Ni网格增强SAC305复合焊料超声辅助钎焊7075铝合金接头的微观结构演变与力学性能优化机制

为解决铝合金钎焊过程中焊料溢流和氧化膜阻碍润湿的关键问题，研究人员创新性地采用Ni网格增强SAC305复合焊料，通过超声辅助钎焊技术实现了7075铝合金的高质量连接。研究发现，Ni网格的加入显著提升了声压强度并调控焊料流动，接头焊缝中形成多晶Al3 (Ni, Cu)2 相和Cu-Al-O非晶层，最终获得剪切强度达71.87 MPa的高性能接头。该研究为电子制造和航空航天领域的轻量化连接提供了新策略。

　　

在电子制造和航空航天领域，7075铝合金因其优异的轻量化特性和机械性能成为关键材料，但其钎焊面临两大难题：高温导致基体软化（超过300℃）和致密氧化膜阻碍焊料润湿。传统钎焊需依赖腐蚀性助焊剂或复杂电镀工艺，而超声辅助钎焊虽能无助焊剂去除氧化膜，却易引发焊料溢流缺陷。如何平衡氧化膜去除效果与焊料稳定性，成为制约该技术应用的瓶颈。

针对这一挑战，国内研究人员在《Ultrasonics Sonochemistry》发表研究，通过将具有规则结构的Ni网格嵌入Sn-Ag-Cu（SAC305）焊料形成复合钎料，在250℃低温下实现7075铝合金超声钎焊。研究采用声压模拟、X射线检测、高分辨透射电镜（HRTEM）等技术，系统分析了Ni网格对声场特性、界面反应及力学性能的影响机制。

3.1 接头的微观结构特征
焊缝主要由Ni网格、SAC305焊料、α-Al相、Ag₃
Al₂
相、(Ni, Cu)₃
Sn₄
相和多晶Al₃
(Ni, Cu)₂
相组成。随着超声时间延长，Ni网格与Al基体接触区形成深度侵蚀坑，非接触区氧化膜被逐步清除。250#Ni网格（孔径60μm）比100#网格（孔径150μm）引发更剧烈的界面反应，促使(Ni, Cu)₃
Sn₄
层完整包覆Ni纤维。

3.2 连接率的演化规律
声压模拟显示，Ni网格通过固体-液体界面耦合效应将最大声压提升至3.74×10⁵
Pa（250#网格），远超Sn焊料的空化阈值1.26×10⁵
Pa。但250#网格加速局部焊料流动（峰值速度4.53 m/s），导致10秒超声后连接率下降至92.3%，而100#网格接头在相同条件下连接率达97.65%。

3.3 接触区的键合特性
HRTEM揭示接触区存在两大特征结构：一是具有位错特征的多晶Al₃
(Ni, Cu)₂
相，与α-Al基体形成晶格失配度20.24%的半共格界面；二是波浪状Cu-Al-O非晶过渡层，通过晶格畸变实现β-Sn焊料的原子级平滑连接。这种结构源于超声振动引发的塑性变形和局部原子重排。

4 接头的剪切性能
250#Ni网格接头展现出71.87 MPa的最高剪切强度，比100#网格接头提高约15%。断口分析表明，密集的Ni网格通过裂纹偏转和载荷传递机制增强韧性，而(Ni, Cu)₃
Sn₄
包覆层和弥散分布的Ag₃
Al₂
颗粒共同提供冶金强化效应。

该研究创新性地证实：Ni网格的几何参数可通过调控声场分布来优化钎焊质量，多尺度界面产物的协同作用突破了铝合金低温连接的强度瓶颈。研究成果为电子器件封装和航天器轻量化结构制造提供了理论指导，尤其对5G天线面板等需要高可靠连接的场景具有重要应用价值。通过精准设计金属网格的拓扑结构，未来可进一步实现声场-流场-应力场的多物理场协同调控。