哈工大_钎焊_杨建国 11.第01章 钎焊接头形成(钎焊接头的金属学形态)
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– 在钎料中加入不与母材和钎料基体金属形成化合物的组元。
例如:在Sn中加入Pb钎焊Cu时,可使Cu6Sn5 层减薄,当含Pb量达 到70%时,化合物层可能会完全消失。
– 在钎料中加入只能与钎料基体源自文库属形成化合物而不与母材形
成化合物的组元。例如:在Sn中加Ag钎焊Cu时，可在钎缝中形 成Ag3Sn金属间化合物,从而使Cu6Sn5层减薄。
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
化合物相一般硬而脆，对接头的机械性能有不利的影 响。当化合物分散不连续分布时，其影响较小，且可能 由于弥散强化作用而强化接头，但是，当化合物层形成 连续层而夹在母材与钎料之间，且厚度较大时，其影响 较大，会使接头明显变脆，强度显著下降。 为减缓界面处化合物相的生成,可采用如下措施:
钎焊接头的金属学形态
结合区的组织形态
母材与钎料的结合可以形成多种多样的组织 形态。在构成钎缝的三个区域中，界面区的 情况是最复杂的，并且加热温度和加热时间 等因素的影响使其进一步复杂化，并且对接 头的性能也产生很大的影响。 利用二元体系分析还是基本的方法！！！！
钎焊接头的金属学形态
表2-10 二元和金系的相互溶解度
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
许多金属之间可以形成金属间化合物。两种金属结合时， 如果在界面处形成金属间化合物相，就如同一种新的物质 (新相)在被连接金属之间起作用。Cd-Se界面就表现出这种 界面区的典型情况。由图可见，Cd与Se形成CdSe金属间化 合物，然而在Cd和Se与CdSe中间相之间并没有发生任何反 应。Cd-Te的情况也是如此，但它们之间确实是结合起来 了，这可认为是附着力在起作用。
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
结晶系相同(晶格类型相同)，原子半径相近的元素 间大多可以以任意比例固溶，这类金属间的界面成 份从一侧到另一侧连续变化。 Ni-Cu系的熔化温度连续变化，浓度也连续变化， 在一个大晶粒内部的浓度也有所变化。
铜-镍二元合金状态图
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
Cu-Mn系在Mn含量为35%时有最低熔点。二者 的接触面在这一最低点处溶解(接触溶解)，凝 固时如图分为各相。
铜-锰二元合金状态图
铜钎焊锰时的组织形态
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
当钎料与母材为同基的合金时，在界面区也常常形成固溶体组织。
铝-硅二元合金状态图
铝硅钎焊铝时的组织形态
钎焊接头的金属学形态
由于钎料与母材之间的相互 作用，不但使钎缝的成份与 钎料原有的成份不同，而且 使钎缝的组织也与原始钎料 的组织产生差异。 钎缝的成份和组织常常是不 均匀的，一般由三个区域组 成(见右图)，即：母材上靠 近界面的扩散区，与之相邻 的钎缝界面区和钎缝中心 区。
钎缝组织示意图 1-扩散区，2-界面 区，3-钎缝中心区
钎焊接头的金属学形态
形成化合物的典型二元合金状态图
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
母材和钎料在界面处形成 化合物的过程可能如下： 在温度为T时以B钎焊A， A向B中迅速溶解,界面区 的浓度可达到C,冷却凝固 时，首先在界面处析出金 属间化合物。 例如：250℃下以Sn钎焊Cu时，在界面区就形成 Cu6Sn5化合物相(见右图)。
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
如果A-B体系存在几种化合物，在一定条件下(如 钎焊温度过高)，母材向钎料中的溶解使得界面区生 成含母材较少的一种化合物后仍未达到该温度下的 平衡状态，则A和B之间将继续扩散，冷却凝固后就 有可能出现几种化合物。 例如在350℃下用Sn钎焊Cu时，在界面区除形成 Cu6Sn5(η相)之外，在η相与母材Cu之间又出现了 Cu3Sn(ε相)。ε相是含Cu较高的化合物。 除了上述的扩散作用之外，界面区的化合物也可能 直接由母材与钎料发生化学反应而形成。
固溶体类型的界面区组织
当用黄铜钎料钎焊铜母材时，还可看到黄铜晶粒在 铜晶粒的基础上连续生长，形成共同晶粒的现象。 一般来说，晶体结构和原子状态越类似，原子半径 和原子价越接近，固溶体的比例就越大。 正离子半径大的元素容易固溶原子半径小的元素。 在钎焊过程中，若钎料和母材在状态图上可以形成 固溶体时，钎后的界面区也极可能出现固溶体。 固溶体组织的机械性能和电气性能与母材相比没有 很大的不连续性，这对接头是有利的。
溶解度特征
结晶状态无变化的完全 互溶系 高温下完全互溶，低温 下产生同素异形转变或 形成化合物体系 大溶解度的体系（用原 子%表示） 中等溶解度的体系 小溶解度的体系 极小溶解度的体系
二元系
Ag-Au，Ag-Pd，Au-Pd，Ni-Pd，Pt-Rh，Cr-Mo，CuNi，Ir-Pt，Mo-W Ni-Pt ， Fe-V ， Fe-Pt ， Fe-Pd ， Fe-Ni ， Cu-Pt ， Fe-Mn， Cu-Pd ， Cr-Fe ， Co-Ni ， Cu-Mn ， Co-Fe ， Cd-Fe ， CdMg，Au-Pt，Au-Cu，Ni-Mn Ag中含Cd42%，Li中含Hg75%，Ag中含Hg36%，Cu中 含Zn38%，Ag中含Pt40%，Ni中含Zn40%，Al中含 Zn66%，Cr中含Ni47%，Pd中含In67% Ni中含W16%，Fe中含Zn18%，Cu中含Be16%，Ni中含 Ta16%，Ni中含Sn10%，Ni中含Be15%，Fe中含Si25%， Fe中含Ge18%，Cu中含Sn9%，Mg中含Pb8% Cu中含Zr0.6%，α-Fe中含Cu1.2%，Cu中含Ti5.6%，Sn 中含Pb1.5% W中含Ni，Sn中含Ni，Si中含Ni，Zn中含Mn，Zn中含 Mg，Sn中含Mg，Ni中含Mg，Cu中含B
钎焊接头的金属学形态
钎缝组织的不均匀性
扩散区是由钎料组分向母材中扩散所形成的； 界面区是母材组分向钎料中溶解并冷却后形成的，它 可能是固溶体或金属间化合物； 钎缝中心区由于母材的溶解和钎料组分的扩散以及结 晶时的偏析，其组织也不同于钎料的原始组织成分，钎 缝间隙较大时，该区的组织形态与钎料原始组织形态比 较接近，而间隙小时，则二者之间可能存在极大的差 别。 例如：用Ni-Cr-B-Si钎料钎焊不锈钢的小间隙钎缝时， 钎料本身为包晶组织，而钎缝却由固溶体组成。
钎焊接头的金属学形态
共晶体类型的界面区 如果母材和钎料构成共晶体 相图的话，那么钎缝中就可 能出现共晶体组织。接头处 啮合组织的疏密是由共晶点 的位置来决定的。
典型二元合金 共晶类型状态图
钎焊接头的金属学形态
Ag-Cu二元系在含Cu28%时形成熔点为779℃的 共 晶 (Ag 的 熔 点 为 960℃ ， Cu 的 熔 点 为 1083℃)，将Ag箔置于两Cu工件之间，稍加压 力使之良好接触，加热到800℃左右。这时Ag 虽然不能熔化，但由于Ag和Cu之间的相互扩 散，在界面处形成熔融的Ag-Cu共晶体，借助 于这层液态共晶体层，就可将两Cu工件连接起 来。 在Al-Cu二元系中，存在一温度为548℃、成份 为含Cu33%的共晶点。如果将Cu和Al紧密接触 并加热到548℃以上，在界面处就会形成Al-Cu 共晶，从而将Al和Cu连接起来。
镉-硒二元合金状态图
镉硒接头中的化合物型接合区
钎料B与母材A可能形成化合物的典型状态图如 下 所 示 。 属 于 图 (a) 类 型 的 有 ： Ag-Cd ， AgGa，Ag-Ti，Ag-Sb，Ag-Zn，Ag-Sn，Ag-Al， Al-Ti，Cu-Zn，Fe-Zn等二元系；属于图(b) 类 型的有：Al-Cu，Al-Mg，Cu-P，Fe-Si，Ti-Sn 等二元系。
钎焊
————钎焊接头形成过程
主讲：杨建国 先进焊接与连接国家重点实验室 哈尔滨工业大学
第一章 钎焊接头的形成过程
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 钎料的润湿与铺展过程 钎料的毛细填缝过程 影响钎料润湿性的因素 钎料润湿性的评定 液态钎料与母材的相互作用
钎焊接头的金属学形态
钎缝组织的不均匀性
例如:在Sn中加入Pb钎焊Cu时,可使Cu6Sn5 层减薄,当含Pb量达 到70%时,化合物层可能会完全消失。
– 在钎料中加入只能与钎料基体源自文库属形成化合物而不与母材形
成化合物的组元。例如:在Sn中加Ag钎焊Cu时，可在钎缝中形 成Ag3Sn金属间化合物,从而使Cu6Sn5层减薄。
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
化合物相一般硬而脆，对接头的机械性能有不利的影 响。当化合物分散不连续分布时，其影响较小，且可能 由于弥散强化作用而强化接头，但是，当化合物层形成 连续层而夹在母材与钎料之间，且厚度较大时，其影响 较大，会使接头明显变脆，强度显著下降。 为减缓界面处化合物相的生成,可采用如下措施:
钎焊接头的金属学形态
结合区的组织形态
母材与钎料的结合可以形成多种多样的组织 形态。在构成钎缝的三个区域中，界面区的 情况是最复杂的，并且加热温度和加热时间 等因素的影响使其进一步复杂化，并且对接 头的性能也产生很大的影响。 利用二元体系分析还是基本的方法！！！！
钎焊接头的金属学形态
表2-10 二元和金系的相互溶解度
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
许多金属之间可以形成金属间化合物。两种金属结合时， 如果在界面处形成金属间化合物相，就如同一种新的物质 (新相)在被连接金属之间起作用。Cd-Se界面就表现出这种 界面区的典型情况。由图可见，Cd与Se形成CdSe金属间化 合物，然而在Cd和Se与CdSe中间相之间并没有发生任何反 应。Cd-Te的情况也是如此，但它们之间确实是结合起来 了，这可认为是附着力在起作用。
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
结晶系相同(晶格类型相同)，原子半径相近的元素 间大多可以以任意比例固溶，这类金属间的界面成 份从一侧到另一侧连续变化。 Ni-Cu系的熔化温度连续变化，浓度也连续变化， 在一个大晶粒内部的浓度也有所变化。
铜-镍二元合金状态图
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
Cu-Mn系在Mn含量为35%时有最低熔点。二者 的接触面在这一最低点处溶解(接触溶解)，凝 固时如图分为各相。
铜-锰二元合金状态图
铜钎焊锰时的组织形态
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
当钎料与母材为同基的合金时，在界面区也常常形成固溶体组织。
铝-硅二元合金状态图
铝硅钎焊铝时的组织形态
钎焊接头的金属学形态
由于钎料与母材之间的相互 作用，不但使钎缝的成份与 钎料原有的成份不同，而且 使钎缝的组织也与原始钎料 的组织产生差异。 钎缝的成份和组织常常是不 均匀的，一般由三个区域组 成(见右图)，即：母材上靠 近界面的扩散区，与之相邻 的钎缝界面区和钎缝中心 区。
钎缝组织示意图 1-扩散区，2-界面 区，3-钎缝中心区
钎焊接头的金属学形态
形成化合物的典型二元合金状态图
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
母材和钎料在界面处形成 化合物的过程可能如下： 在温度为T时以B钎焊A， A向B中迅速溶解,界面区 的浓度可达到C,冷却凝固 时，首先在界面处析出金 属间化合物。 例如：250℃下以Sn钎焊Cu时，在界面区就形成 Cu6Sn5化合物相(见右图)。
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
如果A-B体系存在几种化合物，在一定条件下(如 钎焊温度过高)，母材向钎料中的溶解使得界面区生 成含母材较少的一种化合物后仍未达到该温度下的 平衡状态，则A和B之间将继续扩散，冷却凝固后就 有可能出现几种化合物。 例如在350℃下用Sn钎焊Cu时，在界面区除形成 Cu6Sn5(η相)之外，在η相与母材Cu之间又出现了 Cu3Sn(ε相)。ε相是含Cu较高的化合物。 除了上述的扩散作用之外，界面区的化合物也可能 直接由母材与钎料发生化学反应而形成。
固溶体类型的界面区组织
当用黄铜钎料钎焊铜母材时，还可看到黄铜晶粒在 铜晶粒的基础上连续生长，形成共同晶粒的现象。 一般来说，晶体结构和原子状态越类似，原子半径 和原子价越接近，固溶体的比例就越大。 正离子半径大的元素容易固溶原子半径小的元素。 在钎焊过程中，若钎料和母材在状态图上可以形成 固溶体时，钎后的界面区也极可能出现固溶体。 固溶体组织的机械性能和电气性能与母材相比没有 很大的不连续性，这对接头是有利的。
溶解度特征
结晶状态无变化的完全 互溶系 高温下完全互溶，低温 下产生同素异形转变或 形成化合物体系 大溶解度的体系（用原 子%表示） 中等溶解度的体系 小溶解度的体系 极小溶解度的体系
二元系
Ag-Au，Ag-Pd，Au-Pd，Ni-Pd，Pt-Rh，Cr-Mo，CuNi，Ir-Pt，Mo-W Ni-Pt ， Fe-V ， Fe-Pt ， Fe-Pd ， Fe-Ni ， Cu-Pt ， Fe-Mn， Cu-Pd ， Cr-Fe ， Co-Ni ， Cu-Mn ， Co-Fe ， Cd-Fe ， CdMg，Au-Pt，Au-Cu，Ni-Mn Ag中含Cd42%，Li中含Hg75%，Ag中含Hg36%，Cu中 含Zn38%，Ag中含Pt40%，Ni中含Zn40%，Al中含 Zn66%，Cr中含Ni47%，Pd中含In67% Ni中含W16%，Fe中含Zn18%，Cu中含Be16%，Ni中含 Ta16%，Ni中含Sn10%，Ni中含Be15%，Fe中含Si25%， Fe中含Ge18%，Cu中含Sn9%，Mg中含Pb8% Cu中含Zr0.6%，α-Fe中含Cu1.2%，Cu中含Ti5.6%，Sn 中含Pb1.5% W中含Ni，Sn中含Ni，Si中含Ni，Zn中含Mn，Zn中含 Mg，Sn中含Mg，Ni中含Mg，Cu中含B
钎焊接头的金属学形态
钎缝组织的不均匀性
扩散区是由钎料组分向母材中扩散所形成的； 界面区是母材组分向钎料中溶解并冷却后形成的，它 可能是固溶体或金属间化合物； 钎缝中心区由于母材的溶解和钎料组分的扩散以及结 晶时的偏析，其组织也不同于钎料的原始组织成分，钎 缝间隙较大时，该区的组织形态与钎料原始组织形态比 较接近，而间隙小时，则二者之间可能存在极大的差 别。 例如：用Ni-Cr-B-Si钎料钎焊不锈钢的小间隙钎缝时， 钎料本身为包晶组织，而钎缝却由固溶体组成。
钎焊接头的金属学形态
共晶体类型的界面区 如果母材和钎料构成共晶体 相图的话，那么钎缝中就可 能出现共晶体组织。接头处 啮合组织的疏密是由共晶点 的位置来决定的。
典型二元合金 共晶类型状态图
钎焊接头的金属学形态
Ag-Cu二元系在含Cu28%时形成熔点为779℃的 共 晶 (Ag 的 熔 点 为 960℃ ， Cu 的 熔 点 为 1083℃)，将Ag箔置于两Cu工件之间，稍加压 力使之良好接触，加热到800℃左右。这时Ag 虽然不能熔化，但由于Ag和Cu之间的相互扩 散，在界面处形成熔融的Ag-Cu共晶体，借助 于这层液态共晶体层，就可将两Cu工件连接起 来。 在Al-Cu二元系中，存在一温度为548℃、成份 为含Cu33%的共晶点。如果将Cu和Al紧密接触 并加热到548℃以上，在界面处就会形成Al-Cu 共晶，从而将Al和Cu连接起来。
镉-硒二元合金状态图
镉硒接头中的化合物型接合区
钎料B与母材A可能形成化合物的典型状态图如 下 所 示 。 属 于 图 (a) 类 型 的 有 ： Ag-Cd ， AgGa，Ag-Ti，Ag-Sb，Ag-Zn，Ag-Sn，Ag-Al， Al-Ti，Cu-Zn，Fe-Zn等二元系；属于图(b) 类 型的有：Al-Cu，Al-Mg，Cu-P，Fe-Si，Ti-Sn 等二元系。
钎焊
————钎焊接头形成过程
主讲：杨建国 先进焊接与连接国家重点实验室 哈尔滨工业大学
第一章 钎焊接头的形成过程
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 钎料的润湿与铺展过程 钎料的毛细填缝过程 影响钎料润湿性的因素 钎料润湿性的评定 液态钎料与母材的相互作用
钎焊接头的金属学形态
钎缝组织的不均匀性