（毕业设计论文）《In-Sn-Ni合金的金相的研究》.doc

摘摘 要要 本次实验配制了 Sn-2wt%In、Sn-8wt%In、Sn-20wt%In、Sn-40wt%In 和 Sn-70wt%In 合金，分别与纯金属 Ni 组成反应扩散偶通过电子探针实验技术，检测反应扩散偶界面处的扩散层，研究了在 110℃下，退火 355h 的反应扩散偶的界面反应情况由于金属 In 较软，很难制备出较好的扩散偶金相样品关键词关键词：无铅焊料 Sn-In 合金 金属 Ni 界面反应 扩散偶AbstractInterfacial reactions between Sn-2wt.%In, Sn-8wt.%In, Sn-20wt.%In, Sn-40wt.%In and Sn-70wt.%In alloys with Ni substrate at 110℃ have been studied here by examining the reaction couples. Based on the EPMA,we examine the diffusion lyers on the boundary of reaction diffusion couples,and study the status of interfacial reaction of reaction diffusion couples at 110℃,annealing 355h.Due to the soft nature of In, it’s difficult to prepare the ideal metallographical diffusion couples.Key words: Lead-Free solder; Sn-In aloy; Ni; Interfacial Reaction; diffusion couple目目 录录第一章第一章 文献综述文献综述------------------------------------------------------------------------5§§1. 1 材料设计与相图材料设计与相图----------------------------------------------------------------5§§1.1.1 材料设计的概念和途径----------------------------------------------------5§1.1.2 相图及其在材料设计中的应用-------------------------------------------6§§1.2. 无铅焊料无铅焊料------------------------------------------------------------------------7§1.2.1 无铅焊料的研究背景-------------------------------------------------------7§1.2.1.1 钎焊和焊料合金铅-----------------------------------------------------7§1.2.1.2 无铅焊料研究的兴起--------------------------------------------------8§1.2.2 无铅焊料的研究现状-------------------------------------------------------10§1.2.2.1 无铅焊料的基本要求--------------------------------------------------10§1.2.2.2 无铅焊料的研究方向与进展-----------------------------------------10§§1.3 无铅焊料的发展前景无铅焊料的发展前景----------------------------------------------------------14§§1.4 本文研究的目的和内容本文研究的目的和内容-------------------------------------------------------14第二章第二章 实验过程实验过程------------------------------------------------------------------------16§2.1 制备样品--------------------------------------------------------------------------16§2.2 保温扩散--------------------------------------------------------------------------16§2.3 镶样--------------------------------------------------------------------------------16§2.4 抛光腐蚀--------------------------------------------------------------------------16§2.5 金相显微分析--------------------------------------------------------------------17§2.6 电子探针分析--------------------------------------------------------------------17第三章第三章 实验结果及分析实验结果及分析--------------------------------------------------------------19§3.1 Sn-In、Sn-Ni、In-Ni 二元合金相图简介--------------------19§3.1.1 In-Ni 二元合金相图-----------------------------------19§3.1.2 In-Sn 二元相图--------------------------------------20§3.1.3 Sn-Ni 二元相图--------------------------------------20§3.2 反应扩散偶实验结果与分析--------------------------------21§3.2.1 Sn-2wt%In/Ni 反应扩散偶-----------------------------21§3.2.2 Sn-8wt%In/Ni 反应扩散偶-----------------------------22§3.2.3 Sn-20wt.%In/Ni 反应扩散偶---------------------------24§3.2.4 Sn-40wt.%In/Ni 反应扩散偶---------------------------25§3.2.5 Sn-70wt.%In/Ni 反应扩散偶---------------------------26第四章第四章 实验结论实验结论------------------------------------------------------------------------28§4.1 失败总结-----------------------------------------------28§4.2 实验展望-------------------------------------------------29参考文献参考文献-----------------------------------------------------------------------------------30致谢致谢-----------------------------------------------------------------------------------------31翻译翻译-----------------------------------------------------------------------------------------32第一章第一章 文献综述文献综述§1.1§1.1 材料设计与相图材料设计与相图§1.1.1§1.1.1 材料设计的概念和途径材料设计的概念和途径人类文明已经有了几百万年的历史，从原始社会旧石器时代到今天的信息时代，人类文明的支柱之一----材料，也经历了一次又一次的变革和更新。

特别是人类进入二十世纪以来，随着科学技术的飞速发展及生产工具的多样化，现有的材料不断地接受新的挑战传统的结构材料在强度、韧度、塑性等方面已经不能满足现代工业化生产的需要，功能材料则要求向功能的多样化和各种性能参数的更优越性方向发展材料设计直到二十世纪后半期才被材料科学家提出来其目的在于“通过理论与计算来预算新材料的组分、结构和性能”以及“通过理论设计来‘订做’具有特定性能的新材料” [1]随着包括凝聚态物理、物理化学、工程力学、量子化学、计算机技术等现代科学的发展，材料分析与检测设备的精确性与灵敏性越来越高，大大提高了材料的定量检测水平，丰富了材料数据资源，为发展新的物理模型以及材料的定量预测和虚拟研制提供了基础同时，由于新型的材料制备、合成和加工技术的发展，使在原子尺度上对材料进行微观操作已成为可能，这也说明了现代材料发展最高阶段应该是基于不同层次的多学科的交叉和协作来研究材料的若干问题著名杂志《Acta Mater.》在其千禧年特刊的封面，以一个四面体的形式指明了未来材料科学与工程发展的方向，将材料科学与工程体系分为了四个方面：结构、性能、制备与合成以及理论与模型，各个方面都是彼此相关联的。

也就是说，材料设计必须是在综合考虑这四个方向的基础上进行的计算材料科学的发展推动了材料设计的进程包含相图热力学和扩散与相变动力学计算在内的 CALPHAD 技术仍是目前计算材料科学最为活跃领域之一，其因来源于实验数据，故能够和材料的成分、组织及制备过程紧密结合起来基于微观尺度的第一性原理计算和分子动力学模拟解决了从结构来预测性能的问题，但由于目前计算速度及模型等方面的限制，只能处理有限的原子（分子）数量，因此还不能由此来预测材料的许多宏观性质另外，利用数学方法来求解材料问题也得到了迅速的发展，如相场方法（Phase Field Method）等[2]Olson 等人[3]提出了一种多层次的分级材料设计方法，并将其成功地运用到高性能合金钢设计中去他将材料的加工工艺、结构、性质与性能作为一个彼此联系的系统，而各个环节则作为整个设计过程中的子系统，且每个子系统都有相应的计算模型在最后的综合设计中，利用计算热力学的知识将相互作用的各子系统设计参数统一起来设计中考虑了强度、韧性和抗杂质脆性等性能这种分级设计法也适用于设计有色金属、陶瓷和聚合物等材料目前，材料设计领域富有挑战性的课题就是如何在不同层次间搭桥连接，从而达到从材料微观结构到宏观性能的设计和预测。

§1.1.2§1.1.2 相图及其在材料设计中的应用相图及其在材料设计中的应用相图表示在以温度、压力、成分等参量为坐标的相空间中，物质的相组成变化图相图中的每一点都反映一定条件下，某一成分的材料平衡状态下由什么样的相组成，各相的成分与含量相图的突出优点是直观性和整体性它能明确说明各种物相存在的范围和相变发生的条件相图所描述和可能描述的体系，可以是有机物体系、无机物体系、有机物和无机物共同组成的体系相图所研究的性质是描述状态的热力学强度量，它可以指熔点、沸点、蒸汽压、电阻率、粘度、表面张力、密度等材料科学是一门综合性的交叉学科，材料设计更。