第2章 钎焊原理

• 渐变慢，所以，为填满间隙，必须有足够的保 • 温时间。
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§2.3 液态钎料与固态母材的相互作用
§2.3.1 母材向钎料的溶解 液态下相互溶解——钎焊时母材溶于液态钎料。 有利于最终形成的钎缝组织，接头强度延性↑ 形成脆性化合物物相，接头强度延性↓ 母材向钎料溶解作用的四因素 (1)母材与钎料成分 (2)钎焊温度（固溶体或简单共晶，温升溶多；金 属间化合物，总体同上，局部下降） (3)钎焊保温时间（抛物线规律，时间的平方根） (4)钎料量（正比，过量发生溶蚀）
2 真空 粗真空
101kPa～1.33kPa (760～10Torr) 低真空 1.33kPa～133mPa （10～10-3Torr) 高真空 133mPa～133×10-5mPa (10-3～10-8Torr) 超高真空 133×10-5mPa以下 （低于10-8Torr） 1Torr=133Pa
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§2.1.1 固体金属的表面结构
0.2-0.3nm的气体吸附层，3-4nm厚的氧化膜层， 1-10um变形层 采用还原性酸（如HCl、HF、稀硫酸、有机酸） 氧化性酸（如HNO3）或碱（如NaOH、KOH）
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§2.1.2 界面润湿性
θ- 接触角（润湿角），其大小表征了体系润湿 铺展的强弱。钎焊时一般希望θ＜ 20。。
4. 氧化膜为母材所溶解；如TiO2在高于700℃溶 入Ti中。 5. 被母材合金元素还原去除；如Mg还原Al2O3。 6. 液态钎料的吸附作用使氧化膜强度下降，破 碎弥散并溶入钎料中。可能是上述作用的相互补充 。氧化物的挥发可能性较大。真空比中性气氛有较 好的去膜作用。 3 活性气体 活性气体介质除能防止母材和钎料氧化及保证 钎焊区的低氧分压外，还与氧化膜直接发生作用予 以消除氧化膜。
第2章 钎焊原理
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第2章 钎焊原理 §2.1 钎料的润湿与铺展过程
润湿是指由固-液相界面来取代固-气相界面， 从而使体系的自由能降低的过程。即将液滴置于 固体表面，若液滴和固体界面的变化能使液-固体 系自由能降低，则液滴能很好润湿固相表面并铺 展开。 固、液、气之间的界面张力决定了液态钎料在 母材上的润湿与铺展行为。
液态钎料在水平位置的平行间隙中的填缝长度为： L= a σlg cosθ*t ／2η a-平板间隙, t-钎焊时间,η-液态钎料的粘度 液态钎料在毛细作用下的流动速度： V =σlg a cosθ／4ηh
= a(σsg - σsl)／4ηh • cosθ↑,η↓，则V↑; • V ∝ 1/h ，刚开始V大，随着h 的增加，而逐
氧化物的分解压越高，说明氧化物越易分解。 现场氧分压与该氧化物的分解压的关系决定了金 属是氧化还是还原： 现场氧分压 ＞该氧化物的分解压 金属氧化 现场氧分压 ＜该氧化物的分解压 氧化 物分解 现场氧分压 ＝该氧化物的分解压 平衡 中性气氛中钎焊去膜效果并不好，常需添加少量 活性气氛或配用自钎剂钎料。
氧化膜直接发生作用予以消除氧化膜。 通常采用氢，也可以使用CO。两者相比 ，氢活泼得多。
MemOn + nH2 = mMe + nH2O
Kp与氢中水蒸气含量有关。
露点—气体所含水蒸气开始凝聚成水的温度。 气体中水蒸气含量越少，则它的露点温度越低。
• 气体钎剂 • 特殊活性气体（气体钎剂）加至中性或活性气体炉 中钎焊。 • 固态化合物热分解 • ～800℃完全分解) • (850～950℃完全分解)
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§2.2 液态钎料的填缝
§2.2.1 液态钎料在垂直放置的平行间隙中的填缝 当将两互相平行的金属 板垂直插入液态钎料中 时,假设平行金属板无 限大,钎料量无限多,由 于存在毛细作用,如果 钎料可以润湿金属板, 则会出现图(a)所示的 情形,否则,则会出现图 (b)的情形。
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• • • • •
•
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§2.4 钎焊时的去膜过程
§2.4.2 钎剂去膜 机制有：溶解、剥落、松动、被流动的钎料 推开等。 在较高温度下钎焊铜合金或铁合金时，其钎 剂的主要成分是硼酸酐 ——溶解 铝及铝合金氧化膜在以氯化物为主的钎剂中 的去除基本上是一个松动、破碎、被流动的 钎料推开的过程
2.4.3 无钎剂钎焊过程中母材表面氧化膜的去除 （1） 中性气体 钎焊中使用的中性气体主要是氩，个别情 况下也用氮。 氩是惰性气体，主要是起保护作用，没有 直接去除氧化膜的能力。有的氧化膜的清除是 借助于氧化物的分解以及在液态钎料的吸附作 用下氧化膜强度的降低、弥散并溶解于钎料中。 由表可见，大部分金属氧化物的分解温度 高于金属熔点甚至沸点。可知，在钎焊过程中 不可能单纯依靠加热来求得氧化物的分解。
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§2.1.3 影响钎料润湿铺展性的因素
1、钎料和母材成分的影响 如果钎料与母材在液态和固态下均无相互作用，则它们之 间的润湿性就很差；如钎料和母材之间能相互溶解或形成 金属间化合物，则液态钎料就能较好地润湿母材。 钎料中添加表面活性物质时，可明显减少液态钎料的表面 张力，改善钎料对母材的润湿性。 2、金属表面氧化物的影响（表面张力值很低） 3、钎剂的影响 4、母材表面粗糙度的影响（当钎料与母材的相互作用弱 时，影响大，作用大时，影响小） 5、温度的影响（液体的表面张力随着温度升高而降低）
• 直接使用卤化物气体 • 分两类： • 卤化氢 有HCl、HF，它们对母材有 腐蚀性。 • 三卤化硼 有较好的性能。
• 3.3 机械及物理去膜 一、机械去膜 刮擦钎焊 ① 借助于坚硬物体，如刮刀、锉、钢丝刷、烙 铁等。 ② 借助于钎料棒端头 二、物理去膜 超声波去膜 当超声波作用于液体金属时，液体内部将产生空化作用，使 液体交替地受到压力和张力作用。这种作用发生在固体表面，空 穴闭合所产生的高压以及固态表面处液体的相当大的局部位移， 对固态表面产生强大的机械冲击作用，以致去膜。这种机械去膜 难以直接用于钎焊接头，大多用于钎前对钎焊面的涂敷钎料层。 目前主要用于硅、玻璃、陶瓷等难钎焊材料。
NH4F → NH3 + HF NH4BF4 → NH3 + HF + BF3
(600
•
～900℃完全分解） • 气态
KBF4 → KF + BF3
2NH3 → N2 + 3H2
（800
• HF、 BF3 、 KF、H2 能很好地去除氧化膜 ，但它们的分解温度很高，主要用于合金钢 、不锈钢的硬钎焊。
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§2.3wenku.baidu.com液态钎料与固态母材的相互作用
§2.3.2 钎料组分向固态母材的扩散
dC d m DS dt dx
其中 dm-钎料组分的扩散量 D-扩散系数 S- 扩散面积 dC/dx-在扩散方向上扩散组分的浓度梯度 dt-扩散时间
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§2.3 液态钎料与固态母材的相互作用
§2.3.3 钎焊接头的显微组织 钎料与母材的相互作用可以形成下列组织 (1)固溶体（铜钎焊镍，铜\铝基体钎料焊铜\铝） (2)化合物 (3) 共晶体 采用含共晶体组织的钎料（铜磷\银铜\铝硅\锡铅） 母材与钎料形成共晶体（银钎料钎焊铜）
去膜机理： 1. 降低氧分压，导致氧化物分解；但真空度需
极高，很难达到。
2. 加热过程中金属氧化物挥发而去除；如在 105Torr的真空度下，MoO 在600℃，W O在800℃，NiO 3 2 在1070℃，V2O5和MoO2在1000～1200℃蒸发。 3. 母材或组分发生挥发，破坏并排除了氧化膜 ；