哈工大_钎焊_杨建国 05.第01章 钎焊接头形成(影响钎料润湿性的因素2)
钎焊接头的构成过程
固体金属的表面结构
固体纯金属的表面结构：
在氧化膜之下是一层厚度 约为1-2μm厚的微晶组织，其 下层是1--10μm的变形层，这 一层则是由于金属在成形加工 （如压力加工）时所形成的晶 粒变形的结构。
整理课件
固体金属的表面结构
合金表面结构更为复杂： 通常表面能较低的亲氧的组元在固
态情况下也会扩散并富集于表面，形成 复杂多元组成的表面膜。
整理课件
钎料的润湿与铺展过程
l 固体金属的表面结构 l 润湿的分类 l Young 氏方程 l 润湿功、润湿角及表面张力间的关系 l 钎剂覆盖条件下熔融钎料与母材的界面
张力的变化
整理课件
固体金属的表面结构
固体纯金属的表面结构：
最外层表面为0.2--0.3nm的 气体吸附层。随着金属性质的不 同，吸附气体的种类和厚度有一 定差别，一般主要吸附的是水蒸 气、氧、二氧化碳和硫化氢等气 体。
l 同一时期，气焊以及接触电焊（电阻焊）的基本形式-点焊和滚焊也获得了研究和发展。
l 随着冶金、化工、电工、电子等技术的不断发展和进 步，以电弧焊为代表的熔化焊接技术成为材料连接领 域中处于主导地位的连接方法。
整理课件
研究材料连接过程中界面行为的必要性
l 分析连接接头的形成机制
作为焊接概念下的接头形成过程，都是使材料被 连接部位原有的固体表面消失或为新的固—固相界面 取代的过程。分析界面在连接过程中的行为，则是探 求连接接头形成的物理本质的有效途径。
l 明 方以智 撰《物理小识》：焊药以硼砂合铜 为之，若以胡桐汁合银，坚如石。今玉石刀柄 之类焊药，加银一分其中，则永不脱。试以圆 盆口点焊药于其一隅，其药自走，周而环之， 亦一奇也。
整理课件
钎焊－第一章钎焊接头的形成过程
第一章钎焊接头的形成过程本章教学目的：1. 掌握钎料的润湿与铺展、钎料的毛细流动2. 掌握钎料润湿性的评定和影响钎料润湿性的因素3. 掌握液态钎料与母材的相互作用本章课时安排：4H本章重点难点：影响钎料润湿性的因素；液态钎料与母材的相互作用通过绪论中学习钎焊的定义，我们知道，钎焊的过程为：钎料与母材同时加热到钎焊温度，钎料熔化并通过毛细作用流入接头间隙，再通过其与母材发生相互作用形成新的合金，然后在钎缝中冷却结晶形成接头，从而把零件连接在一起。
要想获得优质的钎焊接头，液态钎料必须能够充分地流入并并致密的填满接头间隙，并且钎料能够很好地与母材相互作用。
显然，钎焊包含着两个过程：①钎料填满钎缝间隙的过程；②钎料与母材相互作用的过程。
但并非任何熔化的钎料都会产生这两个过程，也就是说并不是任何熔化的钎料都能够充分地流入并并致密的填满接头间隙，必须在具备一定条件下才能进行，所以为了保证钎焊的实施及接头的质量，就必须首先了解和研究这两个过程的规律性。
第一节钎料的润湿和铺展钎焊时，熔化的钎料是以液态状态与固体母材相接触，液态钎料能否流入接头间隙取决于其对母材的润湿性。
因此，我们首先来学习第一节内容：钎料的润湿和铺展。
一、润湿性润湿性是液态物质与固态物质接触后相互粘附的现象。
当液体处于自由状态下，为使其本身处于稳定状态，往往力图保持球形的表面，当其与固体相接触时，情况就将发生变化，变化规律取决于液体内部的内聚力和液固两相间附着力的相互关系。
如果内聚力大于附着力，则液体不能粘附在固体表面上，这时液体对固体就不润湿；当附着力大于内聚力时，液体就能粘附在固体表面上，力图扩大其与固体的接触面积，这就发生了润湿现象。
二、铺展铺展就是液体在固体表面上自动流开铺平，显然铺展以润湿为前提。
钎焊时液态钎料在固态母材上的填缝过程显然是个铺展过程，因而必然以润湿为先决条件。
只有在液态钎料能润湿固态母材的前提下，它才能填充接头的间隙。
钎焊接头的形成过程
Cu
Cu Si Zn
扩散温度(℃)
950 1000 1150 1280 1000
850 900 860 880
890
497 500 507
扩散系数(cm2/Sec)
2.6×10-7 9.3×10-11 1.45×10-8 2.4×10-9 2.0×10-10
1.3×10-10 2.1×10-10 1.3×10-10 5.6×10-10
产生晶间渗入的系统典型状态图a简单共晶型b存在中间相型钎料与母材之间的扩散晶间渗入的产生是因为在液态钎料与母材接触中钎料组分向母材中扩散由于晶界处空隙较多扩散速度较快结果造成了在晶界处首先形成钎料组分与母材金属的低熔点共晶体
车辆工程系
材料教研室：陈银银
钎焊接头的形成
1、钎料的毛细流动 2、钎料的润湿与铺展,润湿性的评定及其影响因素
3、钎料与母材的相互作用
3.1母材向钎料的溶解 3.2钎料向母材的扩散 3.3钎缝成分与组织的不均匀性
钎焊包含两个过程:一是钎料填满钎缝的过程;二是钎料 同母材相互作用的过程.如果使用钎剂,则还有一个钎剂的填 缝过程. 并不是任何熔化的钎剂或钎料均能顺利的填入任何 焊件间的间隙中去,必须具备一定的条件,即:液体对固体的润 湿以及钎缝的毛细作用是熔化钎剂或钎料填缝的基本条件.
图10：A与B形成简单固熔体
溶解现象与状态图的关系
母材和钎料在固态局部互溶，液态下完全互溶
在T℃下，当用A作为母材，B作为 钎料时，在母材A溶解之前，先需 要钎料B向母材A中扩散，使界面 处的母材成份达到a点时，才发生 溶解。并且母材A进入钎料B使钎 料的成份达到b点时便停止溶解。 因此，如果钎料B在母材A中的极 图11：A与B共晶状态图 限固溶度越大(即a点远离AD线段时)，则母材开始发生溶解所 需要的时间就越长，所以在给定时间内的溶解量就越少。而 母材A在钎料B中的极限溶解度越大(即b点远离AD线段)，则钎 料成份达到饱和所需要的时间就越长，需要消耗母材的量就 越多，溶解量就越大。
影响钎料润湿的因素有哪些？
影响钎料润湿的因素有哪些？
1)钎料和母材的成分。
如果钎料能与母材相互溶解或形成化合物,则它们之间的润湿性很好,如银与铜。
若钎料与母材在固态和液态下均不发生物理化学作用,则它们之间的润湿作用就很差,如铅与铁。
2)针焊时的加热温度。
一般情况下,随着钎焊温度的升高,液体针料内聚力(或表面张力)降低,液态钎料与母材间的界面张力显著降低,钎料的润湿性增强。
但如果温度过高,钎料的润湿性太强会造成钎料流失并引起母材晶粒长大,不利于形成高质量的钎焊接头。
3)金属表面氧化物的清理状况。
由于氧化物的表面张力比金属本身低,在有氧化膜的金属表面上,液态钎料往往凝聚成球状,不与金属发生润湿,所以在钎焊前必须清除钎料和母材表面的氧化物,以增强润湿性。
4)钎剂的性能。
选用适当的钎剂可以清除钎料和母材的表面氧化膜,改进润湿性。
5)母材表面粗糙度。
粗糙表面上纵横交错的细槽对液态针料能起到特殊的毛细管作用,促进钎料沿母材表面的铺展,改善润湿性。
6)表面活性物质的影响。
液态中表面张力小的组分将聚集在液态表面层,呈现正吸收,使溶液的表面自由能降低。
因此,当液态钎料中加有其表面活性物质时,它的表面张力将明显减小,母材的润湿性得到改善。
7)钎料与母材的相互作用。
在实际填缝过程中,液态钎料与固材间存在着溶解、扩散作用,致使液态钎料的成分、密度、粘度和熔点发生变化,这些变化在钎焊过程中影响钎料的润湿及毛细填缝。
8)保护气氛。
河北工业大学钎焊复习题答案
第一章：1.用能量最小原理推导润湿角与材料表面张力、界面张力之间的关系公式太麻烦就没写，我有手写版的，大家互相问一下也行。
2.推导钎料在平板间隙中上升高度与钎料表面张力、润湿角之间的关系同一水平面上的压力相等，所以得到液面上升高度为⎪⎭⎫⎝⎛+=∆2111RRPLGσθσαασααθπθπθπθπcos2coscos)2()2()2()2(LGLGdRdPP==⋅⋅∆=⎰⎰------⊥h aθΔRagh LGθσρcos20-=gah LGρθσcos2=3. 评价钎料润湿性和铺展性能的方法1) 润湿角测量一定体积的钎料放在母材上 采用相应的去膜措施在规定的温度下保持一定的时间 冷凝后切取横截面，测量润湿角2) 铺展面积测量条件同上凝固后测量钎料的铺展面积3) 利用T 型试件评定钎料的润湿性，冷凝后测量钎料沿T 型试件的流动长度 4) 润湿力测量在试片浸入和拉出的期间测量作用在试片上的作用力，通过信号变换器在记录仪上作为时间的函数连续记录5) 润湿角测量在试片浸入和拉出的期间测量试片上钎料的接触角并记录4. 温度是如何影响钎料在母材上的润湿性的液体的表面张力与温度的关系Am ：一个摩尔液体分子的体积；K ：常数； T0：表面张力为零时的临界温度；τ：温度常数随着温度的升高，液体的表面张力减小，提高了润湿性温度升高，钎料本身的表面张力减小，液态钎料与母材间的界面张力降低，提高了钎料的润湿性温度过高，钎料的润湿性太强，造成钎料流失填缝高度计算(续)aS P P =0SSS 0设S 0’为参考点，其表面处的压力为大气压力 aS PP ='0S 1的压力：大气压力+附加压力RP P a S σ-=1S 0的压力：P S1+液柱高度产生的压力gh RP P a S ρσ+-=0S 0 和S 0’的处于同一高度，压力应该相等gh Rρσ=2)cos(aR =θ得到：ga h ρθσcos 2=再由 因此： aS P P =0)(03/2τσ--=T T K A m5. 金属表面的氧化物是如何影响钎料的润湿性的金属表面上总是存在着金属氧化物，在有氧化膜的金属表面上，液态钎料往往凝聚成球状，不与金属发生润湿，这是由于氧化物的表面张力比金属本身的表面张力要低得多所致。
钎焊
1影响钎料润湿性的因素：①钎料和母材成分a ）钎料与母材在固、液态均不发生相互作用，润湿性差b ）钎料与母材相互溶解或形成化合物，液态钎料能较好润湿母材c ）在钎料中加入能与母材形成共同相的合金元素可改善对母材的润湿性②温度：T ↑，钎料表面张力↓，润湿性提高，但T 过高，钎料流失，且会造成母材晶粒长大、溶蚀等现象③金属表面氧化物：氧化物使σSG 下降，导致σSG >σLS ，不润湿（阻碍钎料润湿母材表面）④钎剂：钎剂可清除钎料和母材表面氧化物，改善润湿性⑤母材表面状态：粗糙表面有利于钎料润湿⑥表面活性物质：钎料中加入表面活性物质，表面张力明显下降，母材润湿性得到改善。
2钎料毛细流动及影响因素：钎缝间隙很小，如同毛细管，钎料依靠毛细作用在钎缝间隙内流动，故钎料能否填满钎缝取决于它在母材间隙中的毛细流动特性。
ga cos 2ρθσLGh =。
3钎料流动速度表达式及影响因素？h4cos a ηθσ∙=LGv 。
a 钎缝间隙。
4什么是溶蚀？影响溶蚀的因素？钎焊时母材向过度溶解而造成的特殊缺陷。
影响因素：①液态钎料数量增大，溶解量增大②相图a ）固液均不发生相互作用时，无母材向钎料溶解b ）液态钎料B 和母材A 在液态互溶，在固态不互溶，在钎料中加入母材成分或采用共晶体做钎料，可减小溶解度c ）B 与A 液态不完全互溶，固态部分互溶，B 在A 中溶解度增大时，母材溶解度下降；A 在B 中溶解度上升时，母材溶解量下降③温度：T 上升母材溶解量增大④保温时间t ：t 增长，母材溶解量增多。
5用相图分析钎料成分对母材溶解量的影响？①液态钎料B 与母材A 在固液均不相互作用时，A 不溶解②B 与A 在液态互溶，在固态不互溶，在钎料中加入母材成分或采用共晶体做钎料，可↓溶解度，A 在B 中极限溶解L 度越大，母材溶解量越大；E 越靠近A ，L 1越长，溶解越少，故B 中加入A 或采用共晶钎料，母材溶剂量↓③A 在B 中极限溶解度L 上升时，溶解量上升，B 在A 中溶解度α1上升时，B 向A 中溶解时间较长，A 向B 中扩散时间相对减小，故A 溶解度下降。
1 钎焊接头的形成过程-2
预置钎料
润湿不好，钎缝填充不良， 不能形成钎角，甚至钎料流 出间隙，聚集成球状钎料珠
Xi’an Jiaotong University
液态钎料在毛细作用下的流动速度
σ LG a cos θ v= 4η h
润湿好，速度大； 液体粘度越大，流速越慢； v与流动距离h成反比—钎焊时要有足够 的加热保温时间。
Xi’an Jiaotong University
Ag 在 镍 基 高 温 合 金GH30上的铺展 面积比18-8不锈钢 要大的多； Ag 对 镍 基 合 金 的 润湿性比铁基合 金好的多。
Xi’an Jiaotong University
Ag钎料对不同的固体母材润湿性不同。 液态Ag不能润湿Fe，但液态Cu能够润 湿Fe。 在钎料中加入能与母材发生相互作用 的元素，可以改善钎料的润湿性。
θ
Xi’an Jiaotong University
2）测量铺展面积
试验方法同上，测量钎料铺展面积，以 面积大小作为评定尺度。 铺展面积越大，钎料的润湿性越好。
Xi’an Jiaotong University
3）测量流动距离
取一定体积的钎料置于 T型试件的一端的一侧， 采取相应的去膜措施， 将试件在规定的温度下 保持一定时间，钎料熔 化后将沿接头流动。待 钎料冷凝后，测量钎料 流动的距离。 流动距离越长，钎料的 润湿性越好。
1.2 钎料的毛细流动
钎缝间隙通常是很小的（<0.3mm），钎 料是依靠毛细作用在钎缝间隙内流动的。 毛细流动现象：当把间隙很小的两平等 板插入液体中时，液体在平等板的间隙内会 自动上升或下降的现象。
Xi’an Jiaotong University
毛细作用
a
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)
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:
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
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。
钎焊接头的形成过程 共54页
钎剂的作用:减小σLF,增大 σSF 图7:使用钎剂时液滴在固体表面的平衡
5)母材表面状态(粗糙度)的影响
图8:表面处理对 Ag-20Pd-5Mn钎 料在不锈钢表 面铺展面积的 影响(1095℃)
母材向液态钎料中的溶解
钎缝成份与原钎料成份存在差异，其原因：
母材金属溶入液态钎料
钎料组分的挥发
适当控制溶解程度：
钎料成份合金化 有利于提高接头强度
母材溶解过度：
图9:溶蚀缺陷 a)溶蚀,b)溶穿
熔点升高、粘度增加和流动性变差，往往导致不能填满 钎缝间隙。
母材的表面出现熔蚀缺陷（如图9,即在放置钎料处或钎 缝圆角处使母材产生凹坑，严重时甚至出现溶穿现象 ）
车辆工程系
材料教研室：陈银银
钎焊接头的形成
1、钎料的毛细流动 2、钎料的润湿与铺展,润湿性的评定及其影响因素
3、钎料与母材的相互作用
3.1母材向钎料的溶解 3.2钎料向母材的扩散 3.3钎缝成分与组织的不均匀性
钎焊包含两个过程:一是钎料填满钎缝的过程;二是钎料 同母材相互作用的过程.如果使用钎剂,则还有一个钎剂的填 缝过程. 并不是任何熔化的钎剂或钎料均能顺利的填入任何 焊件间的间隙中去,必须具备一定的条件,即:液体对固体的润 湿以及钎缝的毛细作用是熔化钎剂或钎料填缝的基本条件.
图3:钎焊时的流动系数
2.2钎料润湿性的影响因素
钎料润湿性理论上从公式
可以判定;
但是由于σSG、σLG、σLS数据不全,且受实际条件的影响,不 能用于指导实践.
实际判定钎料的润湿性从以下四个方面入手：
钎焊-2019-2020-2--
01 液体钎料对固体母材的润湿与铺展
1 钎焊定义：
采用熔点比母材低的材料作钎料，将 焊件和钎料加热至高于钎料熔点，但 低于母材熔点的温度，熔化钎料润湿 母材表面，利用毛细作用使液态钎料 充满接头间隙，依靠液态钎料与固态
2 钎焊的基本原理
对被连接零件和钎料同时加热，使钎料熔 化，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展，在 母材间隙中通过毛细流动、填缝、母材相互溶 解和扩散，从而实现零件的连接。
许 多 钎 料 合 金 表 面 和 大 多
不表在 润面钎氧 湿张焊化 现力温物 象值度的 。较下熔
大为点 ，固一 钎态般 焊。都 时它比 产们较 生的高
） 金 属 表 面 氧 化 物 的 影 响
影 响 钎 料 润 湿 性 的 因 素
，
5
影
溶因较液粗性与 距原洁直 ）
解 而 不 复 存 在 。
为 这 些 细 槽 迅 速 被 液 态 钎 料
影响溶解的因素
1）溶解量同状态图的关系 母材向钎料的溶解同它们之间的状态图密切有关。 若母材A和钎料B在液态下能互溶，并形成图1-17所示状
态图，则在温度T下钎焊时，A在B中的溶解量取决于A在B中 的极限溶解度（线段L)，极限溶解度越大，溶解量也越多。 共晶点E的位置对A的溶解量有很大影响：E点越靠近A，则 液相线DE越倾斜，L1线段将越长，A的溶解量越小。但若用 共晶成分的A-B合金钎料钎焊A，则在钎焊温度T时，A在共 晶钎料中的溶解量取决于线段L-L1的长度，且共晶点E越靠 近A，L-L1线段越短，A的溶解量也越小。因此为了减少母 材的溶解，可在钎料中加入母材组分
谢谢观看
母 材 在 液 态 与 固 态 下 均 不 发 生 作
很 大 。 一 般 来 说 ， 当 液 态 钎 料 与
哈工大-钎焊复习思考题
哈工大-钎焊复习思考题1、钎焊技术原理钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。
2、描述全部钎焊工艺过程并简单分析各不同阶段所发生的物理或化学现象钎剂融化、钎剂填缝、钎剂去膜、钎料融化、钎料填缝钎焊工艺过程：一是钎料填满钎缝的过程，二是钎料同母材相互作用的过程。
如果钎焊时使用钎剂，则还有一个钎剂的填缝过程。
不同阶段的物理化学现象：一：钎剂在加热熔化后流入焊件间的间隙，同时熔化的钎剂与母材表面发生物化作用，从而清净母材表面，为钎料填缝创造条件。
二：随着加热温度升高，熔化的钎料与固态母材接触，润湿母材，并在其上铺展。
随后，熔化的钎料依靠毛细作用在钎缝间隙内流动进行填缝。
三：液态钎料在毛细填缝的同时，与母材发生相互扩散作用，一种是母材向液态钎料的扩散，即通常说的溶解；一种是钎料组分向母材的扩散。
3、钎焊技术特点优点：（1）加热温度较低（2）焊件变形小，尺寸精确高（3）可焊异种金属或材料（4）适合于批量生产，生产率很高缺点：（4）接头强度低（5）耐热性差总之，钎焊最明显的优点：母材不化钎料化。
钎焊较适宜连接精密、微型、复杂、多钎缝、异类材料的焊件。
4、简述钎焊工艺方法原理及特点烙铁钎焊用于细小简单或很薄零件的软钎焊。
波峰钎焊用于大批量印刷电路板和电子元件的组装焊接。
施焊时,250℃左右的熔融焊锡在泵的压力下通过窄缝形成波峰，工件经过波峰实现焊接。
这种方法生产率高，可在流水线上实现自动化生产。
火焰钎焊用可燃气体与氧气或压缩空气混合燃烧的火焰作为热源进行焊接。
火焰钎焊设备简单、操作方便，根据工件形状可用多火焰同时加热焊接。
这种方法适用于自行车架、铝水壶嘴等中、小件的焊接。
电阻钎焊利用电流流过被焊工件时,在钎料与母材界面因接触电阻,产生热量进行局部加热钎料,同时还对待焊接处施加一定的压力,加热快。
钎焊复习知识点总结
钎焊的概念：借助于液态钎料填满固态母材之间的间隙并相互扩散形成结合的一类连接材料方法。
根据钎料熔点温度不同，熔点低于450为软钎焊，大于450为硬钎焊，大于900为高温钎焊。
软钎焊和硬钎焊的区别：软钎焊的所用钎料的熔点低于450，接头强度低于70兆帕，硬钎焊所用钎料的熔点高于450，接头强度可达500兆帕。
影响钎料润湿性的因素：（1）钎料与母材的成份，钎料与母材在液态和固态均不相互作用，则他们之间的润湿性很差，若钎料能与母材相互溶解并形成化合物，则液态钎料能较好的润湿母材。
（2）温度，温度升高，钎料表面张力降低，有助于提高钎料的润湿性。
温度过高钎料的润湿性太强，往往容易造成钎料的流失，温度过高坏会引起母材晶粒长大，溶蚀等现象。
(3)金属表面氧化物（4）钎剂可清除氧化膜改善润湿性（5）母材表面的状态粗糙度（6）表面活性物质的影响。
1.钎料应具有合适的熔点；2.钎料应具有良好的润湿性，能充分填满钎锋的间隙；3.钎料与母材的扩散作用，应保证他们之间形成牢固的结合；4.钎料应具有稳定和均匀的成分，应尽量减少钎焊过程中的偏析现象和易挥发元素的消耗等；5所得到的接头应能满足产品的技术要求。
软钎料代号s硬钎料代号b自钎剂钎料：指机能填充钎缝间隙，又能起钎剂作用的钎料。
作用：填缝，去氧化膜。
要求：1.强还原剂2.还原产物熔点低于钎焊温度3.还原产物粘度低4.还原剂能溶于钎料内5.还原剂最好能降低液态钎料的表面张力，改善钎料的润湿性。
3.1. 钎焊时去膜的必要性母材表面氧化膜的存在，液态钎料不能润湿它们，同样液态钎料被氧化膜包裹时，也不能在母材上铺展（ cu ni fe等的氧化膜易去除 al mg ti cr 等的氧化膜难去除）3.2钎剂的作用及性能要求清除母材和钎料表面氧化膜利于铺展填缝隔绝空气起保护作用起界面活化作用改善钎料对母材的润湿性能要求（1）钎剂应具有溶解或破坏母材和钎料表面氧化膜的足够能力（2）钎剂的熔点和最低活性温度应低于钎料熔点（3）钎剂应具有良好的热稳定性（4）在钎焊温度范围内，钎剂应粘度小，流动性好，能很好润湿母材，减小母材的界面张力（5）钎剂不应对母材和焊缝有强烈腐蚀作用和毒性（6）钎焊后钎剂的残渣应容易清除3.3钎剂的组成及各成分的作用（1）钎剂基体组分作用：使钎剂具有具体熔点；作为钎剂其它组分以及钎剂作用产物的溶剂；铺展形成致密液膜覆盖母材和钎料表面（2）去膜剂起溶解母材和钎剂表面氧化膜的作用（3）活性剂加速氧化膜的清除并改善钎料的铺展（钎剂分为软钎剂.硬钎剂.铝，镁，钛用钎剂）3.4氯化锌无机盐软钎剂的去膜机理，为改善氯化锌的去膜效果常加入哪些成分及作用机理：氯化锌以水溶液形式作为钎剂形成络合酸能溶解金属氧化物（1）添加氯化铵能显著降低钎剂的熔点和粘度，减小钎剂与钎料间的界面张力（2）为适应锌基和Ni基钎料钎焊铜及合金可添加高熔点氯化物（Cdcl,kcl）3.5硼酸与硼砂的去膜机理，为改善硼砂性能常加入哪些组分并阐述其作用。
钎焊 (1)
且液B数量损失少）
2.工艺因素
1）温度
温度升高，溶解系数ａ及
极限溶解度Cy均提高，溶解量
G增多。为防止母材溶解过多，
温度不宜过高。
2）加热保温时间
扩散深度x = √2 DT t
t↑，x↑，母材溶解越多。
DT 为温度T 时的扩散系数,母材在液
态钎料中比在固态中的DT 大近万倍。
3）钎料量
层；
（Ag-Zn钎料）
若该组分对二者的亲和力大小相近，则它在钎料中的浓度高于一定值后才
会形成化合物层。
（Ag-Sn钎料）
所以，工程上常用含Zn的Ag钎料钎焊钢。
减薄和防止界面形成化合物层的措施：
1）在钎料中加入既不与母材，又不与钎料
形成化合物的组分，形成阻挡层。如 Sn 中加入
Pb钎焊Cu；
• 3）生产率高，诸多连接缝可一次完成；
• 4）广泛的适用性，可焊金属、非金属及异种金属。
• 缺点：
• 1）接头强度较低，耐热性差；
• 2）多用搭接接头，浪费金属。
• 2.应用
•
适用于精密、尺寸微小、结构复杂、接缝曲折可达性差
以及涉及异种材料连接的场合。在机械、电工电子、汽车、
家电、轻工、原子能、航天航空等领域得到广泛的应用。
综上，对于那些与母材无相互作用因而润湿性差的 钎料，借在钎料中加入能与母材形成共同相的合金元 素，可以改善它与母材的润湿性。
（固溶体的作用优于化合物）
钎料中合金元素对改善钎料润湿
性的作用主要取决于液态钎料与母材 金属的界面张力，界面张力越小，则 润湿性越好。 能与母材金属无限固溶的合金元 素可显著减小界面张力，从而使钎料 的润湿性得到明显的提高，比与母材 金属形成金属间化合物的合金元素好。
钎焊原理
钎焊原理钎焊是利用液态钎料填满钎焊金属结合面的间隙面形成牢固接头的焊接方法，其工艺过程必须具备两个基本条件。
a）液态钎料能润湿钎焊金属并能致密的填满全部间隙；b）液态钎料与钎焊金属进行必要的物理、化学反应达到良好的金属间结合。
1、液态钎料的填缝原理钎焊时，液态钎料是靠毛细作用在钎缝间流动的，这种液态钎料对母材金属的浸润和附着的能力称之为润湿性。
液态钎料对钎焊金属的润湿性越好，则毛细作用越强，因此填缝会更充分。
影响钎料润湿性的因素有以下方面：1）钎料和焊件金属成分影响若钎料和钎焊金属在液态不互溶和固态不互溶，也不形成化合物，则它们之间的润湿性很差；若能液态互溶、固态互溶或形成化合物，则它们之间的润湿性很好。
2）钎焊温度的影响温度的升高，可明显地改善润湿性。
但温度过高，润湿性太好，会造成钎料流失，还会因过火而产生熔蚀现象。
因此，在钎焊过程中，选择合适的钎焊温度是很重要的。
3）焊件金属表面清洁度金属表面的氧化物及油污等杂质会阻碍钎料与焊件金属的接触，使液态钎料聚成球状而很难铺展，因此，钎焊时必须保证焊件金属接头处表面清洁。
4）焊件金属表面粗糙度通常钎料在粗糙表面的润湿性比光滑面好。
这是由于纵横交错的纹路对液态钎料起到特殊的毛细作用。
2、钎料与焊件金属的相互作用1）钎焊金属向钎料的溶解从宏观上看，钎焊过程中钎焊金属不熔化，但是从微观上看，在液态钎料和固态钎焊金属之间发生钎焊金属向钎料中溶解和钎料向钎焊金属扩散的相互扩散反应。
钎焊金属在钎焊过程中向钎料的溶解，实为钎焊金属表面的微区熔化。
钎焊金属向钎料的溶解将导致如下后果：改变钎料原来的成分，使钎料合金化，一般来说，可以提高钎缝的强度；钎焊金属溶解过多会使钎料熔点的粘度升高，使填缝能力下降；过度的溶解使表面出现溶蚀的缺陷，严重时出现溶穿。
影响钎焊金属向钎料溶解的因素有：a）钎料的钎焊金属成分的影响凡是钎料在钎焊金属上有好的润湿性，能顺利进行钎焊的情况下，钎焊金属在液态钎料中都会发生一定程度的溶解。
哈工大_钎焊_杨建国 02.第01章 钎焊接头形成(钎料的润湿与铺展过程 )
钎剂覆盖条件下 熔融钎料与母材间界面张力的变化
由 Young 方 程 可 知 ， 要 促 进 润 湿 则 需 要 使 σsg 增 加，或使σlg 和σsl 下降．而在实际钎焊过程中，最 常采用的方法是用第二种液体(钎剂)覆盖在钎料与母 材的表面上，从而使界面的情况发生变化．此时有：
σ sf − σ sБайду номын сангаас = σ lf cos θ
钎剂覆盖条件下 熔融钎料与母材间界面张力的变化
据此类推，钎剂与固体母材的界面张力应有类 似的关系。例如：采用Al-Si钎料钎焊Al时，如果 用KCl-LiCl-LiF为钎剂，则润湿情况不佳；如果在 上述钎剂中加入ZnCl2，则由于存在如下反应： 在母材上：2Al+3ZnCl2=3Zn↓+2AlCl3↑ 在钎料上：2Al（Si）+3ZnCl2=3Zn↓+2AlCl3↑ 亦即在钎料－钎剂和母材－钎剂的界面上同时发生 传质反应，因而使润湿效果显著增加。
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
第一章 钎焊接头的形成过程
钎剂有无及作用
如果在使用钎剂后可以使 σsf＞σsg或使σlf＜σlg， 就可以促进润湿。
使用钎剂时的界面张力的情况
钎剂覆盖条件下 熔融钎料与母材间界面张力的变化
研究发现，界面有传质作用发生时，界面张 力会下降。 在测定水－油界面张力时，在水中注入乙醇， 乙醇通过水－油界面时会使界面张力下降。 Cd-Pb和Zn-Bi液态金属在有Cd蒸汽渗入时，表 面张力下降。 Cd向CdCl2中溶解时,界面张力也降低。
哈工大_钎焊_杨建国 08.第01章 钎焊接头形成(母材向液态钎料的溶解2)
熔点 (℃) 556 881 779 651 830 518 548 424 437 577 382
A Au Au Cu Ni Cu Ge Fe Mn Nb Mn
B Ge Sb Ti Si Zr Ni Ti Ti Ni Ni
பைடு நூலகம்共晶成份
WGe=12.0％ WSb=～25％ WTi=28.0％ WSi=29.0％ WZr=～46％ WNi=33.2％ WTi=68.0％ WMn=43.5％ WNb=51.6％ WNi=39.5％ 低熔固溶体
溶解现象与状态图的关系
表2-4 适用于接触反应熔化的金属对
A Ag Ag Ag Ag Ag Al Al Al Al Al Al B Al Be Cu Ge Si La Cu Ge Mg Si Zn 共晶成份
WAg=29.5% WBe=0.97％ WAg=71.9％ WGe=19.0％ WSi=4.50％ WLa=76.0％ WCu=33.0％ WGe=53.5％ WMg=67.7％ WSi=11.7％ WZn=95.0％
熔点 (℃) 961 955 370 950 889 1025 1460 640 1237 870
母材溶解过程对钎缝化学成份的影响
母材溶解过程对钎缝化学成份的影响
溶解的速度以及被溶解金属在熔融金属中的分布 特性都取决于溶解过程中速度最小的阶段。 当液态钎料填充毛细间隙之后，母材的溶解是在 液体中没有强迫对流的情况下进行的。 通常钎缝的间隙都不会超过1mm，而扩散边界层的 厚度也在10-1mm数量级，并且母材是在两个相对着 的表面向钎缝中的液态钎料内溶解的，也就是 说，在静态液相中界面处的两个边界扩散层的厚 度可能大于实际钎焊时毛细间隙内液态钎料的厚 度，因此，钎缝中母材金属的大群质量迁移基本 上不能发生。
哈工大_钎焊_杨建国 03.第01章 钎焊接头形成(钎料的填缝过程 )
Young－Laplace方程
由于弯曲表面上有附加压力PA，所以表面扩展需要克服这 种附加压力而做功，即W= PAdV，dV是由曲面移动时扫过的 体积。因为 dV = xydz , W = PAxydz 所以 σ ( xdy + ydx) = PAxydz 由相似三角形的关系：
dx / dz = x / R1, dx = xdz / R1 dy / dz = y / R 2, dy = ydz / R 2
所以 PA = σ (1 / R1 + 1 / R 2) 此式即为Young-Laplace方程。 对于球面：R1=R2=r,则σ=2σ/r； 对于平面：R1→∞,R2 →∞ ，则PA →0。
Young－Laplace方程
Young-Laplace 方 程 是 我 们 讨 论 液 态 钎料填缝时的最基本方程。对于任意形 状的弯曲液面,由于过曲面上一点的任意 两个互相垂直的正截面的曲率半径的倒 数和为常数C,C称为该点的平均曲率。因 此，计算时可以选取特殊位置的截面曲 率半径，这样将使问题得到简化。
y = h = σ lg 2 cos θ ρg (a − 2h tg α )
h(a − 2h tg α ) = 2σ lg cos θ ρg
同理,对于上大下小的间隙(右图(b)),其间隙随高度的 变化为
a" = a + 2 y tg α
当钎料爬升达到最大高度时(y＝h),可得：
h(a + 2h tg α ) = 2σ lg cos θ ρg
弯曲液面附加压力的产生
弯曲液面的附加压力
附加压力的推导：设想在液态钎料内部形成一个球形的气泡, 气泡的半径为r,当温度一定时液体所受的压力为P。当压力 P发生微小变化时,则气泡的表面积A和体积V均发生微小改 变dA和dV,则有： PAdV = ( P − P 0)dV = σdA 对于球形气泡 V=4πr3/3, dV= 4πr2dr A= 4πr2, dA= 8πrdr 所以：dA/dV=2/r 故： PA=2σ/r 可见附加压力与表面张力成正比, 与界面曲率半径成反比。 气泡法测定附加压力示意图
哈工大_钎焊_杨建国 07.第01章 钎焊接头形成(母材向液态钎料的溶解1)
母材的溶解过程
第一阶段是母材与钎料接触的表面层的溶解，这 个反应发生在固-液两相界面上，其实质是液体金 属对固体金属的润湿和原子在相界面处的交换， 破坏固体金属晶格内的原子结合，使得液体金属 原子与固体金属表面处的原子之间形成新的键， 从而完成溶解过程的第一阶段。
母材的溶解过程
只有经历了溶解的第一阶段后，才能形成异质原 子的扩散。这种扩散导致与母材金属相接触的液 态钎料内的化学成份发生变化。 应当指出，扩散过程要经过一段时间间隔后方才 开始，这个时间间隔等于相与相之间能峰的松弛 时间(即所谓的滞后周期)，滞后周期短的金属经 过长时间的接触后，在无化学成份改变的条件 下，不同金属间原则上是可以结合在一起的。 但计算表明，熔融金属与固相相互作用时，扩散 过程所需要的时间与金属接触的时间相比是很短 的，所以在实际钎焊条件下，扩散过程总是能够 进行的。
溶解过程的数学描述
表2-2 无搅拌条件下固态金属及合金在液体中的溶解速度常数
温度 （℃） 360 410 300 溶解速度常数K （x10-3cm/sec) 0.6 0.22 0.095 金属或合金 (固－液) Cu-Pb 温度 （℃） 410 460 500 溶解速度常数K （x10-3cm/sec) 0.055 0.081 0.5 金属或合金 (固－液) Cu-Bi
溶解过程的数学描述
溶解速度常数K作为描述溶解动力学特性的基 本参数，其数值是由固体金属在液体中溶解时 的基本物理过程所决定的。 表2-2列出了不同金属组配时的溶解速度常数 值。由表中数据可见，不同固液系统中金属的 溶解速度常数都具有几乎相同的数量级。 表2-3则给出了不同温度下，一些金属在Sn-Pb 钎料中的溶解速度。
溶解过程的数学描述
假定液态钎料的密度为ρ，体积为V，固液相作用面积为S， 并假定母材组分在液态钎料中的初始浓度为C0 ，极限溶解度 为CL0，在经过一段时间t的溶解后，母材组分在钎料中的浓度 为C，则此时的溶解量为: Q＝ρV(C－C0) (2-4) 在恒温条件下，对于溶解速度可作如下计算: (2-5) dQ d ( ρCV ) L = = K (C0 − C ) S dt dt 上式的物理意义为溶解速度正比于固液相界面面积S，正比于 饱和浓度与液体实际浓度之差(CL0－C)。 当温度变化时，CL0和K都将发生相应的变化，故上式也可写 成: dQ (2-6) = K (T )[C L (T ) − C ]S
钎焊
钎焊（答）一.填空1.钎焊过程包含着_____钎料填满钎缝过程____和_____钎料同母材相互作用过程____两个过程。
2.钎焊接头由 扩散区、 界面区、 中心区 三个区构成。
3.去除金属氧化膜的方法有 钎剂去膜、 气体介质去膜、 机械及物理方法去膜。
4.在钎焊连接中，由于钎料强度比母材________低 __________,钎焊接头的基本形式为________搭接接头。
5.铝及合金的 软 钎焊一般用低温软钎料配 有机软钎剂 高温软钎料配 反应钎剂6. 铝及铝合金真空钎焊加入Mg 作为活化剂，其作用是 消除环境中氧和水气的有害作用；能与表面氧化物直接作用而去膜。
7.钎剂的熔点和最低活性温度应低于钎料熔点，钎剂的作用是清除母材和钎料表面氧化物；以液态薄层覆盖在母材和钎料表面，其隔绝空气作用；起界面活性作用，改善液态钎料对母材润湿。
二、判断题√ √ √ × × × √ √ √ ×三、回答下列各题1.写出液态钎料流动速度表达式，并讨论影响钎料流动速度的因素。
ha v LG ηθσ4cos = 1） 钎料润湿性；2） 粘度；3） 上升高度。
2.什么是自钎剂钎料？试述钎料实现自钎剂作用的条件？自身含有能起到钎剂作用微量元素的钎料。
1）钎料中含有较强的还原剂，能还原母材表面氧化物2）还原产物熔点应低于钎焊温度3）还原产物粘度要小，不妨碍钎料铺展。
3.钎缝间隙对钎焊过程有哪些影响？1） 的毛细添缝过程2） 料从间隙中排除钎剂残渣及气体过程3） 材与填缝钎料的相互扩散过程4） 材对钎缝合金层塑性流动的机械约束作用。
4.试述铝钎焊工艺性较差的原因是什么？1）表面易形成致密而稳定的氧化铝膜2）软钎焊时由于母材和钎料电位相差悬殊，给接头抗蚀性带来影响3）硬钎焊时必须严格控制钎焊温度4）钎剂具有强腐蚀性焊后残渣清除不净接头有被腐蚀危险5.用Ni基钎料钎焊不锈钢影响最大钎缝间隙的因素有哪些？1）钎焊温度2）温时间3）焊后扩散处理6. 对钎剂的性能要求有哪些？1）具有足够溶解或破坏母材和钎料表面氧化膜的能力2）钎剂的熔点和最低活性温度应低于钎料熔点3）具有良好的热稳定性4）熔化的钎剂要粘度小流动性好5）钎料及残渣不应对母材和钎缝有强烈腐蚀作用6）钎剂的残渣容易清除7.试述接触反应钎焊及其原理？1）利用钎料和母材接触熔化，形成共晶体接头的钎焊方法；对能形成共晶体或低熔点固溶体的组元A与B，在接触良好的情况下加热到高于共晶温度以上，依靠相互扩散在界面处形成低熔点共晶体或固溶体，把A与B连接起来8.试述铝用氯化物基硬钎剂的组成及去膜机理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
影响钎料润湿性的因素
母材表面粗糙度的影响
或
γ (σ sg − σ sl ) cos θ e = σ lg
此即威舍尔(Wenzel)方程。 将Wenzel方程与Young方程比较可得
cos θ e γ= cos θ
的接触角(表观接触角); γ≥1－粗糙因子,定义为真实平面的表面积与理想平面 的表面积之比。
影响钎料润湿性的因素
关于接触角的滞后 一般来说，Wenzel方程的平衡状态 是很难达到的。如果将粗糙表面倾 斜，则在表面上的液滴会出现如右图 所示的情况。这时液滴两边的θ虽然 相等，但表观前进角(θ’a)和表观后退 角(θ’r)却不相等，而且前进角总是大 于后退角，所谓的接触角滞后就是指 这种现象。 显然，表面粗糙不平也是造成滞后 现象的重要原因。
例如:Cu在1050℃时的100晶面和111晶面的σs分别为1509达因 和1560达因;Sn在150℃时,在100和001晶面上的σs分别为765达 因和672达因。
影响钎料润湿性的因素
母材表面能的不均匀性
理想化的不均匀表面,在局部区域上,接触角 取决于该局部的表面能, 而本征接触角为θ1＞θ2, 因此,接触角可以从θ1向 θ2变化,产生接触角滞后 现象。
影响钎料润湿性的因素
表面活性物质的影响
在钎焊过程中,当钎料为多元合金时，由于合 金组分对界面张力的影响不同，使某种成分被 有选择性地吸附（或排斥）到相界面上（或离 开相界面）。 根据最小自由焓原理，如果某成分能降低界面 张力，则该成分一定会被吸附到界面上来，从 而使该成分的表相浓度大于体相浓度，即为 “正吸附” 。反之，如果某成分使固液相界面 张力增大，则会被排斥离开相界面，从而使该 成分的表相浓度小于体相浓度，为“负吸附”。
影响钎料润湿性的因素
在钎焊过程中，所用的母材、钎料和钎 剂等常为多元的，因此，第三类物质， 即表面活性物质具有重要意义。由于表 面活性物质用量虽少，但其可以发生强 烈的正吸附作用，使其富集于相界面， 从而大大降低了界面张力。而界面张力 的降低可以大大改善液态钎料对母材的 润湿过程，因而具有重要的意义。
倾斜粗糙表面上 液滴的接触角
影响钎料润湿性的因素
在实际钎焊过程中,不同钎料在不同状态的表 面上的润湿情况也不同。
将Cu圆片分成四分,各部分分别采用刚刷刷、砂纸打 磨、化学清洗和抛光的方法来处理。在Cu片中心位置 放Sn-40Pb钎料进行铺展实验。
影响钎料润湿性的因素
将LF21铝合金的圆片分成四分,各部分分别采 用抛光、刚刷刷、砂纸打磨和化学清洗的方法 来处理。在LF21铝合金片中心放Sn-20Zn钎料 进行铺展实验。
“吸附说”认为,固体表面吸附着空气或油脂之类的污 染物而形成一吸附层。吸附层阻碍液体前进端的前 进,故使θa 较大。但吸附层一旦与液体接触,便被液 体置换或溶解,使固－液间润湿更完全,所以θr 较 小。 “吸附说”实质是认为固体表面的清洁程度是接触角 滞后的原因。 在空气中Hg在αFe上润湿不良,而在真空中润湿良好 这一事实支持了"吸附说"。
影响钎料润湿性的因素
关于接触角的滞后
“表面粗糙说”则认为,Wenzel方程只适用于热力学 稳定平衡状态，但由于表面不均匀，液体在表面上 展开时要克服一系列由于起伏不平而造成的势垒。 当液滴振动能小于这种势垒时，液滴不能达到 Wenzel方程所要求的平衡 状态而处于一种亚稳定状 态。右图描述了两种不同 的亚稳平衡状态的情形。 液滴在粗糙表面上的亚稳状态
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
影响钎料润湿性的因素
影响钎料润湿性的因素
由Young氏方程可知,任何使σsl、σlg、σgs发生变 化,从而使接触角θ发生变化的因素都将影响到钎料 对母材的润湿性。 从热力学观点来看,界面张力即比表面自由焓,它与 各相的物性、成份、温度有关,所以润湿角必然受这 些因素的影响。 从动力学观点来看,接触角必然受时间的影响。 在实际钎焊过程中, 常常不可避免地发生母材向钎 料中的溶解及钎料与母材之间的扩散。而溶解过程 及扩散过程都与物性、成份、温度和时间有关。 本节重点从热力学和动力学角度来讨论影响钎料对 母材润湿性的因素。
影响钎料润湿性的因素
母材表面能的不均匀性
1. 2. 3. 4.
母材表面污染，导致化学成分不均匀； 原子或离子排列紧密程度的不同；导致不同晶面具有 不同的表面自由能； 同一晶面，也会因表面的扭曲和缺陷造成表面自由能 的差异； 实际工程材料多为多元多相合金材料，成份和相组成 的差异造成表面各部分的自由能的不同。
影响钎料润湿性的因素
Wenzel公式仅考虑了真实表面与理想 表面面积的差异,而没有考虑真实表面 具体的特征。实际上,对于同心沟槽和 放射形沟槽来说,在表面粗糙度相同的 情况下,其θ’e 却可能不同。所以可对 Wenzel公式做如下修正: cos θ e' = cos θ [γ − (r − 1)ψ ] 其中:ψ－表面结构因子; r－液滴半径。 不同状态表面上的这种差异,在微观局 部并不违反热力学定律。由右图可 见:θ＝θe －α，从局部上来看,其接 触角仍为θ。
影响钎料润湿性的因素
压力对表面张力的影响 随着压力的变大，表面张力变化不大， 由于表面张力与压力关系的实验研究不 易进行，因此，压力对表面张力的影响 问题要复杂得多。一般情况下，增加体 系的压力，气体在液体表面上的吸附和 在液体中溶解度增大，因此，表面张力 有下降趋势。
影响钎料润湿性的因素
接触角与时间的关系
影响钎料润湿性的因素
母材表面粗糙度的影响
由前式可以看出：当θ<90° 时，θe<θ，即表面粗糙化后较 易为液体所润湿，因而在粗糙金 属表面上的表观接触角更小。当 θ>90°时,θe>θ，即表面粗糙 化后的金属表面上的表观接触角 更大。右图说明了满足Young方程的接触角θ及满 足了Wenzel方程的接触角θe与粗糙因子γ的关系。
影响钎料润湿性的因素
母材表面能的不均匀性
根据Young方程， cos θ e = f1 cos θ1 + f 2 cos θ 2 此即Cassie方程。θe为液体在组合表面上的接 触角，θ1 和θ2 位液体在纯1和纯2表面上的接 触角。 对于多相组合的表面，表观接触角可以表示为: cos θ e = Σf i cos θ i 其中:fi为本征接触角为θi时的表面积分数。
⎛ cos θ e − cos θ lg⎜ ⎜ cos θ e ⎝ ⎞ ⎟ = − K "t ⎟ ⎠
式中,K"为润湿速度常数,θ为任意时刻的接触角。
影响钎料润湿性的因素
接触角与时间的关系 和田将前页图中的实验数据代入上式得到下图。 由图可见,计算结果与实验结果吻合良好,尤其是在 前50秒。
影响钎料润湿性的因素
影响钎料润湿性的因素
接触角与时间的关系 对于一次过程,日本的安田、和田分别进行了研究： 安田认为在一次润湿过程中，钎料的反应元素被母 材吸附，并且服从兰格谬尔 Langmuir吸附动力学 吸附量关系，他把吸附量换成润湿面积进行考察。 和田继承了安田的观点，进一步将吸附量换成固液界面能的变化，并转化成cosθ的变化，导出了
应当区分润湿角与接触角的概念差异。所谓润湿角是指润 湿达到平衡时的接触角。习惯上,在未经特别指明时,所说的 接触角也经常指润湿角。 实际上,以动力学的观点来 看，接触角是随时间变化的,当 t→∞时的接触角θ→θe,即平 衡时的接触角。右图为1600℃ 下，真空中6%Ni-Fe合金上， 0.2%Cu-Ag钎料润湿动态过程的 cosθ与时间t的关系。由图可见， 随着时间的增加,cosθ不断增加。在初始阶段(50秒以前)cosθ 随t增长较快,称为一次过程。其后，cosθ增长较慢,并趋于常数, 称为二次过程。
影响钎料润湿性的因素
关于润湿角的滞后
在润湿的过程中经常可以发现,液体的前进端的接触 角较大,而后退端的接触角较小。这种前进端接触角 θa与后退端接触角θr的差值(θa－θr)称为接触角 的滞后。 对于接触角的滞后有 “表面粗糙说”和“吸附说”等不 同的理论解释。
影响钎料润湿性的因素
关于润湿角的滞后
影响钎料润湿性的因素
实验结果分析： 对于Cu片，由于钢刷刷过的表面粗糙度γ最大, 所以其表观接触角减小,表现为铺展面积增大; 而抛光表面的表面粗糙度最小,使其表观接触 角增大,故表现为铺展面积小。而对LF21铝合 金来说,由于Sn-20Zn钎料与母材之间的相互作 用十分强烈,母材的显微不平处迅速溶解进入 钎料,从而降低了表面粗糙度的影响,使得各部 分的铺展面积基本相同。
母材表面状态的影响 由于母材的实际表面并不是可以满足 Young方程的理想表面，因而，母材的表 面状态必然影响钎料的润湿行为。
影响钎料润湿性的因素
母材表面粗糙度的影响 母材的表面粗糙度在许多情况下会影响到 钎料对它的润湿。将一液滴置于一粗糙表面， 液体在固体表面上的真实接触角几乎是无法测 量的，实验测得的只是其表观接触角。而表观 接触角与界面张力的关系是不符合Young方程 的。但应用热力学可以导出与Young方程类似 的关系式。