《表2 图8中A、B和C点能谱分析结果Table 2 EDS results of A, B and C points in Fig.8》

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《外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头组织与性能》

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外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊界面IMC平均厚度、粗糙度及接头剪切强度见图7。由图7可知，与传统Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切强度22.0 MPa相比，引入超声、超声-电场外能辅助后钎焊接头剪切强度相应提高19.1%、24.1%，使接头剪切强度达27.3 MPa。超声振动冲刷了钎焊接头界面，使得一些界面IMC质点脱离铜基体进入钎缝，增大了钎焊接头中钎缝区的形核率，细化了钎缝组织并使共晶组织比例增加，同时也减小界面IMC的厚度和粗糙度从而提高了钎焊接头强度。超声振动使钎缝区的Cu原子浓度增大，会否引起钎缝脆化而影响钎焊接头强度尚待进一步研究。与超声辅助钎焊相比，增加电场后在超声-电场外能共同辅助下钎焊对接头强度的贡献不及前者，这与超声、电场对外能辅助钎焊接头界面IMC粗糙度作用呈一致的演变规律，而并不主要取决于钎焊接头界面IMC的平均厚度。外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口形貌及能谱分析结果见图8和表2。从图8a~8c、表2可知，Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口呈以解理为主和韧窝组成的脆-韧混合型断裂，断口中解理、撕裂棱和韧窝呈明显的方向性，如图7中韧窝呈“抛物线”形；由图8中呈解理断裂的A、B、C 3区域能谱分析结果表明，A、C区域成分是以Sn为主的钎缝区，B区域成分为（Cu，Ni）6Sn5属于界面IMC层，这表明外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断裂发生在钎缝与Cu基板间由钎缝和界面IMC层组成的界面过渡区（见图8d）；随着施加超声、电场外能辅助，与Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu传统钎焊接头剪切断口相比，断口中韧窝更深、细密，大韧窝间分布有数量众多的小韧窝，且韧窝比例增加，这说明由界面（Cu，Ni）6Sn5 IMC解理断裂（图8中的B区）和钎缝区解理（图8中的A、C区）和韧窝（图8中的C区周边）组成的脆-韧混合型断裂构成的钎焊接头剪切断口塑性增加，Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断裂途径也由钎缝和界面IMC层的过渡区向钎缝方向迁移，相应地Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的剪切强度提高。这表明钎焊接头界面IMC形态（平均厚度和粗糙度）直接影响钎焊接头的剪切强度。一方面，钎焊界面硬脆的IMC厚度减小会降低应力集中程度从而影响接头剪切强度；另一方面，钎缝/IMC界面粗糙度的减小即界面变得平坦，会减轻IMC凸进钎缝部分根部的应力集中程度，从而提高钎焊接头剪切强度。由表1可知，超声辅助钎焊接头界面IMC的粗糙度和厚度均比传统钎焊接头的粗糙度厚度有所减小，其钎焊接头剪切强度增高；虽然超声-电场辅助钎焊接头界面IMC厚度与超声辅助钎焊相比有所减小，但其钎焊接头剪切强度变化不大，对应钎焊接头界面IMC粗糙度变化也不大，这表明钎焊接头剪切强度与界面IMC粗糙度是密切相关的。由此可见，在适宜的界面IMC平均厚度范围内（如本实验3~5μm），界面IMC层粗糙度对钎焊接头剪切强度的影响占主导作用。与传统钎焊界面IMC层粗糙度大、钎焊接头受剪切应力时脆而硬的IMC易发生断裂[19]相比，施加超声辅助和超声-电场辅助Sn2.5Ag0.7Cu0.1-RE0.05Ni/Cu钎焊接头界面IMC层粗糙度明显减小，钎焊接头断裂途径由钎缝和界面IMC层组成的界面过渡区向钎缝侧迁移，由界面IMC层解理和钎缝解理+韧窝组成的脆-韧混合型剪切断裂则更多发生在钎缝区域，这使钎焊接头剪切断口塑性区比例增加，相应地接头剪切强度升高。