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富Sn的Sn-Au钎料除了具有成本低、熔点低等优点外,与富Au的Au-Sn钎料相比,它还具有硬度低、可靠性高等优点,但是它的力学性能较差,期待通过合金化的方法来改善。本论文通过在富Sn的Sn-Au钎料中添加第三种组元Cu和第四组元In来改善其性能,具体通过“团簇+连接原子”模型和富Sn的Sn-Au合金共晶点(93.7Sn-6.3Au,at.%)设计了A和B两个系列的Sn-Au-Cu钎料的成分,并研究了所设计钎料的熔化性能、微观组织、显微硬度、润湿性、在Cu和Ni基板上的界面反应及Cu/Sn-Au-Cu/Ni钎焊接头的力学性能,选出性能优异的Sn-Au-Cu钎料,即Sn-2.64Au-2.56Cu(wt.%)钎料。用In元素继续优化Sn-Au-Cu钎料的性能,同样根据“团簇+连接原子”模型设计了C系列的Sn-Au-Cu-In钎料,研究了其熔化性能、微观组织、显微硬度、润湿性、在Cu和Ni基板上的界面反应及Cu/Sn-Au-Cu-In/Ni钎焊接头的力学性能。本论文的主要结论如下:Sn-Au-Cu钎料:1)Sn-Au-Cu体钎料的性能研究表明:6种钎料的熔点在210 oC-222 oC之间,除了Sn-14.85Au-1.6Cu钎料外的5种钎料均具有近共晶成分。钎料的微观组织由白色的AuSn4相、深灰色的Cu6Sn5相和和灰色的β-Sn基体组成。在Sn-14.85Au-1.6Cu钎料中,AuSn4相为长条状,在其他5种钎料中,AuSn4相均比较细小。6种钎料在Cu基板上的润湿性均优于在Ni基板上的润湿性。其中,Sn-2.64Au-2.56Cu钎料在Cu基板的润湿性最好,Sn-10.25Au-3.31Cu钎料在Ni基板的润湿性最好,Sn-14.85Au-1.6Cu钎料在Cu、Ni基板的润湿性均最差。2)Cu/Sn-Au-Cu/Ni钎焊接头的界面反应和力学性能研究表明:6种钎料在Cu和Ni基板上生成的IMC的类型分别为(Cu,Au)6Sn5和(Cu,Au,Ni)6Sn5型。Sn-5.31Au-5.14Cu和Sn-2.64Au-2.56Cu钎料在Cu侧界面附近有大块的Cu6Sn5相析出。Sn-2.64Au-2.56Cu钎料的钎焊接头的剪切强度最大(72 MPa);Sn-14.85Au-1.6Cu钎料的钎焊接头强度最小(39MPa);同时,根据富Sn的共晶点(Sn93.7-Au6.3)设计的3种钎料的塑性性能均比根据团簇式([Sn11Au2]Sn3)设计的钎料的塑性性能优异。Sn-Au-Cu-In钎料:1)Sn-Au-Cu-In体钎料的性能研究结果表明:5种钎料的熔点在209 oC-219 oC之间,随着In含量的增加,钎料的熔点逐渐降低。5种钎料在升温过程中均有两个吸热峰。第一个峰对应In在AuSn4相中的固溶,第二个峰对应AuSn4相、Cu6Sn5相和β-Sn基体的三元相变反应;5种钎料在降温的过程中均只有一个放热峰,对应AuSn4相、Cu6Sn5相和β-Sn基体的三元相变反应。Sn-2.85Au-2.34Cu-0.65In钎料的微观组织由白色的AuSn4相、少量的Cu6Sn5相和灰色的β-Sn基体组成,而其余的4种钎料则由白色的Au(Sn,In)4相、少量的Cu6Sn5相和灰色的β-Sn基体组成。5种钎料在Cu基板的润湿性均优于在Ni基板上的润湿性。其中,Sn-2.81Au-0.89Cu-3.21In钎料在Cu基板的润湿性最好,在Ni基板上的润湿性最差;Sn-2.85Au-2.34Cu-0.65In钎料在Cu基板上的润湿性最差,在Ni基板上的润湿性最好。2)Cu/Sn-Au-Cu-In/Ni钎焊接头的界面反应和力学性能研究表明:5种钎料在Cu和Ni基板上生成的IMC的类型分别为(Cu,Au)6Sn5和(Cu,Ni,Au)6Sn5型。除Sn-2.81Au-0.89Cu-3.21In钎料之外的其余4种钎料在Cu侧界面附近有块状的Cu6Sn5相析出。Sn-2.85Au-2.34Cu-0.65In钎料的剪切强度最大(72 MPa),与Sn-2.64Au-2.56Cu钎料的剪切强度相当;而Sn-2.81Au-0.89Cu-3.21In钎料的剪切强度最小(48 MPa)。5种钎料的塑性性能均较优异,延伸率在0.55-0.7之间,其中Sn-2.81Au-0.89Cu-3.21In钎料具有最大的延伸率(0.69)。