【正文】 NH4Cl 含量為 8%，鋪展面積和潤(rùn)濕角達(dá)到本組實(shí)驗(yàn)的最佳值。 當(dāng) NaF 含量小于 2%時(shí)，鋪展面積極小，潤(rùn)濕角極大。當(dāng) NaF 含量大于 2%時(shí)，鋪展面積逐步增大，潤(rùn) 濕角逐步增加。 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。 當(dāng) NH4Cl 含量為 8%、 NaF 含量為 2%、 ZnCl2含量為 90%時(shí)，釬劑性能較好。 此時(shí)，釬料的鋪展面積和潤(rùn)濕角較為理想，且釬劑的反應(yīng)溫度與釬劑的熔化溫度匹配較好。 3． 3 界面 的微觀組織分析 在上一節(jié)中，初步確定了一個(gè)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。 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。 從圖中可以看出，無論是界面的邊緣或者中心，釬料與母材的連接界面都較為模糊，連接界線基本不存在，這說明 釬料與鋁基體已產(chǎn)生一定程度的互溶。 在圖 38 中，沒有發(fā)現(xiàn)黑色的氧化膜存在，這說明使用此配方的釬劑去膜性能良好，同時(shí)，在界面兩邊均沒有發(fā)現(xiàn)溶蝕、氣孔、開裂等焊接缺陷。 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(hào)釬劑得到的界面組織 a. 邊緣處的界面組織 綜合以上各點(diǎn)可以認(rèn)為：當(dāng) NH4Cl 含量為 8%， NaF 含量為 2%， ZnCl2 含量為90%時(shí) ，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(rùn)濕角，而且其界面 結(jié)合良好。 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。 由于所使用的釬料為共晶釬料， 其在常溫時(shí)呈現(xiàn) 尖而細(xì)的樹枝晶形態(tài)。 加熱熔化后， 母材即向熔態(tài)釬料中溶解，隨著釬料向前方流動(dòng) ，母材向釬料中的溶解作用愈來愈減緩。在冷凝時(shí)， 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(zhǎng)大。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。與此同時(shí)又抑制 了那些原子核排列稀疏的晶面的生長(zhǎng)，這就使得母材一側(cè) 長(zhǎng)成組大的柱狀晶 。 又由于釬料中 的第二組元（ Al 組元）與母材金屬的固溶度較大，所以釬料在母材一側(cè)形成縱深較深的固溶體層。 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(qiáng)度；而且由于固溶體組織具有良好的強(qiáng)度和塑性，有利于提高釬焊接頭的性質(zhì) 。 根據(jù)相圖可知，在釬料冷凝過程中 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。 共晶組織的基本形態(tài)特征是兩相交替排列，在圖中呈 現(xiàn)類“珠光體”的片層類組織。其中，黑色的為（ α+ β）共， 白色的為 αAl。 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。 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。 圖 39 使用釬劑后界面的金相組織 缺陷分析 在釬焊生產(chǎn)中，接頭中常常會(huì)產(chǎn)生一些缺陷，這些缺陷包括 ： 氣孔、夾渣、未釬透、裂 縫和溶蝕等。 本試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)的典型缺陷是氣孔和熔蝕。 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。產(chǎn)生缺陷的原因 很多，影響因素也是多方面的。 圖 310 為使用 1 號(hào)釬劑在 200 倍下得到的金相圖片，從圖中可以看出，在釬料部分存在一明顯的氣孔。 氣孔的形成 是因?yàn)?釬劑在加熱過程中分解出氣體 ， 以及 釬劑中的氯化鋅易潮解，可能會(huì)帶入水份，在加熱作用下，產(chǎn)生氣體。這些氣體在釬料凝固前來不及全部排出，則形成氣孔。 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。 溶 蝕 的 產(chǎn)生在于釬料合金中 Al 是與母材同一組元 、 加熱 溫度太高和釬料在原地停留時(shí)間過長(zhǎng)所致。 釬焊溫度對(duì)溶蝕的影響很明顯 ，釬焊溫度越高，鋁可以溶 解的液相釬料中的數(shù)量越多。加之溫度升高，溶解速度也增大，促使母材更快的溶解。因此，為了防止溶 蝕，釬焊溫度切不可過高。 此外 保溫時(shí)間過長(zhǎng)，將為母材與釬料相互作用創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)，也容易產(chǎn)生溶 蝕。但保溫時(shí)間對(duì)溶蝕的影響沒有釬焊溫度那樣顯著。 圖 311 使用 10 號(hào)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(yàn)，測(cè)量了鋪展面積和潤(rùn)濕角，采用金相顯微鏡觀察了試樣的潤(rùn)濕界面形貌。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。此時(shí)鋪展面積 1100mm2左右，潤(rùn)濕角為 7176。左右。 2． NH4Cl 含量為 8%，釬焊溫度最高，為 390℃。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。當(dāng) NaF 的含量小于或者大于 2%時(shí)， 其反應(yīng)溫度很低，與釬料的熔點(diǎn)相差很大。 3． 本次 試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的缺陷主要有氣孔和溶 蝕。重慶工學(xué)院畢業(yè)論文 工藝參數(shù)對(duì)釬劑的工藝性能的影響 30 第 4 章 工藝參數(shù)對(duì)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(gè)過程。在這個(gè)過程中，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。此外，加熱速度和冷卻速度也是比較重要的工藝參數(shù)，它們對(duì)接頭的質(zhì)量有不可忽視的影響。本章中主要討論溫度和時(shí)間 對(duì)鋪展面積和潤(rùn)濕角 的影響。 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。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。 釬料 鋪展面積如圖 41 所示，潤(rùn)濕角如圖42 所示， 潤(rùn)濕性 如表 41 所示。 圖 41 不同溫度下釬料的鋪展面積 ℃時(shí)釬料的鋪展面積 b. 420℃時(shí)釬料的鋪展面積 c. 450℃時(shí)釬料的鋪展面積 工藝參數(shù)對(duì)釬劑的工藝性能的影響 35 圖 42 釬料的潤(rùn)濕角 ℃時(shí)釬料的潤(rùn)濕角 b. 420℃時(shí)釬料的潤(rùn)濕角 c. 450℃時(shí)釬料的潤(rùn)濕角 從表中可以看出，隨著加熱溫度的上升，釬料的鋪展面積逐漸增加，潤(rùn)濕角逐漸減小 .這是由于隨著溫度的升高，液體的表面張力不斷減小。溫度升高，釬料的表面張力降低，有助于提高釬料的 潤(rùn)濕性。 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(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分而導(dǎo)致的熔蝕、脆性化合物生成和晶間滲入等造成的。 表 41 不同溫度下釬料的鋪展面積和潤(rùn)濕角 保溫溫度（℃） 保溫時(shí)間 鋪展面積（ mm2） 潤(rùn)濕角（176。） 390 5min 835． 98 6． 79 420 1178． 85 5． 71 450 1452． 69 工藝參數(shù)對(duì)釬劑的工藝性能的影響 35 4． 2 時(shí)間的影響 保溫時(shí)間與釬焊溫度一樣，也是釬焊過程的 最主要參數(shù)之一。一定的保溫時(shí)間是釬料同母材相互擴(kuò)散、形成牢固結(jié)合所必需的，但過長(zhǎng)的保溫時(shí)間同樣會(huì)導(dǎo)致某些過程的過分發(fā)展而走向反面。 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。當(dāng)釬料與母材的相互作用具有強(qiáng)烈溶解、生成脆性相及引起晶間滲入等不利傾向時(shí)，應(yīng)盡量縮短釬焊的保溫時(shí)間；相反，如果通過二者的相互作用能消除釬縫中脆性相或低熔組織時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)釬焊的保溫時(shí)間。 圖 43 保溫時(shí)間不同時(shí)的釬料的鋪展面積 1min 時(shí)釬料的鋪展面積 5min 時(shí)釬料的鋪展面積 10min 時(shí)釬料的鋪展面積 20min 時(shí)釬料的鋪展面積 本試驗(yàn)共考察了 4 種不同的保溫時(shí)間，分別是 1min、 5 min、 10min 和 20 min。這 4 種情況下的鋪展面積如圖。潤(rùn)濕角如圖。鋪展面積和濕潤(rùn)角具體數(shù)值如表所示。 工藝參數(shù)對(duì)釬劑的工藝性能的影響 35 圖 44 不同保溫時(shí)間下釬料的潤(rùn)濕角 1min 時(shí)釬料的潤(rùn)濕角 5min 時(shí)釬料的潤(rùn)濕角 10min 時(shí)釬料的潤(rùn)濕角 20min 時(shí)釬料的潤(rùn) 濕角 由表中可以看出，隨著保溫時(shí)間的增加，釬料的鋪展面積略有增加，但是增幅不大。潤(rùn)濕角變化不大。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。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，液態(tài)共晶釬料沿晶界滲入愈益深化，釬縫彌散變寬。因?yàn)?Zn 在Al 中的固溶度很大，在 500℃時(shí)可高達(dá) 30%。在釬焊溫度下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，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。 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。 ) 1 390 5 10 20 工藝參數(shù)對(duì)釬劑的工藝性能的影響 35 本章小節(jié) 研究加熱溫度對(duì)潤(rùn)濕性的影響發(fā)現(xiàn)，溫度的提高可以增加釬料的鋪展面積，減小潤(rùn)濕角，但過高的溫度會(huì)出現(xiàn)熔蝕等缺陷。 保溫時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)鋪展面積和潤(rùn)濕角沒 有太大的影響 。 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(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。此時(shí)鋪展面積 1100mm2左右，潤(rùn)濕角為 7176。左右。 2． NH4Cl 含量為 8%，釬焊溫度最高，為 390℃。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。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。 3．本次試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的缺陷主要有氣孔和熔蝕。 4．研究加熱溫度對(duì)潤(rùn)濕性的影響發(fā)現(xiàn)，溫度的提高可以增加釬料的鋪展面積，減小潤(rùn)濕角，但過高的溫度會(huì)出現(xiàn)熔蝕等缺陷。 5．保溫時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)鋪展面積和潤(rùn)濕角 沒 有太大的影響 。 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， K． I． Tsubone． Assembly Technology Using LeadFree Solder[J]． Fujitsu Scientificamp。Technical Journal． 2020， 43(1)： 5058 [3] Q． Han， S． Viswanathan． Analysis of the Mechaism of Die Soldering in Aluminum Die Casting[J]． Etallrgical and Materals Transactions aPhysical Metallurgy and Materials Science 2020 34(1)： 139146 [4] 鄧健 ． 釬 焊 [M]． 北京 ． 機(jī)械工業(yè)出版社 ． 1979： 173174 [5] 張啟運(yùn)，劉淑祺，郭海等 ． 熔鹽過程對(duì)鋁氧化膜過程的研究 [J]，金屬學(xué)報(bào)， 1982，3（ 4）： 152 [6] 印有勝 ． 釬焊手冊(cè) (M)． 黑龍江科技技術(shù)出版社出版 ． 哈爾濱 ． 1989： 161 [7] 印有勝 ． 釬 焊手冊(cè) (M)． 黑龍江科技技術(shù)出版社出版 ． 哈爾濱 ． 1989： 163164 [8] American Metal Society． Metals Handbook [M]， 9ed． Vol． 6． Beijing： China Machinery Press， 1994． 1258 [9] 張啟運(yùn)，劉淑祺，章于華等 ． 熔鹽釬劑與鋁氧化膜的相互作用 [J]，金屬學(xué)報(bào)，1989(25)2： 121126 [10] 張啟運(yùn)，劉淑祺，郭海等 ． 鋁及其合金的無腐蝕不溶性釬劑 [J]，焊接， 1995(10)：26 [11] H． G． Suzuki， J． Ma K． Mihara， S． Sakai， S． Sun． Effect of alloying elements on mechanical proportion