高塑性Sn-Bi合金制备及其熔断过程中组织演变机理研究

锡铋合金是具有发展前景的无铅低温熔断合金，采用传统铸造挤压法制备的合金丝材塑性差，严重制约其在熔断器等电子行业中的应用。.基于合金在半固态状态下具有良好的流动性和触变性,本课题提出通过半固态铸造技术获得锡铋合金浆料，采用热挤压技术制备高塑性的直径1mm以下锡铋丝材的思路。在凝固过程中施加机械和超声波复合搅拌，实现温度场和液固态成分的均匀性，探讨剪切力和超声场作用下半固态锡铋合金凝固过程，深入研究半固态组织对力学性能的影响及机制；探索半固态低温合金浆料挤压过程中组织的演变；研究一定变形量的半固态锡铋合金丝材在电场和热场耦合下组织与性能的变化规律，揭示半固态合金的熔断机理。研制出高塑性低温锡铋合金丝材，提高低温无铅熔断器综合性能，丰富半固态加工技术理论体系，为实现电子元器件的绿色制造技术提供理论指导与技术基础，促进我国电子工业发展具有十分重要的意义。

一、项目研究背景与意义.锡铋合金是具有发展前景的无铅低温熔断合金，采用传统铸造挤压法制备的合金丝材塑性差，严重制约其在熔断器等电子行业中的应用。基于合金在半固态状态下具有良好的流动性和触变性,本课题提出通过半固态铸造技术获得锡铋合金浆料，采用热挤压技术制备高塑性的直径1mm以下锡铋丝材的思路。项目能够按照申报书研究方案开展研究，研究内容基本完成，研制出高塑性低温锡铋合金丝材，提高低温无铅熔断器综合性能。.申请发明专利（201310377626.X）和实用新型专利（已授权，ZL20132052562.0）各一项，已撰写中英文论文各五篇，被《中国有色金属学报》、《功能材料》和《热加工工艺》等杂志录用和发表中文论文四篇，被《China Foundry》和《Journal of Wuhan University of Technology. Materials Science Edition》等杂志录用英文论文两篇，现在从事该项目相关内容的研究生有4名。.二、研究内容和重要结果.2.1.半固态浆料组织对力学性能的影响.选择亚共晶Sn-52Bi、共晶Sn-58Bi和过共晶的Sn-62Bi等合金成分，所得半固态合金组织和力学性能都得到显著改善，延伸率与熔融状态下直接水冷凝固相比均提高160%以上；半固态搅拌后直接再加热工艺所得合金的塑形得到进一步提高；而融化潜热则随着半固态合金塑形提高而减小，但组织对熔化温度和峰值温度影响不大；合金耐腐蚀性能随着塑形提高而提高。.2. 2挤压制备小直径丝材过程中半固态浆料组织演变及对力学性能的影响.改变挤压比等工艺参数制备出超塑性、表面光滑和成分均匀的小直径（2.50~0.75mm）Sn-Bi合金丝材。试验结果表明半固态Sn-Bi合金棒材塑性越好，所挤的Sn-Bi合金小直径丝材塑性（延伸率）和耐腐蚀性也越好，丝材Sn-Bi合金均表现出超塑性。.2. 3半固态Sn-Bi合金丝材熔断过程中组织演变及对熔断和力学性能的影响. 挤压成形后Sn-Bi合金丝材在通电条件下，合金塑形随着温度的升高也不断提高，在一定温度以上改善显著。丝材熔断瞬间呈现出类似拉伸的颈缩现象。.2.1.4组织遗传性的探讨.测试Sn-Bi合金丝材熔断后组织的变化，结果表明熔断区域的组织与普通的熔融合金空冷组织相似，丝材熔断的后剩下的两段丝材还保留着原组织，但呈现出长大的趋势。