锡-锌（Sn-Zn）系无铅焊料因其力学性能优异、熔点接近传统的Sn-37Pb共晶焊料、可兼容现有工艺设备、资源丰富以及成本低廉等优点,具有良好的应用前景,但其润湿性、抗氧化性及耐蚀性较差,需要通过合金化来进行改善。传统“试错法”耗时耗力,无法满足工业的快速发展的需求,故急需新的材料研发模式来快速进行合金化成分筛选,以加快Sn-Zn焊料合金化的研发速度。本文以Sn-9Zn共晶合金为基础,采用双靶磁控溅射共沉积技术,结合扫描电镜、X射线衍射仪、数字散斑成像技术等快速检测手段,建立薄膜样品的成分-结构-性能之间的相互关系,初步预测焊料合金性能的总体变化趋势,快速完成了合金化成分筛选。随后制备相应的块体材料,并进行验证性测试,以获取材料的最佳性能参数区间,达到对材料优化筛选的目的,制备出综合性能较好的Sn-9Zn系焊料合金,论文主要研究内容及结果如下:（1）利用双靶磁控溅射的方法,以Ag和Cu分别作为添加元素,开发了锡基无铅焊料合金的组合薄膜高通量制备技术,样品单元面密度大于1000/cm²。样品的成分呈梯度变化,Ag的含量变化范围为0.2 wt%–9.58 wt%,Cu的含量变化范围为2.3 wt%–20.2 wt%。利用微区X射线衍射仪批量获取了样品相结构随成分梯度变化而呈现的演化规律,其中,Sn-Zn-Ag合金薄膜由Sn、Ag Sn₃、Ag Zn、Ag Zn₃和Ag₅Zn₈等物相组成,随着Ag含量的增加,其形成优先级遵循如下规律:Ag Zn>Ag₃Sn>（Ag Zn₃和Ag₅Zn₈）。Sn-Zn-Cu合金薄膜由Sn、Cu₆Sn₅和Cu₅Zn₈等物相组成,随着Cu含量的增加,Cu₅Zn₈相优先于Cu₆Sn₅形成。利用原位纳米测试系统批量获取了样品力学性能随成分梯度变化而呈现的演化规律,其中,Sn-Zn-Ag合金薄膜样品的硬度随着Ag含量的减少而增大,而Sn-Zn-Cu合金薄膜样品的硬度随着Cu含量的减少先变小后增大,但整体变化不大;样品的杨氏模量均随着Ag和Cu含量的减少而增大。利用电子探针微量分析仪和数字散斑成像技术研究了样品抗氧化性能随成分梯度变化而呈现的演化规律,其中,Sn-Zn-Ag合金薄膜样品的抗氧化性能随着Ag含量的减少而变差,当Ag含量少于0.3 wt%时,样品氧化较为严重;Sn-Zn-Cu合金薄膜样品的抗氧化性能随着Cu含量的减少而变好,当Cu含量低于7 wt%时,其抗氧化性能显著提高。（2）基于薄膜测试的结果,兼顾力学性能和抗氧化性,优选出了一些合金化成分并进行适当扩展,制备出了Sn-9Zn-x Ag和Sn-9Zn-x Cu合金块体样品,以进一步优化焊料样品合金化配比。通过熔点、显微硬度、热重分析等分析测试发现,Sn-9Zn-0.35Ag和Sn-9Zn-0.4Cu拥有良好的综合性能。对两个样品进行显微组织分析发现,相较于Sn-9Zn母合金,添加0.35 wt%的Ag或0.4 wt%的Cu后,粗大的富Zn相消失,Sn基体上只存在细小的针状Zn相组成的共晶组织和树枝状的Ag-Zn或Cu-Zn化合物相。粗大富Zn相的消失和金属间化合物的形成会抑制Zn在焊接过程中的氧化,降低焊料熔体的表面张力,从而使得Sn-9Zn-0.35Ag和Sn-9Zn-0.4Cu合金块体样品的铺展率从Sn-9Zn的57.76%分别提高到63.2%和66.0%。同时,也会抑制Zn的选择性腐蚀,从而提高两个样品的耐蚀性能。细化后的Zn相会改善样品的力学性能,相较于Sn-9Zn母合金而言,两个样品的延伸率均提高了一倍,抗拉强度从63.9 MPa分别提高到80.1 MPa和71.6 MPa。然而,由于金属间化合物的形成,降低了样品中有效电子数,从而使得两个样品的导电率和热导率均有所下降。