《低温钎料强韧化关键技术及应用》

低温钎料是钎焊材料的重要组成部分。传统低温钎料钎焊接头强韧性储备不足,已严重制约国内制造业向高端化、品牌化、绿色化转型升级,高强韧低温钎焊材料的制造难题亟待解决。项目面向电力电子、新一代信息技术、航空航天装备等重点领域,围绕电子封装、卫星部件、电力器件、高强钢、金刚石等新材料、新功能部件的钎焊连接开展高强韧的低温钎料研发工作,创新提出新型钎焊材料强韧化方法,攻克相应的制造难题,成功开发出系列低温高强韧钎料。项目取得的成果破解低温钎料可靠性差、强韧化程度低的行业难题,支撑国内的新材料产业技术发展,保障国内重大工程建设,推动行业技术进步。取得的创新成果如下:

(1)开发低温高强Zn-Al、Sn-Zn钎料,形成系列产品。通过多元合金化、异质表面偏聚形核技术,实现Zn-Al、Sn-Zn钎料组织和性能的定向调控。添加Ag、Cu、Ni、Ti、Zr、Mn、Si、Sr、P和RE等元素,定向调控Zn-Al钎料组织和性能,提高钎焊接头强度。添加Cu、Ga、Nd等元素,优化Sn-Zn钎料成分,制备出多种Sn-58Zn-Cu,Sn-9Zn-Ga-Nd钎料。与传统Zn-2Al钎料相比,项目开发的Zn-Al钎料,钎焊铜铝接头强度提高17%。开发的Sn-Zn钎料,较传统Sn-Zn钎料钎焊铜铝接头强度提升20%。

(2)揭示纳米颗粒对SnAgCu/Cu焊点界面行为与性能影响机制,提出纳米颗粒弥散强化设计复合钎料的方法;开发出系列纳米颗粒弥散增强SnAgCu无铅钎料,应用于电力、电子等行业。在Sn3.8Ag0.7Cu钎料中添加纳米Al、纳米La2O3和纳米TiO2等颗粒,制备纳米增强SnAgCu钎料。通过纳米颗粒的形核质点作用和相表面偏聚作用,增加基体组织和界面化合物形核率,抑制基体组织和界面化合物粗化,提高了焊点连接强度。纳米颗粒或细小化合物钉扎位错,增加位错运动阻力,提高电子器件抗热疲劳、抗蠕变能力。项目开发的纳米颗粒增强SnAgCu钎料性能优于传统SnPb钎料。

(3)发明微区冶金、成分重构的钎料性能提升方法,开发层状复合钎料、药芯复合钎料制备技术,攻克低温高强银钎料、铜钎料制备难题,实现了该类钎料的工业化生产。

开发层状复合技术,合成Sn含量为6%-12%的低温高强AgCuZnSn钎料。开发药芯钎料制备技术,制备AgCuZnSn-Ga、AgCuZnSn-P、AgCuZnSn-In-P等系列低温高强银钎料。制备铜磷锡药芯钎焊丝,克服传统制备技术中高磷铜磷锡焊丝难加工的难题。项目开发的系列低温高强银钎料,用于铜与铜、铜与铜钨,钢与硬质合金、钢与聚晶金刚石等的钎焊连接,有效提升钎焊接头性能。

项目解决了低温钎料钎焊接头强韧化不足的行业难题,取得了一批具有自主知识产权的核心技术,授权专利17件,其中发明专利12件;发表论文39篇,培养研究生16人,技术骨干15人。项目成果应用于电子、电力、超硬工具、轨道交通、武器装备等行业,近三年实现产值1.5亿元。项目组开发的低温高强钎料,助力中国钎焊行业的转型升级,积极推动中国制造业的创新发展和质量提升。

成果说明

项目自实施以来,项目成果推广应用日趋广泛。成果已应用于北京卫星制造厂的卫星冷管、上海航天控制技术研究所的卫星动量轮壳体、中铁装备的盾构机传感器、江钻股份的金刚石油钻头等关键部件的低温高强连接。并应用于电力、电子、超硬工具、轨道交通、武器装备、航空、航天等领域,近三年实现产值1.5亿元,项目单位已具备年产100吨低温强韧钎料的生产能力,生产的低温高强钎料在国内100余家单位进行了多年稳定应用,获得了大量用户好评。我们致力于建设成为全国重要的低温强韧钎料产业基地,拉动河南省相关产业发展,促进区域经济转型升级。

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