大学，2006.12
