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第2部分将概述铋对63Sn37Pb焊料的影响。在实施无铅以前，经过多年的使用，已证明了63Sn37Pb焊料的实际性能。这点应该作为进一步讨论本文主题的基准。

在含锡的焊料中加入铋，是希望能够影响所形成焊料的物理属性和机械属性。其中包括熔融温度、润湿能力、强度、塑性应变及疲劳性能。在共晶合金（如63Sn-37Pb）中直接添加足够量的铋也可改变焊料的共晶性能或偏离共晶点。在63Sn37Pb 焊料中加入1%重量的Bi后，其DSC热像图显示仍能维持它的共晶属性。但是加入2%重量的Bi后，熔融范围开始显示偏离了共晶点。

 

图1：加入1%重量的Bi后，63Sn37Pb 焊料的DSC热像图

目前，业界已经对在SnPb共晶焊料中添加微量铋后的效果进行了广泛的研究。下表总结了在SnPb共晶焊料中添加铋一直达到5 %的重量后，对基本机械属性和熔融温度的影响。在63Sn37Pb中铋的添加量为2%和5%，分别代替Sn或Pb。此外，对用铋代替同等量的锡或铅后，分别对合金进行了测试。不同的铋添加量，共形成了六种合金成分。表1分别列出了这六种合金成分的熔融温度（Tm）、屈服强度（sy）、抗拉强度（sTS）、杨氏模量（E）、断裂处的塑性应变(ep)、以及总应变为2%时的疲劳寿命（Nf）。所有成分均以重量百分比表示，除非有其他说明。基准焊料合金为63Sn37Pb。

 

合金	Sn	Pb	Bi	Tm	σy*	σTS*	E*	εp*	εs*	Nf*
1	62	36	2	180-183	54	60	30	27		5623
2	61	37	2	180-183	51	58	26	27		5753
3	63	35	2	182-184	54	61	30	29		5012
4	60.5	30.5	5	175-180	46	62	32	12		5998
5	58	37	5	175-179	50 53	59 62	27 25	11 10		6412
6	63	32	5	177-182	48	62	33	15		6982
63/37	63	37		183	41	47	27	24		3650

表1.添加2%和5%的铋后，63Sn37Pb的熔融温度范围及机械属性

如表1所示，添加2%的铋后，63Sn37Pb的熔融温度比添加前降低了2°C到3°C。无论2%的铋是取代铅，还是取代锡，或是1%取代铅，另外1%取代锡，熔融温度的变化几乎没有差别。铋的添加量为5%时，合金的液相线温度和固相线温度都降低了。用5%的铋替代锡时（5#合金）焊料合金的熔融温度，比用5%的铋替代铅时（6#合金）的熔融温度低2°C到3°C。这表明：与富锡相相比，5%的铋能更有效地降低富铅相的熔融温度。

比较添加2%铋后的焊料合金及基准焊料合金63Sn37Pb的强度后，发现添加铋后，大大增加了合金强度和塑性。用2%的铋替代锡（2#合金）或替代铅（3#合金），或是1%取代铅，另外1%取代锡（1#合金），焊料的拉伸性能没有可测量到的差别。当63Sn37Pb中铋的添加量增加到5%时，强度没有变化，但合金塑性降低了。用5%的铋替代锡（5#合金）或替代铅（6#合金），或是1%取代铅，另外1%取代锡（4#合金），焊料的拉伸性能差别在数据散射范围内。

为了增加合金强度和塑性，2%的铋添加量是最有效的量。铋添加量从2%增加到5%时，合金强度几乎没有什么变化，但是会明显降低合金塑性。

铋的添加量达到5%时，疲劳寿命会增加，但是塑性会降低。这是由于所采用的疲劳应变幅度（De = 0.2%），远低于断裂时的塑性应变（ep = ~12%）。在相对低的疲劳应变范围下，高强度是高疲劳阻抗的主导因素。

在铋-铅系统中，铋在铅中的固体溶解度是23.5 %，在锡-铋系统中，铋在锡中的固体溶解度是21%。当锡-铅-铋构成三元系统时，预计潜在的基本物理相互作用没有大的改变。总之，与基准63Sn37Pb焊料合金相比，包含有2%铋的锡-铅-铋三元焊料合金显示有更高的强度、更高的疲劳寿命、以及更高的塑性。合金的熔融温度会略微下降。当铋的添加量增加到5%时，锡-铅-铋三元焊料合金的疲劳寿命仍然比基准63Sn37Pb焊料合金高，但塑性则明显下降。

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