選用Pb80Sn20 釬料，對體積分數(shù)20%的SiCP/A356 復合材料進行真空釬焊，分析了表面鍍鎳和不鍍鎳對其真空釬焊性的影響，并通過金相顯微、能譜分析等手段研究了保溫時間對其釬焊接頭組織的影響。研究結(jié)果表明：體積分數(shù)20%的SiCP/A356 復合材料表面不鍍鎳進行釬焊時，焊接性很差，鍍鎳后焊接性顯著提高；對比6、8 和10 min保溫時間下釬焊接頭硬度，8 min 保溫時間最好。

　　SiCP/Al 復合材料具有良好的耐磨性、高導熱率、低熱膨脹系數(shù)、高溫性能好等諸多優(yōu)良性能，并且制備簡單，應用廣泛，發(fā)展迅速，價格低廉，逐漸成為當代新興材料里面研究的重點。但是由于基體材料與增強相物理化學性能的巨大差異，焊接性較差成為阻止其進一步推廣應用的主要因素。電子封裝中對SiCP/Al 復合材料進行焊接的方法有釬焊、擴散焊、電阻焊等，因為釬焊可以完成高精度復雜零件的連接，并且對被連接母材的熱損傷以及對焊件尺寸和形狀有較小的影響，使其成為焊接復合材料最簡單和成功的方法。真空技術(shù)網(wǎng)(http://bjjyhsfdc.com/)認為，在SiCP/Al 復合材料表面沉積鎳可以提高其焊接性能。

　　根據(jù)某產(chǎn)品低溫電子封裝的技術(shù)要求，本文選用Pb80Sn20 釬料，研究了低體積分數(shù)SiCP/A356 的真空釬焊工藝：對表面鍍鎳和不鍍鎳的復合材料進行真空釬焊，焊后通過對焊縫微觀顯微組織和成分進行分析，對比表面鍍鎳和未鍍鎳的復合材料的釬焊性。另外，對表面鍍鎳的復合材料，還采用不同保溫時間作對比試驗，比較保溫時間對焊接接頭硬度的影響。

1、試驗材料與方法

　　母材為采用無壓浸滲法制備的體積分數(shù)為20%碳化硅顆粒增強鋁基復合材料SiCP/A356，試件尺寸為10mm×20mm×2mm。所用的Pb80Sn20 低溫釬料為實驗室自行冶煉制備。釬料冶煉采用SG2-5-10 型號坩堝電阻爐，冶煉后采用WK-2 型真空甩帶機制成10mm×20mm×25μm 的釬料箔片。釬焊前，將鋁基復合材料的連接部位用金相砂紙打磨，以去除表面氧化膜，然后放在丙酮酒精溶液中進行超聲波清洗。釬焊采用搭接接頭，接頭長度為20mm，接頭間隙20μm，接頭寬度10mm。釬焊在ZHS-60 真空釬焊爐中進行，真空度為10～1Pa，升溫速率20℃/min，為進一步改善釬料對母材的潤濕性，釬焊時對接頭施加2 kPa 的恒定壓力。釬焊試驗分兩組：一組用Pb80Sn20 釬料分別焊表面鍍鎳和不鍍鎳的母材，研究金屬化對釬焊工藝的影響；第二組研究用Pb80Sn20 釬料進行真空釬焊時，對比6、8 和10min 保溫時間對表面鍍鎳母材釬焊性和焊接接頭性能的影響。

　　采用shympusck40-M-F200 型金相顯微鏡觀察焊縫區(qū)的金相組織；用JSM-6390LV 型掃描電鏡觀察不同保溫時間下釬焊接頭焊縫區(qū)；在401MVD 型維氏顯微硬度計上測定釬焊接頭的顯微硬度。

2、試驗結(jié)果及討論

　　2.1、復合材料表面鍍鎳對釬焊性能的影響

　　第一組試驗是在釬焊溫度為350℃、保溫時間為6min的條件下，對復合材料進行真空釬焊。結(jié)果表明：表面鍍鎳的復合材料試樣釬焊時可以焊上，表面不鍍鎳的復合材料試樣均未焊上。圖1 為鍍鎳后復合材料釬焊接頭的顯微組織。可見，接頭成形良好，焊縫致密、無氣孔、無夾雜、無裂紋，焊接效果較好。

圖1 鍍鎳復合材料釬焊接頭的顯微組織

　　2.2、保溫時間對釬焊接頭組織的影響

　　圖2 是在350℃釬焊溫度下，分別用6、8、10min 保溫時間，對表面鍍鎳試樣進行真空釬焊所得焊接接頭的微觀組織形貌。表1 是根據(jù)圖2 所示焊縫區(qū)各元素能譜曲線得到的主要化學成分。通過分析表1 中焊縫區(qū)元素的成分與含量，可以看出，6、8和10min 保溫時間下的釬縫區(qū)均含有C、Al、Si。而釬料本身不含有C、Al、Si，所以說明復合材料中的Al 和SiC 在真空釬焊過程中向焊縫擴散。隨著保溫時間的延長，在焊縫區(qū)C、Al、Si 的含量逐漸增多，說明保溫時間的延長，有助于復合材料中的C、Al、Si向焊縫中擴散；而同時焊縫中Sn、Pb 含量逐漸減少，這個現(xiàn)象也說明保溫時間延長有助于釬料向復合材料中擴散。總之，保溫時間的延長有助于釬料和復合材料之間的相互擴散。

表1 圖2 中各特征點成分分析結(jié)果(原子分數(shù)，%)

　　2.3、焊縫及焊縫兩側(cè)硬度測試

　　用401MVD 型維氏顯微硬度計對釬焊接頭部位硬度測試結(jié)果見表2。可知，接頭部位的顯微硬度值從“焊縫金屬-近縫區(qū)”總體變化趨勢為逐漸變大；不同保溫時間下，接頭部位的顯微硬度值均呈現(xiàn)出“兩邊高、中間低”的趨勢，未出現(xiàn)異常情況。而近縫區(qū)硬度隨著保溫時間的延長硬度逐漸降低，原因可能是由于Pb80Sn20 釬料本身硬度較低，釬焊過程中，保溫時間的延長，促進復合材料和焊縫發(fā)生了互擴散，相互擴散的元素含量影響了整體的硬度，導致近縫區(qū)硬度隨著保溫時間的延長硬度逐漸降低。對比6、8 和10 min 不同保溫時間焊縫區(qū)的顯微硬度，8min 保溫時間焊接接頭硬度較好。

表2 不同保溫時間下釬焊接頭的硬度(HV)

3、結(jié)論

　　(1) 表面鍍鎳對低體積分數(shù)SiCP/A356 復合材料的真空釬焊性有顯著影響，在表面鍍鎳后焊接性明顯改善，不鍍鎳的復合材料焊接性很差，無法焊接在一起。

　　(2) 保溫時間對鍍鎳后復合材料的焊接接頭的硬度有影響，延長保溫時間有助于熔化釬料與母材的相互擴散。但是釬料本身硬度較低，過長保溫時間會因釬料擴散較充分而導致焊接接頭的硬度有所下降。