● 摘要
传统的Sn-Pb钎料由于对人体和环境的危害，使得世界各国纷纷开展无铅钎料的研究。综合考虑无铅钎料的熔点、工艺性、可靠性、成本等因素，Sn-Zn无铅钎料是一种很有潜力的无铅钎料。然而与现行的Sn-Pb钎料相比，由于Zn的活泼性、易氧化，使得钎料的润湿性能差，影响钎焊性能。本文首先以Sn-9Zn为基体钎料，分别加入Bi、Ag、Cu金属元素系统研究了其对钎料的组织、润湿性、力学性能和抗腐蚀性等的影响。结果表明Bi能够降低钎料的熔点，提高钎料的润湿性和剪切强度，但同时使钎料抗拉强度下降，对腐蚀性能影响不大。Sn-Zn-Bi系无铅钎料组织由富Sn相、富Zn相组成，当Bi含量超过2%，有富Bi颗粒出现。Ag能够提高钎料的润湿性、钎料抗腐蚀性和延伸率，但使接头剪切强度略有下降；Sn-Zn-Ag系无铅钎料组织由富Sn相、富Zn相和AgZn3化合物相构成。Cu的加入显著提高钎料的熔点，使得钎料润湿性能恶化，提高了钎料的抗腐蚀性能。Sn-Zn钎料中同时添加Ag、Bi两金属元素。使用正交试验法，研究钎料成分同时变化时润湿面积、剪切强度、腐蚀率的变化规律。3影响因子分别为Ag的质量分数、Bi的质量分数和Zn的质量分数，每个影响因子设定3个水平，进行3因素3水平正交试验。以钎料的润湿面积、剪切强度、腐蚀率作为评价指标，分析试验结果，优化最佳的工艺参数，确定Sn-Zn-Ag-Bi钎料的最优成分是A1B2C2, 即质量分数Sn为91.5%、Zn为5%、Bi为3%、Ag为0.5%。在Sn-Zn钎料中同时添加Cu、Bi两金属元素。研究钎料成分同时变化时润湿面积、腐蚀率的变化规律。通过混料优化设计试验得到钎料润湿面积、腐蚀率回归方程。通过优化得到Sn-Zn-Cu-Bi钎料最优成分，即质量分数Sn为85.7%、Zn为8.5%、Bi为5.4%、Cu为0.4%。关键词：Sn-Zn无铅钎料；润湿性；力学性能；抗腐蚀性；组织；优化设计