【正文】 具有優(yōu)良的塑性，可用擠壓方法制作各種形狀復雜的薄壁件及尺寸精度高的零件。飛機上的許多結構如飛機的骨架，翼肋等都是用鋁合金制造的。焊接加熱對焊縫附近的基體材料，是否允許軟化是考慮的另一個主要因素。由于釬焊件變形小、尺寸精度高等優(yōu)點 [2]， 因而釬 焊是鋁及鋁合金連接的重要方法，并且近年來在我國得到了廣泛的應用。 1． 4 ZnAl 釬料 對于鋁釬料合金，除了對一般釬料的共同要求，如潤濕性釬縫中流動性，與母材結合能力，釬料本身的熱穩(wěn)定性，釬縫的強度，釬料的熱加工性以外，還因為鋁是一個極活潑的元素，釬料合金元素的選擇與 配伍對焊點的電化學腐蝕有很大的關系 [3]。 ZnAl 釬料電極電位比母材略低，當添加 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，以改善潤濕性及降低熔點。因此這種以氯 化物為主的釬劑對氧化膜的去除基本上是一個松動、破碎、被流動的釬料所推開的過程 [5]。因此，應密封保存，謹防受潮。 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。這些方法在釬焊時一般都采用釬劑，由于鋁及其合金的釬焊對工件表面的清潔度有較高的要求，要獲得良好的質量，必須在釬焊前去除表面的油污和過厚的氧化膜。氧化膜的熔點高達 2050℃且致密而穩(wěn)定，難以去除。 鋁及其合金釬焊時通常使用很強的釬劑，可分為無機釬劑 (氯化 物或氟化物直到400℃ )以及復合氟鋁酸鹽 (550℃以上 )和有機胺基釬劑 (直到 285℃ )等 。其優(yōu)點是 活性高，能增強釬料的流動性，加熱時穩(wěn)定不易失效，可使用各種熱源加熱、方便、價格低廉。 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系中的晶點組成的氟鋁酸鉀鹽作為釬劑，即兩個中間化合物 KAlF4K3A1F6 間的共晶點組成的熔鹽，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℃，這個溫度接近鋁材本身的熔點 (660℃ )，因此除純鋁外，大多數鋁合金都不能采用此方法焊接，所以如何將它的熔點降低成為了一個研究熱點。反應如下： 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，且隨加入的組元質量分數增加熔點逐漸降低， KCl 降低熔點的效果最差。 有機釬劑 近年來國外已研制出多種活性強且釬劑殘渣易溶于水的水溶性有機釬劑 ， 國內也有研制出無腐蝕有機釬劑的報道 [13]，但是減小腐蝕的同時，釬劑的潤濕效果受到了很大影響，所以未能得到推廣應用。 由于含氯離子的軟釬劑只能對易焊金屬 (如銅 )有良好的釬焊效果，而不能用于對難焊金屬 (如鋅 )的釬焊，且氯離子含量較高時，焊接后會對元件產生強烈的腐蝕，因此國內外都在尋找一種低氯的活性軟釬劑。 最近隨著無鉛釬料的發(fā)展研制，用于無鉛釬料的釬劑也方興未艾，但在我國對用于無鉛釬料的釬劑的開發(fā)還幾乎是一個空白。 1． 7 本文研究內容 本文主要圍繞著鋁合金進行低溫釬焊的釬劑配方進行研究 ，考察了不同成分的釬劑對釬料鋪展性能和潤濕角的影響，除此之外，還研究了工藝參數 對 釬劑性能的影響。分 別改變保溫時間和溫度，測量試驗所得面積和潤濕角 。焊前需要對試件進行清理，先用機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。 材料和試驗方法 11 軟釬劑性能的試驗方法 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、相對潤濕力、水萃取液電阻率、干燥度、銅鏡腐蝕試難、絕緣電阻試驗等。 具體試驗方法如下 ： 首先將試樣加工為 50mm 50mm 3mm。以θ角的大小作為指標來評定釬料潤濕性的優(yōu)劣，較小的值表示潤濕性良好。與之類似，在考察 NaF 對釬劑性能的影響時， NH4Cl: ZnCl2=4:45 保持不變， NaF 的含量分別為 0%、 2%、 5%和 8%。 考察保溫時間對釬劑性能的影響，保持加熱溫度 390℃不變，改變加溫時間，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成，但更多的是多組元 系統(tǒng)，組元可為有機物或無機物?；窘M元控制著釬劑的熔點，它熔化后覆蓋在被焊點表面起到隔絕空氣的作用，它同時是釬劑及其它組元的溶劑 ； 去膜組元通過物理或化學過程除去、破碎或松脫母材的表面氧化膜，使熔化的釬料可以潤濕母材表面 ； 界面活性組元進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；同時也是釬劑其它組分及釬劑作用產物的溶劑；并在鋪展時形成致密的液膜，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如表 31 所示 。 表 31 基本組元的物理性質 名稱 密度（ g/cm3） 熔點（℃） 揮發(fā)（℃） 升華（℃） 分解（℃） 沸點（℃） 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物理化學的過程除去、破碎或松脫母材的表面膜，使得熔化的釬料能夠潤濕新鮮的母材表面。但是 LiF 價格昂貴，提高了生產成本。 活性劑的主 要作用在于加快去膜速度，進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，在釬焊過程中，盡可能延長重金屬液層存在的時間，是保持釬劑活性的關鍵。此時，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：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。其結果，反應現(xiàn)象和殘留物形態(tài)如表 34。從表中數據可以看出，隨著 NH4Cl 含量的增加，釬料的鋪展面積逐漸增加，潤濕角逐漸減小，在 NH4Cl 含量為 8%時鋪展面積達到最大，潤濕角達到最小。時會發(fā)生分解反應： 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，潤濕角增大。 起泡后產生白色煙霧 白色泡沫 釬劑 3 8% 390 1200 7． 56176。試驗通過測量釬料在鋁合金上的鋪展面積和潤濕角來判定NaF 的含量對整個釬劑性能的影響。釬劑 釬劑 7 鋪展面積相去不大，潤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在鋁合金上的潤濕性 序號 成分 反應溫度（℃） 鋪展面積（ mm2） 潤濕角(度 ) 反應現(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，對潤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 鋁合金上的潤濕性 序號 成分 反應溫度 (℃ ) 鋪展面積 (mm2) 潤濕角（度） 反應 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 隨著 NH4Cl 含量的增加，釬料的鋪展面積逐漸增加，潤濕角逐漸減小，但過多的增加其含量，會導致鋪展面積 的減小和潤濕角的增大 。 ZnCl2 含量的多少對鋪展面積影響不是很大，但對潤濕角影響較為明顯，當ZnCl2含量為 90%時，潤濕角最小。 圖 37 是釬料鋪展后的示意圖，圖中的 a、 b、 c 分別對應圖 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，因此其生長速度最 快。 根據相圖可知，在釬料冷凝過程中 會發(fā)生共晶反應，此時，液態(tài)溶液同時結晶出兩個成分不同的固相，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。產生缺陷的原因 很多，影響因素也是多方面的。 圖 310 使用 1 號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，釬焊溫度切不可過高。分析實驗結果后有如下結論： 1．成分不同的氯化物 釬劑的鋪展面積和潤濕角各不相同，在所測試的釬劑中，當 NH4Cl 含量為 8%、 NaF 含量為 2%、 ZnCl2含量為 90%、釬焊溫度為 390℃時，綜合性能最好。從金相組織中可以看出，此時的氧化膜殘留最少，基本達到冶金結合，且具備較好的機械性能。在這個過程中，所涉及到地最主要的工藝參數就是釬焊溫度和保溫時時間，它們直接影響釬料填縫和釬料與母材的相互作用，從而決定了接頭質量的高低。在本實驗中，主要考察了 390℃、420℃和 450℃這三種溫度對釬劑的影響。 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)這種情況是過高的溫度引起釬料中低沸點組元的蒸發(fā)、母材晶粒的長大及母材與釬料相互作用過分而導致的熔蝕、脆性化合物生成和晶間滲入等造成的。 確定保溫時間的主要依據是釬料與母材相互作用的特性。潤濕角如圖。這是由于適當的保溫有利于結構的均勻化，從而增加強度。 表 42 不同 保溫時間下釬料的潤濕性 保溫時間（ min） 保溫溫度（℃） 鋪展面積（ mm2） 潤濕角 (176。此時鋪展面積 1100mm2左右，潤濕角為 7176。當 NaF 的含量小于或者大于 2%時，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，其反應溫度很低，與釬料的熔點相差很大。 參考文獻 38 參考文獻 [1] 鄒僖 ． 釬焊 [M] ． 北京：機械工業(yè)出版社， 1989： 13 [2] A． Yamamoto，