【正文】 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。 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(guò)高的溫度會(huì)出現(xiàn)熔蝕等缺陷。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。 2． NH4Cl 含量為 8%，釬焊溫度最高，為 390℃。此時(shí)鋪展面積 1100mm2左右，潤(rùn)濕角為 7176。 保溫時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)鋪展面積和潤(rùn)濕角沒(méi) 有太大的影響 。 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。因?yàn)?Zn 在Al 中的固溶度很大，在 500℃時(shí)可高達(dá) 30%。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。 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)濕角如圖。 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。 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。） 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(guò)程的 最主要參數(shù)之一。 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。 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。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。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。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。 3． 本次 試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷主要有氣孔和溶 蝕。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。左右。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。但保溫時(shí)間對(duì)溶蝕的影響沒(méi)有釬焊溫度那樣顯著。因此，為了防止溶 蝕，釬焊溫度切不可過(guò)高。 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。 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。 氣孔的形成 是因?yàn)?釬劑在加熱過(guò)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。產(chǎn)生缺陷的原因 很多，影響因素也是多方面的。 本試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)的典型缺陷是氣孔和熔蝕。 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。其中，黑色的為（ α+ β）共， 白色的為 αAl。 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。 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。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。 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(lái)愈減緩。 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(shù)枝晶、片層狀組織和少量的等軸晶組成。 在圖 38 中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)黑色的氧化膜存在，這說(shuō)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(méi)有發(fā)現(xiàn)溶蝕、氣孔、開(kāi)裂等焊接缺陷。 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。 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。 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) NaF 含量小于 2%時(shí)，鋪展面積極小，潤(rùn)濕角極大。 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 。這是因?yàn)殁F料合金中的 Zn 與母材的互溶度太大、溫度太高和 釬料在原地停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所致。 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。測(cè)量釬料在鋁合金上的鋪展面積和潤(rùn)濕角，各種含量的釬劑的鋪展面積如圖 35 所示，潤(rùn)濕角如圖 36 所示。 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。這是由于去膜組元過(guò)多，使得釬劑流動(dòng)性變差，從而影響釬劑的性能。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 20 圖 33 不同含量 NaF在鋁合金上的鋪展面積 NaF 含量為 0% NaF 含量為 2% NaF 含量為 5% NaF 含量為 8% 低溫釬焊用釬劑研究 21 圖 34 不同含量 NaF在鋁合金上的潤(rùn)濕角 NaF 含量為 0% NaF 含量為 2% NaF 含量為 5% NaF 含量為 8% 從表中可以看出，當(dāng) NaF 含量為 0 時(shí)，鋪展面積極不理想，為 ，且潤(rùn)濕角較大，為 度，工程上通常希望潤(rùn)濕角 20176。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。 起泡后產(chǎn)生白色煙霧 白色泡沫 3． 2． 2 去膜組元含量對(duì)釬焊性能的影響 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。 起泡后產(chǎn)生白色煙霧 白色泡沫 釬劑 3 8% 390 1200 7． 56176。 表 34 不同含量的 NH4Cl 在鋁合金的潤(rùn)濕性 序號(hào) 成分 反應(yīng)溫度（℃） 鋪展面積（ mm2） 潤(rùn)濕角 反應(yīng)現(xiàn)象 殘留物形態(tài) NH4Cl NaF ZnCl2 釬劑 1 2% 1： 45 356 675． 38 21． 86176。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。這是因?yàn)椋S著 NH4Cl 含量增加 ， 釬劑的反應(yīng)溫度 與釬料的熔化溫度逐 漸接近，釬劑的活性與釬料的熔化配合逐漸達(dá)到佳值 。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。釬劑 釬劑 3 和釬劑 4 反應(yīng)現(xiàn)象和殘留物皆相同。其結(jié)果，反應(yīng)現(xiàn)象和殘留物形態(tài)如表 34。 表 33 活性組元的物理性質(zhì) 名 稱(chēng) 狀態(tài) 密度 (g/cm3) 熔點(diǎn) (℃ ) 揮發(fā) (℃ ) 沸點(diǎn) (℃ ) 吸濕性 ZnCl2 白色粉狀、棒狀結(jié)晶體 283 — 732 易潮解 低溫釬焊用釬劑研究 17 3． 2 釬劑含量對(duì)釬焊性能的影響 3． 2． 1 基本組元含量對(duì)釬焊性能的影響 本組試驗(yàn)是測(cè)定基本組元 NH4Cl 對(duì)釬劑鋪展面積和潤(rùn)濕角的影響，試驗(yàn)中共選取了四種含量的基本組元，分別是 2%、 5%、 8%和 10%。 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。作為界面活性劑的重金屬離子的被還原速度應(yīng)與析出金屬與母材合金化的速度相匹配，即還原析出的金屬應(yīng)能及時(shí)和母材潤(rùn)濕并合金化。此時(shí)，重金屬離子就起了很大的作用。前者能與一些釬焊金屬作用，從而破壞氧化膜與釬焊金屬的結(jié)合，并析出純金屬，促進(jìn)釬料的鋪展 ； 后者是借與氧化物形成低熔絡(luò)合物，加速氧化膜的清除 。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。釬焊時(shí)，液態(tài)釬料排開(kāi)由反應(yīng)析出的重金屬液層和被浮起的氧化膜碎片，使釬料的鋪展面積大大增加。 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