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Sn-Pb焊料以其优异的性能和低廉的成本，被广泛用于电子、电器等领域。随着现代工业和科学技术的发展，人们对环境的保护意识越来越强，Pb及其化合物的毒性使得Sn-Pb合金必须被无铅焊料所取代。因此，开发可以取代Sn-Pb焊料的无铅焊料已迫在眉睫。
本文以Sn-Zn-Bi合金为研究对象，即在Sn-8Zn无铅焊料的基础上加入Bi元素，形成Sn-Zn-Bi三元合金。研究Bi元素对合金物理性能、化学性能以及力学性能的影响规律，对Sn-Zn-Bi焊料进行成分优化。在此基础上，加入微量的P元素进一步改善合金的物理性能、化学性能以及力学性能，获得具有优良综合性能的成分配比。通过金相组织观察可知，加入Bi元素，Sn-Zn-Bi焊料的组织发生了明显的变化。组织中除了β-Sn+Zn的共晶组织外，还形成了针状的初生富Zn相；并且随着Bi含量的增加，针状的初生Zn相也随之增多变粗。Sn-Zn-Bi焊料加入P后，合金的组织也会出现同样的变化。润湿性实验表明，Bi的加入会明显减小合金的润湿角从而改善合金的润湿性能；加入P，合金的润湿角随着P含量的增加先减小而后增大，最小润湿角在P为0.2％时取得。Bi的加入降低了合金的熔点但却增大了合金的熔程，提高了焊料合金的密度和耐腐蚀性；而P的加入对合金的密度、导电率、熔点及熔程都没有明显的影响，但提高了焊料合金的抗氧化性。通过对合金力学性能的研究表明，Bi的加入极大提高了合金硬度、抗拉强度和剪切强度均远高于传统的Sn-37Pb合金，最大抗拉强度达到101.8MPa。随着Bi含量的增加，合金的抗拉强度和剪切强度都是先快速升高达到极值后又缓慢降低，但合金的塑性明显降低，延伸率一直呈下降趋势。而加入微量的P元素，对焊料合金的硬度和抗拉强度没有明显的影响，但明显降低了焊料合金的塑性；合金的剪切强度和焊接接头的反应层厚底都随着P含量的增加呈现降低的趋势。研究加入Bi、P元素后形成的Sn-Zn-Bi-P系无铅焊料的物理性能、化学性能以及力学性能的，得到的综合性能最佳的焊料合金为Sn-8Zn-3Bi-0.2P，即加入的合金元素的成分配比为Bi含量为3％，P含量为0.2％。此时合金的润湿角为22.5°，熔点为190.5℃，抗拉强度92.6MPa，延伸率为18.1％，剪切强度为41.8MPa，具有很大的实用价值。