【正文】 到釬 焊溫度時才具有活性，而在較低的溫度下是非活性的，這樣就使殘留釬劑不至于腐蝕工件，特別令人驚異的是這種釬劑的殘留物還使釬焊工件具有抗腐蝕的性能。適合于含 Mg 的母材的 釬焊。 此外還出現(xiàn)了含 Be,B 的氟化物釬劑等 。此軟釬劑具有潤濕效果好，不產(chǎn)生二次腐蝕的優(yōu)點。 研究不同的工藝條件對釬劑鋪展 面積和潤濕角的影響。 本實驗所用的方法為研 磨法，其優(yōu)點的操作簡便，制取容易，缺點是配制的釬劑不便于長期保存。冷卻后，測量釬量的鋪展面積，并沿鋪展釬料的中心線截取剖面，并從剖面上來測量釬料與母材的接觸角θ，如圖 23(b)所示。 工藝參數(shù)對釬焊性能的影響主要表現(xiàn)在加熱溫度和保溫時間上，考察加熱溫度對釬劑的影響時，保持保溫時間 5min 不變，改變加熱溫度，分別為 390℃、 420℃和 450℃。 低活性溫度應(yīng)低于釬料熔點。 釬劑組分的 性質(zhì)及確定 釬劑組成按功能化分可以分為三部分 ： 一是基本組元，二是去膜組元，三是界面活性組元。由此可見，調(diào)節(jié)基體的成分使其熔點與釬料熔點匹配至關(guān)重要。常用去膜組元的物理性質(zhì)如表 32 所示 . 鋁用釬劑中主要選用 NaF 和 LiF 作去膜組元。一旦重金屬液層消失，那么釬劑就失去了活性。如果析出速度過快，來不及合金化，則析出金屬會呈微粒狀懸浮在釬劑中，表現(xiàn)的征狀是釬劑發(fā)黑。釬焊 2 和釬劑 4 鋪展面積和潤濕角相差不多，但鋪展面積卻低于釬劑 3 且潤濕角大于釬劑 3。 起泡后變黑 黑色 釬劑 2 5% 361 775． 86 12． 85176。造成這種情況是原因是去膜組元對整個釬劑性能起極大的影響，在缺乏去膜組元的情況下，釬料極少鋪展，釬料與母材反而出現(xiàn)一定程度的互溶，這也是潤濕角并 沒有特別大的原因之一。其結(jié)果，反應(yīng)現(xiàn)象和殘留物形態(tài)如表 36 所示。當 NaF 含量大于 2%時，鋪展面積逐步增大，潤 濕角逐步增加。 低溫釬焊用釬劑研究 26 圖 37 釬料鋪展后示意圖 圖 38 使用 3 號釬劑得到的界面組織 a. 邊緣處的界面組織 綜合以上各點可以認為：當 NH4Cl 含量為 8%， NaF 含量為 2%， ZnCl2 含量為90%時 ，在釬劑的作用下，釬料不僅可以獲得較大的鋪展面積，較小的潤濕角，而且其界面 結(jié)合良好。 固溶體 一般以樹枝狀方式結(jié)晶，它 的出現(xiàn)不僅可形成交互結(jié)晶，提高釬縫的結(jié)合強度；而且由于固溶體組織具有良好的強度和塑性，有利于提高釬焊接頭的性質(zhì) 。 缺陷的存在給焊件質(zhì)低溫釬焊用釬劑研究 28 量帶來不利的影響。加之溫度升高，溶解速度也增大，促使母材更快的溶解。 2． NH4Cl 含量為 8%，釬焊溫度最高，為 390℃。 4． 1 溫度的影響 釬焊溫度是釬焊過程最主要的工藝參數(shù)之一。一定的保溫時間是釬料同母材相互擴散、形成牢固結(jié)合所必需的，但過長的保溫時間同樣會導(dǎo)致某些過程的過分發(fā)展而走向反面。潤濕角變化不大。 結(jié) 論 36 結(jié) 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。 5．保溫時間的延長對鋪展面積和潤濕角 沒 有太大的影響 。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(jié)合，且具備較好的機械性能。在釬焊溫度下，隨著時間的延長，釬料中的 ZnAl 不穩(wěn)定，分解成 αAl 和 βZn，組織發(fā)生離異共晶轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致片層狀組織逐步消失。這 4 種情況下的鋪展面積如圖。溫度升高，釬料的表面張力降低，有助于提高釬料的 潤濕性。重慶工學(xué)院畢業(yè)論文 工藝參數(shù)對釬劑的工藝性能的影響 30 第 4 章 工藝參數(shù)對釬劑 的工藝 性能的影響 釬焊操作 過程是指從加熱開始，到某一溫度并停留，最后冷卻形成接頭的整個過程。 圖 311 使用 10 號釬劑釬料鋪展后的溶蝕 低溫釬焊用釬劑研究 29 3． 6 本章 小結(jié) 本章主要介紹了采用自制的釬劑和 ZnAl 釬料配合在 LY12 鋁合金板上做鋪展試驗，測量了鋪展面積和潤濕角，采用金相顯微鏡觀察了試樣的潤濕界面形貌。這些氣體在釬料凝固前來不及全部排出，則形成氣孔。 由于釬料中還含有 Cu 元素，所以在晶界處及 βZn 中還存在黑色的 ZnAlCu 三元共晶。在冷凝時， 液態(tài)釬料最先析出 βZn 晶粒 ，隨后， 熔態(tài)釬料中 Zn 組元 即以 晶粒為晶核結(jié)晶長大。 3． 3 界面 的微觀組織分析 在上一節(jié)中，初步確定了一個釬劑的合適配比，在本節(jié)中，觀察使用這種釬劑所得到的界面的微觀組織。綜合考慮釬劑的反應(yīng)溫度、鋪展面積、潤濕角和熔蝕對焊接的影響，可以認為當 ZnCl2的含量為 90%時，釬劑性能較好。綜合以上參數(shù)可以判定 NaF 在含量為 2%時，釬劑的性能較好。在本試驗中，共選擇了四種含量的去膜組元， 分別為 0%、 2%、 5%、 8%。當NH4Cl 含量過大時，它在整個釬劑中所占比例較大，由于 NH4Cl 在 176。試驗中需要測定的是釬料在鋁合金上的鋪展面積和潤濕角，各種含量的鋪展面積如圖 31，潤濕角如圖 32。 由于鋁氧化膜的除去過程僅僅做到破碎松脫，盡管有基質(zhì)的覆蓋和氟離子的作用，新氧化膜生成的趨勢仍然很強，必須以一些重金屬離子與母材間的置換反應(yīng)來降低熔態(tài)釬料與母材間的界面張力而達到二者的潤濕。所以選擇一種即有良好的潤濕性能又可在釬焊溫度下保持液態(tài)的活性物質(zhì)是十分必要的。而且 LiCl、 KCl 和 NaCl 的熔點都比較高，不太適合 ZnAl 釬料的釬焊，綜合考量后，實驗中選用 NH4Cl 作為基本組元。有時在釬劑中則采用高沸點的有機物。 容易清除 [1923]。試樣觀察采用 OLYMPOSGX51 型金相顯微鏡 。在考察 NH4Cl 對釬劑性能的影響時，分別取 NH4Cl 的含量為 2%、 5%、材料和試驗方法 12 8%和 15%,此時 NaF: ZnCl2的比例保持 1： 45 不變。鋪展面積測量法是按照國標 GB1136489《釬料鋪展性及填縫性試驗方法》進行試驗， 如圖23 所示。 為了試驗需要，在焊接以前用鋸子將 3 mm厚的鋁板制成長 50mm 、寬 50mm 的焊接試件。但是由于釬焊溫度提高，釬劑開發(fā)中需要注意防止 黑色釬劑殘渣的形成 [16]。試驗結(jié)果顯示清潔度、耐腐蝕性和釬著率均優(yōu)于傳統(tǒng)釬劑，適用于各種銅質(zhì)散熱器的釬焊。 加入 l%左右的 LiF 可降低釬劑的熔點，但 KFAlF3LiF 三元共晶成分的范圍比較小，緒 論 7 這樣導(dǎo)致其配制要求極高且很難工業(yè)化生產(chǎn)。當 W (Mg) 1%時，在 N2中進行釬焊，質(zhì)量比較好。 上世紀 70 年代后期迅速發(fā)展起來一種水不溶性、不吸潮因而無殘渣也無腐蝕的釬劑，使 Al 的加工水平大大提高。即鋁為陽極，氧化鋁為陰極，釬劑起著電解 質(zhì)的作用，在它的作用下鋁陽極部分被溶解，使氧化膜變形和發(fā)生破壞， 隨后分散的氧化膜質(zhì)點與釬劑一起被除去。其表面氧化膜熔點高，穩(wěn)定性大，并能牢固的附著在鋁或鋁合金的表面。釬劑反應(yīng)時，鋁進入釬劑成為 Al3+，金屬離子被還原并沉積在鋁母材表面上，經(jīng)與母材相互作用并合金化后，在釬焊溫度下應(yīng)呈液態(tài)，這樣才會具有更高的活性。且釬劑吸水后形成氯氧化物而喪失活性。為了提高流行性，添加了少量鋰、鈉、鉀的鹵化物。 1． 5． 1 鋁用有機軟釬劑 這類釬劑的主要組分為幾種氟硼酸鹽，而以有機物三乙醇胺作為它們的溶劑。 ZnAl 共晶釬料以及富 Al 的亞共晶釬料其流動性比 AlSi 差很多，這是因為 ZnAl緒 論 3 互溶度很大，釬料在釬縫中流動的同時，以相當快的速度向母材晶間滲透，這就影響液態(tài)釬料在釬縫中前進的速度。 由于鋁及鋁合金特有的物理、化學(xué)性能等原因，其焊接過程中會遇到一系困難，如氧 化、焊縫裂紋及氣孔等。但是，由于鋁合金比重小，具有較高的比強度，特別是經(jīng)熱處理強化后的鋁合金，最適宜應(yīng)用在航空工業(yè)上。鋁在低溫（ 0196℃）介質(zhì)中，仍然具有良好的強度和力學(xué)性能。同樣，若 液態(tài)釬料被氧化膜包裹，也不能在母材上鋪展。保溫時間的延長對鋪展 面積和潤濕角沒有太大的影響 。 參考文獻 ................................................................. 31 文獻綜述 ................................................................. 40 重慶工學(xué)院畢業(yè)論文 摘 要 I 摘 要 本文主要針對鋁合金低溫釬焊的要求，研究了釬劑的配方及其 工藝 性能 。左右。X 射線衍射分析表明，鋁合金表面氧化膜為γ Al2O3 型氧化膜。 1． 2 鋁合金的性能和應(yīng)用 1． 2． 1 鋁合金的性能 鋁是銀白色輕金屬，具有良好 的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，無磁性，可焊性基本良好。 緒 論 2 鋁合金在常溫及較高溫度下具有優(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。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。 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(jié)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(xué)腐蝕有很大的關(guān)系 [3]。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。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。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]。 氯化物 釬劑中破膜劑主要是氟離子 F。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(zhì)量，必須在釬焊前去除表面的油污和過厚的氧化膜。 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(fù)合氟鋁酸鹽 (550℃以上 )和有機胺基釬劑 (直到 285℃ )等 。 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。 Nocolok 方法呈現(xiàn)出一十分廣闊的應(yīng)用前景。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。 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(nèi)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(yīng)用。 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。分 別改變保溫時間和溫度，測量試驗所得面積和潤濕角 。 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。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。 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。 。基本組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(xué)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。常用基本組元的物理性質(zhì)如表 31 所示 。但是 LiF 價格昂貴，提高了生產(chǎn)成本。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(guān)鍵。 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。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。 起泡后產(chǎn)生白色煙霧 白色泡沫 釬劑 3 8% 390 1200 7． 56176。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(yīng)溫度低于釬劑 6。 低溫釬焊用釬劑研究 23 圖