焊接中的金属间化合物
周五，2011年11月11日， Eric Bastow [浏览简历]
金属间化合物是金属对金属粘结世界里的必要之恶，金属对金属的粘结必然包括焊接。有两种方法可以使金属“以化学的方法”粘结到另一种金属上： 1) 固溶体 2) 金属间化合物。 我们只重点研究金属间化合物，因为就目前来看，它与焊接世界最为相关。
很多人混淆或将“润湿”误认为是金属间化合物的形态（粘结）。润湿只是润湿而已。 焊料“润湿”了表面，并不意味着金属间化合物“粘结”就形成了。举例来说， 55.5Bi 44.5Pb 能够熔化成铜，我自己也曾尝试过这件事。熔化的BiPb 会流动并“润湿”铜的表面。然而，合金凝固（冷却）后，BiPb就会剥落。为什么会这样？……因为没有金属间化合物可以在BiPb和铜的表面形成。
像我在开篇中说的，金属间化合物是必要之恶。为什么称之为“恶”呢？因为他们是焊接点中最脆弱的部分。 一些金属间化合物比其它的化合物更脆弱（当选择焊料合金作为特殊金属喷镀的时候，这点要考虑到）。 比如，Sn和Au之间形成的金属间化合物往往是最脆弱的。因为脆弱，它们会容易被折断等。 这就是过犹不及的例子。当然，你需要的通过金属化合物来实现“粘结”。金属间化合物太薄不好；但是太厚了也不好，甚至可能更糟。 信不信由你，焊料也许不能很好的粘着在它自己的金属间化合物层上。金属间化合物一般是一种透明的、化学性能稳定的结构。如果你曾观察过断裂的焊接点，你可能会注意到，断裂很可能正好位于金属间化合物层和主体焊料之间的接触面上。
金属间化合物层过厚的另一个可能的结果就是造成接触面上的“空洞”。这是 为什么呢？好，我们首先需要看一下反应产物。 Sn 和 Cu之间形成的反应产物主要有两种类型，即 Cu3Sn 和Cu6Sn5。第一种中每1个Sn原子对应3个Cu原子，第二种中 每5个Sn 原子对应6个Cu 原子。不管哪种情况下，Cu原子都比Sn原子消耗的快。因为反应中的这种不一致，在一个剧烈地反映情况下，小洞或是空点（空洞）就会在铜的表面形成。
金属间化合物的形成不是仅限于焊接工序中。即使在固体状态，金属原子也会扩散。并且，该运动会引起金属原子间相互影响、相互反应，最终形成金属间化合物或者加厚现有的金属间化合物层。 “老化”实验经常用来测量：1. 有多少金属间化合物层将会被改变；2. 它对连接点的力学性质有什么影响。
对于 金属间化合物更加详尽的讨论， 既不是这篇博文能够提供的范围，也不是这写篇博文目的， 这个话题都能写成一本书了。因此，我离真正反映金属间化合物这个主题还很远。我只是希望稍微阐述清楚这个主题。
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