稀土元素Pr对Ag30CuZnSn钎料组织和性能影响的研究

银钎料由于其优异的工艺性能而广泛应用于汽车、家电和航空航天等行业,而含镉银钎料更是其中的佼佼者,但由于镉的危害性以及国内外相关法令的颁布,使得无镉银钎料的研发成为了当前热门的话题。本文研究了不同含量Ag和Sn对AgCuZn系钎料性能的影响,并通过对选定的Ag30CuZnSn钎料添加稀土元素Pr,研究了不同含量Pr对Ag30CuZnSn钎料性能的影响。铺展试验结果表明,AgCuZn钎料铺展性能随Ag含量的提高整体呈上升的趋势,2wt.%Sn的加入可以显著提升钎料铺展润湿能力;Ag30CuZnSn钎料中微量稀土元素Pr的加入可以改善铺展能力,当Pr质量分数为0.15wt.%时,钎料在黄/紫铜板上都达到最佳铺展效果,当稀土加入量超过此范围,由于稀土氧化渣的存在钎料铺展性能恶化。铺展温度试验结果表明,随Ag含量的提高,AgCuZn钎料固液相线温度均出现不同幅度下降,2wt.%Sn的加入可以显著降低AgCuZn钎料的固液相温度但同时会增大钎料的固液相温度区间;微量稀土Pr(≤0.3wt.%)的加入对Ag30CuZnSn钎料固液相温度以及固液相温度区间影响较小。钎焊接头力学试验结果表明,除黄铜对接形式外,其它形式的接头的断裂位置均在母材上。对于黄铜对接接头来说,2wt.%Sn的加入可以提高钎料抗拉强度;Ag30CuZnSn中稀土Pr的加入可以提高钎焊接头的抗拉强度,并且随着Pr质量分数的提高,抗拉强度也出现上升趋势,当Pr质量分数为0.15wt.%时,钎料性能最佳,继续增加稀土含量由于稀土相的存在会恶化接头力学性能。分析了钎料的显微金相组织以及焊接接头断口形貌,并结合能谱分析以及XRD,试验结果表明,钎料组织主要由Cu基固溶体、Ag基固溶体以及Cu-Zn化合物组成,Sn主要以固溶形式存在于钎料基体中,稀土Pr主要富集于晶界及其附近,具有净化晶界、细化晶粒作用;稀土Pr的加入使得Ag30CuZnSn钎料中针状组织向颗粒状组织转变,当Pr含量为0.15wt.%时,钎料内部晶粒最为细小、均匀;Ag30CuZnSn钎料断裂属韧性断裂,韧窝小而密集,随稀土Pr的加入,韧窝形状变大变深,显示良好的塑韧性,但Pr添加超过一定程度,韧性断裂转变准解理断裂,断口处出现撕裂棱、硬质颗粒,恶化了接头的力学性能。