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本文将表面镀覆技术应用于钎焊材料制造领域,提出镀覆—热扩散组合工艺制备过饱和银铜锌锡钎料的新方法,突破熔炼合金化制备银铜锌锡钎料的传统极限。通过镀覆—热扩散组合工艺提高银钎料中Sn含量,实现银钎料组织和性能的优化,制备过饱和银铜锌锡钎料。采用过饱和钎料以火焰钎焊、感应钎焊工艺连接黄铜、不锈钢,研究Sn含量对钎焊接头组织和性能的影响规律,并利用热力学原理研判试验结果。将过饱和钎料及其钎焊工艺性与相当Sn含量的钎料进行对比。主要研究结论如下：(1)镀覆制备工艺优化。采用电流密度、镀液温度、极间距等多参数协同控制镀层厚度,通过镀层厚度调控过饱和钎料中Sn含量,优化镀覆制备工艺。其中最佳电镀—热扩散组合工艺为：①电镀：电流密度4 A/dm2,镀液温度40℃,极间距22 mm,超声波功率240 W,超声波频率45 kHz,时间7.5 min。②热扩散工艺：温度220℃,时间24 h。用最佳工艺制备的过饱和钎料中Sn含量最高达7.2%,比传统方法提高约31%。(2)带锡镀覆层钎料的扩散机制研究。揭示了扩散温度、时间与钎料组织和性能的关系,发现在成分与几何分布相对不变的条件下,通过调控扩散参数可获得预期组织。随着扩散温度升高和扩散时间延长,过饱和钎料的熔化温度区间缩小,扩散过渡区厚度增加。扩散过渡区主要由Cu3Sn相和Ag3Sn相组成,Sn元素在过渡区分布均匀、无偏析。揭示扩散过渡区的形成机制为“钎接、互扩散、亚稳态、合金化”。推导、建立了200℃和220℃时扩散过渡区生长的本构方程,发现扩散过渡区厚度随扩散温度升高和扩散时间延长呈指数增加。(3)过饱和钎料的性能优化。通过扩散Sn含量优化钎料成分,调控过饱和钎料的熔化温度、润湿性及力学性能,获得Sn含量对钎料性能的影响规律。随着Sn含量升高,过饱和钎料的DSC吸热峰向左偏移、熔化温度区间缩小、润湿面积增大、抗拉强度增高。与同等Sn含量的传统钎料相比,过饱和钎料的熔化温度区间缩小3.65%-14.5%,润湿面积提高7.8%-22.6%,抗拉强度略低。在Sn含量为7.2%时,过饱和钎料的熔化温度为642～676℃,润湿面积为481mm2。(4)过饱和钎料钎焊接头的组织和性能研究。用不同Sn含量的过饱和钎料连接H62黄铜、304和316LN不锈钢,揭示钎焊接头组织、性能与Sn含量的变化规律,并与传统钎料钎焊接头性能进行对比。当Sn含量低于5.5%时,过饱和钎料钎焊接头组织主要由富Cu相、Ag相、CuZn相、CusZn8相组成。当Sn含量高于5.5%时,过饱和钎料钎焊接头组织主要由富Cu相、Ag相、CuZn相、CuZn8相、Cu41Sn11相、Ag3Sn相组成。随着Sn含量升高,过饱和钎料钎焊接头的抗拉强度整体呈现增高趋势。在Sn含量为5.5%和6.0%时,过饱和钎料连接的316LN不锈钢和304不锈钢/H62黄铜钎焊接头的抗拉强度分别为415 MPa和395 MPa,比同等Sn含量传统钎料钎焊接头的抗拉强度(430.5 MPa.407 MPa)略低。主要原因是过饱和钎料中Cu3Sn相和Ag3Sn相比例随着Sn含量升高而增加,导致钎焊接头强度略低于传统钎料。(5)过饱和钎料的热力学特性。提出过饱和钎料钎焊工艺熵和接头性能熵的数学表达式,理论分析Sn含量与钎料润湿性、钎焊接头力学性能的关系,与相同Sn含量的传统钎料相比,过饱和钎料的钎焊工艺熵值更小、接头性能熵值略高。试验结果证实钎焊工艺熵和接头性能熵的表达式在一定程度上可定量预测过饱和钎料的钎焊工艺性和接头力学性能。(6)钎焊接头的耐蚀性评价。采用3.5%NaCl水溶液模拟海水环境,评价不同钎焊接头的耐蚀性。过饱和钎料连接的304不锈钢/H62黄铜和316LN不锈钢钎焊接头在腐蚀液中分别浸泡2.5 h和4h后,前者在钎缝与304不锈钢母材界面出现较长的腐蚀沟,后者在钎缝与母材界面附近发生电偶腐蚀。原因是前者304不锈钢在腐蚀液中的缝隙腐蚀程度随着钎缝面积的减小而增加,后者316LN不锈钢与钎缝在接头界面附近产生电位差。本文在国家重点基础研究发展计划(973计划,2012CB723902)和国家高技术研究发展计划(863计划,2012AA040208)支持下完成。