【正文】 具有優(yōu)良的塑性，可用擠壓方法制作各種形狀復(fù)雜的薄壁件及尺寸精度高的零件。飛機(jī)上的許多結(jié)構(gòu)如飛機(jī)的骨架，翼肋等都是用鋁合金制造的。焊接加熱對(duì)焊縫附近的基體材料，是否允許軟化是考慮的另一個(gè)主要因素。由于釬焊件變形小、尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn) [2]， 因而釬 焊是鋁及鋁合金連接的重要方法，并且近年來(lái)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。 1． 4 ZnAl 釬料 對(duì)于鋁釬料合金，除了對(duì)一般釬料的共同要求，如潤(rùn)濕性釬縫中流動(dòng)性，與母材結(jié)合能力，釬料本身的熱穩(wěn)定性，釬縫的強(qiáng)度，釬料的熱加工性以外，還因?yàn)殇X是一個(gè)極活潑的元素，釬料合金元素的選擇與 配伍對(duì)焊點(diǎn)的電化學(xué)腐蝕有很大的關(guān)系 [3]。 ZnAl 釬料電極電位比母材略低，當(dāng)添加 Re 后，該性能更為改善，即電位差縮小。在鋁及其合金中加入釬劑可清除鋁表面的氧化膜并降低釬料與母材之間的界面張力。這類釬劑能在 180275℃的溫度下破壞氧化鋁膜，但活性較差。釬劑在作用過(guò)程中析出大量氣體，呈現(xiàn)沸騰狀態(tài)，因此不能保證得到致密的釬縫。一般含有氯化銨或溴化銨，以改善潤(rùn)濕性及降低熔點(diǎn)。因此這種以氯 化物為主的釬劑對(duì)氧化膜的去除基本上是一個(gè)松動(dòng)、破碎、被流動(dòng)的釬料所推開的過(guò)程 [5]。因此，應(yīng)密封保存，謹(jǐn)防受潮。 氯化物 釬劑中破膜劑主要是氟離子 F。 為了提高活性，添加了少量鋰、鈉、鉀的鹵化物。這些方法在釬焊時(shí)一般都采用釬劑，由于鋁及其合金的釬焊對(duì)工件表面的清潔度有較高的要求，要獲得良好的質(zhì)量，必須在釬焊前去除表面的油污和過(guò)厚的氧化膜。氧化膜的熔點(diǎn)高達(dá) 2050℃且致密而穩(wěn)定，難以去除。 鋁及其合金釬焊時(shí)通常使用很強(qiáng)的釬劑，可分為無(wú)機(jī)釬劑 (氯化 物或氟化物直到400℃ )以及復(fù)合氟鋁酸鹽 (550℃以上 )和有機(jī)胺基釬劑 (直到 285℃ )等 。其優(yōu)點(diǎn)是 活性高，能增強(qiáng)釬料的流動(dòng)性，加熱時(shí)穩(wěn)定不易失效，可使用各種熱源加熱、方便、價(jià)格低廉。 氟 化物釬劑 Al 及其合金的釬焊接頭的耐腐蝕性易受釬料和釬劑的影響，因釬料和母料之間的電極電位差別極大，使接頭的影響更為明顯。該方法采用 KFAlF3系中的晶點(diǎn)組成的氟鋁酸鉀鹽作為釬劑，即兩個(gè)中間化合物 KAlF4K3A1F6 間的共晶點(diǎn)組成的熔鹽，也就是現(xiàn)在通用的Nocolok 法。 Nocolok 方法呈現(xiàn)出一十分廣闊的應(yīng)用前景。 b. CsF 一 AlF3系釬劑 常規(guī)的 Nocolok 方法最大的不足是工作溫度太高，一般為 600℃，這個(gè)溫度接近鋁材本身的熔點(diǎn) (660℃ )，因此除純鋁外，大多數(shù)鋁合金都不能采用此方法焊接，所以如何將它的熔點(diǎn)降低成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。反應(yīng)如下： 8CsF+ Al2O3+Mg0= 4Cs2O 十 2AlF3+MgF2 這種釬劑還適用于含 Zn 的釬料金屬的焊接。加入 KCl,KBr,KI 組元可降低釬劑的熔點(diǎn)，且隨加入的組元質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加熔點(diǎn)逐漸降低， KCl 降低熔點(diǎn)的效果最差。 有機(jī)釬劑 近年來(lái)國(guó)外已研制出多種活性強(qiáng)且釬劑殘?jiān)兹苡谒乃苄杂袡C(jī)釬劑 ， 國(guó)內(nèi)也有研制出無(wú)腐蝕有機(jī)釬劑的報(bào)道 [13]，但是減小腐蝕的同時(shí)，釬劑的潤(rùn)濕效果受到了很大影響，所以未能得到推廣應(yīng)用。 由于含氯離子的軟釬劑只能對(duì)易焊金屬 (如銅 )有良好的釬焊效果，而不能用于對(duì)難焊金屬 (如鋅 )的釬焊，且氯離子含量較高時(shí)，焊接后會(huì)對(duì)元件產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕，因此國(guó)內(nèi)外都在尋找一種低氯的活性軟釬劑。 最近隨著無(wú)鉛釬料的發(fā)展研制，用于無(wú)鉛釬料的釬劑也方興未艾，但在我國(guó)對(duì)用于無(wú)鉛釬料的釬劑的開發(fā)還幾乎是一個(gè)空白。 1． 7 本文研究?jī)?nèi)容 本文主要圍繞著鋁合金進(jìn)行低溫釬焊的釬劑配方進(jìn)行研究 ，考察了不同成分的釬劑對(duì)釬料鋪展性能和潤(rùn)濕角的影響，除此之外，還研究了工藝參數(shù) 對(duì) 釬劑性能的影響。分 別改變保溫時(shí)間和溫度，測(cè)量試驗(yàn)所得面積和潤(rùn)濕角 。焊前需要對(duì)試件進(jìn)行清理，先用機(jī)械方法去除鋁板表面的氧化膜，再用脫脂棉或纖維海綿除去鋁合金污垢、灰塵、油脂及指紋等，最后用酒清清除難以清理的灰塵和印跡。 材料和試驗(yàn)方法 11 軟釬劑性能的試驗(yàn)方法 軟釬劑性能，包括物理穩(wěn)定性、不黏著性、不揮發(fā)物含量、鋪展率、相對(duì)潤(rùn)濕力、水萃取液電阻率、干燥度、銅鏡腐蝕試難、絕緣電阻試驗(yàn)等。 具體試驗(yàn)方法如下 ： 首先將試樣加工為 50mm 50mm 3mm。以θ角的大小作為指標(biāo)來(lái)評(píng)定釬料潤(rùn)濕性的優(yōu)劣，較小的值表示潤(rùn)濕性良好。與之類似，在考察 NaF 對(duì)釬劑性能的影響時(shí)， NH4Cl: ZnCl2=4:45 保持不變， NaF 的含量分別為 0%、 2%、 5%和 8%。 考察保溫時(shí)間對(duì)釬劑性能的影響，保持加熱溫度 390℃不變，改變加溫時(shí)間，分別為1min、 5min、 10min 和 20min。低溫釬焊用釬劑研究 14 第 3 章 低溫釬焊用釬劑研究 在釬焊過(guò)程中，利用釬劑去膜是目前使用得最廣泛的一種方法 [19]。 。 釬劑由單一組元或者多元組元構(gòu)成，但更多的是多組元 系統(tǒng)，組元可為有機(jī)物或無(wú)機(jī)物?；窘M元控制著釬劑的熔點(diǎn)，它熔化后覆蓋在被焊點(diǎn)表面起到隔絕空氣的作用，它同時(shí)是釬劑及其它組元的溶劑 ； 去膜組元通過(guò)物理或化學(xué)過(guò)程除去、破碎或松脫母材的表面氧化膜，使熔化的釬料可以潤(rùn)濕母材表面 ； 界面活性組元進(jìn)一步降低熔化釬料與母料間的界面張力，使熔化釬料得以在母材表面鋪展。其主要作用是使釬劑具有合適的熔點(diǎn)；同時(shí)也是釬劑其它組分及釬劑作用產(chǎn)物的溶劑；并在鋪展時(shí)形成致密的液膜，覆蓋在母材和釬料表面，防止空氣的有害作用。常用基本組元的物理性質(zhì)如表 31 所示 。 表 31 基本組元的物理性質(zhì) 名稱 密度（ g/cm3） 熔點(diǎn)（℃） 揮發(fā)（℃） 升華（℃） 分解（℃） 沸點(diǎn)（℃） 吸濕 NH4Cl — 100 350 520 吸濕性小 NaCl 801 — — — 1442 微有潮解性 KCl 770 — 1500 — 1413 吸濕易結(jié)塊 LiCl 614 — — — 1360 極易吸濕 去膜組元的選取 去膜組元的作用是通過(guò)物理化學(xué)的過(guò)程除去、破碎或松脫母材的表面膜，使得熔化的釬料能夠潤(rùn)濕新鮮的母材表面。但是 LiF 價(jià)格昂貴，提高了生產(chǎn)成本。 活性劑的主 要作用在于加快去膜速度，進(jìn)一步降低熔化釬料與母材間的界面張力，增加釬料的鋪展面積，常用的活性劑通常是一些重金屬鹽的氯化物。很明顯，在釬焊過(guò)程中，盡可能延長(zhǎng)重金屬液層存在的時(shí)間，是保持釬劑活性的關(guān)鍵。此時(shí)，重金屬離子就起了很大的作用。 控制界面活性劑重金屬離子使減緩在鋁母材面上的析出速度有三個(gè)：一是選擇靠Al 稍近的重金屬離子；二是降低重金屬離子在釬劑中的含量；三是降低釬焊溫度。其結(jié)果，反應(yīng)現(xiàn)象和殘留物形態(tài)如表 34。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著 NH4Cl 含量的增加，釬料的鋪展面積逐漸增加，潤(rùn)濕角逐漸減小，在 NH4Cl 含量為 8%時(shí)鋪展面積達(dá)到最大，潤(rùn)濕角達(dá)到最小。時(shí)會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)： NH4Cl → NH3＋ HCl（白色濃霧） 低溫釬焊用釬劑研究 19 這將影響釬劑的性能，所以反而使得釬料的鋪展面積減小，潤(rùn)濕角增大。 起泡后產(chǎn)生白色煙霧 白色泡沫 釬劑 3 8% 390 1200 7． 56176。試驗(yàn)通過(guò)測(cè)量釬料在鋁合金上的鋪展面積和潤(rùn)濕角來(lái)判定NaF 的含量對(duì)整個(gè)釬劑性能的影響。釬劑 釬劑 7 鋪展面積相去不大，潤(rùn)濕角相差也不大且兩者殘留物形態(tài)相同，但釬劑 7 的反應(yīng)溫度低于釬劑 6。 低溫釬焊用釬劑研究 22 表 35 不同含量 NaF在鋁合金上的潤(rùn)濕性 序號(hào) 成分 反應(yīng)溫度（℃） 鋪展面積（ mm2） 潤(rùn)濕角(度 ) 反應(yīng)現(xiàn)象 殘留物形態(tài) NaF NH4Cl ZnCl2 釬劑 5 0% 4:45 340 179． 65 26． 55 變黑 黑色 釬劑 6 2% 393 1029． 45 8． 2 起泡后白色煙霧 白色泡沫 釬劑 7 5% 360 890． 24 9． 38 起泡后白色煙霧 白色泡沫 釬劑 8 8% 220 489． 93 14． 77 起泡后白色煙霧 白色泡沫，中有黑色 3． 2． 3 活性組元 ZnCl2含量對(duì)釬焊性能的影響 由于釬劑中的去膜劑量受到影響，氧化物的溶解緩慢 ， 加入活性組元的作用是起到進(jìn)一步降低熔化釬料與母材間的界面張力，使熔化釬料得以在母材表面鋪展。 低溫釬焊用釬劑研究 23 圖 35 不同含量 ZnCl2 在鋁合金上的鋪展面積 ZnCl2 含量為 65% ZnCl2 含量為 80% ZnCl2 含量為 90% ZnCl2 含量為 95% 低溫釬焊用釬劑研究 24 圖 36 不同含量 ZnCl2 在鋁合金上的潤(rùn)濕角 ZnCl2 含量為 65% ZnCl2 含量為 80% ZnCl2 含量為 90% ZnCl2 含量為 95% 從表中可以看出，用這一組釬劑所得到的鋪展面積相差皆不是很大，對(duì)潤(rùn)濕角的大小有一定的影響。 低溫釬焊用釬劑研究 25 表 36 不同含量 ZnCl2 鋁合金上的潤(rùn)濕性 序號(hào) 成分 反應(yīng)溫度 (℃ ) 鋪展面積 (mm2) 潤(rùn)濕角（度） 反應(yīng) 現(xiàn)象 殘留物形態(tài) ZnCl2 NaF NH4Cl 釬劑 9 65% 1:4 300 起泡后白色煙霧 黑色 釬劑 10 80% 340 起泡后白色 煙霧 中間發(fā)黑 釬劑 11 90% 388 起泡后白色煙霧 白色泡沫 釬劑 12 95% 360 白色煙霧 白色泡沫，邊有黑色 小結(jié) 隨著 NH4Cl 含量的增加，釬料的鋪展面積逐漸增加，潤(rùn)濕角逐漸減小，但過(guò)多的增加其含量，會(huì)導(dǎo)致鋪展面積 的減小和潤(rùn)濕角的增大 。 ZnCl2 含量的多少對(duì)鋪展面積影響不是很大，但對(duì)潤(rùn)濕角影響較為明顯，當(dāng)ZnCl2含量為 90%時(shí)，潤(rùn)濕角最小。 圖 37 是釬料鋪展后的示意圖，圖中的 a、 b、 c 分別對(duì)應(yīng)圖 38 中的 a 圖、 b 圖和 c 圖。 低溫釬焊用釬劑研究 27 3． 4 釬料 鋪展后 的 組織 從圖 39 中可以看出，釬料鋪展后的組織主要是由 粗長(zhǎng)的柱狀晶、 柱狀樹枝晶、片層狀組織和少量的等軸晶組成。作為晶核的晶面往往是晶面原子密排的那些晶面，因此其生長(zhǎng)速度最 快。 根據(jù)相圖可知，在釬料冷凝過(guò)程中 會(huì)發(fā)生共晶反應(yīng)，此時(shí)，液態(tài)溶液同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分不同的固相，分別為 αAl 和 （ α+ β） 共 ，即為 ZnAl。 所以，鋪料鋪展后的組織主要是由富鋅的 β 相，富鋁的 α 相和（ α+ β） 共 共晶相和 ZnAlCu 三元共晶相組成。產(chǎn)生缺陷的原因 很多，影響因素也是多方面的。 圖 310 使用 1 號(hào)釬劑釬料鋪展后的氣孔 圖 311 是釬劑 10 的金相組織圖片，這張圖片中存在的缺陷是溶 蝕。因此，為了防止溶 蝕，釬焊溫度切不可過(guò)高。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果后有如下結(jié)論： 1．成分不同的氯化物 釬劑的鋪展面積和潤(rùn)濕角各不相同，在所測(cè)試的釬劑中，當(dāng) NH4Cl 含量為 8%、 NaF 含量為 2%、 ZnCl2含量為 90%、釬焊溫度為 390℃時(shí)，綜合性能最好。從金相組織中可以看出，此時(shí)的氧化膜殘留最少，基本達(dá)到冶金結(jié)合，且具備較好的機(jī)械性能。在這個(gè)過(guò)程中，所涉及到地最主要的工藝參數(shù)就是釬焊溫度和保溫時(shí)時(shí)間，它們直接影響釬料填縫和釬料與母材的相互作用，從而決定了接頭質(zhì)量的高低。在本實(shí)驗(yàn)中，主要考察了 390℃、420℃和 450℃這三種溫度對(duì)釬劑的影響。 但是從圖中也可發(fā)現(xiàn)，母材與釬料的界面并不是在母材邊緣，而是在更為下面的位置，出現(xiàn)這種情況是過(guò)高的溫度引起釬料中低沸點(diǎn)組元的蒸發(fā)、母材晶粒的長(zhǎng)大及母材與釬料相互作用過(guò)分而導(dǎo)致的熔蝕、脆性化合物生成和晶間滲入等造成的。 確定保溫時(shí)間的主要依據(jù)是釬料與母材相互作用的特性。潤(rùn)濕角如圖。這是由于適當(dāng)?shù)谋赜欣诮Y(jié)構(gòu)的均勻化，從而增加強(qiáng)度。 表 42 不同 保溫時(shí)間下釬料的潤(rùn)濕性 保溫時(shí)間（ min） 保溫溫度（℃） 鋪展面積（ mm2） 潤(rùn)濕角 (176。此時(shí)鋪展面積 1100mm2左右，潤(rùn)濕角為 7176。當(dāng) NaF 的含量小于或者大于 2%時(shí)，從金相中都能在鋁合金和釬料之間發(fā)現(xiàn)殘留的氧化膜，其反應(yīng)溫度很低，與釬料的熔點(diǎn)相差很大。 參考文獻(xiàn) 38 參考文獻(xiàn) [1] 鄒僖 ． 釬焊 [M] ． 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1989： 13 [2] A． Yamamoto，