【正文】 2 小結 ......................................................................................................................... 25 界面的微觀組織分析 ..................................................................................................... 25 釬料鋪展后的組織 ......................................................................................................... 27 缺陷分析 ......................................................................................................................... 27 本章小結 ......................................................................................................................... 29 第 4 章 工藝參數對釬劑的工藝性能的影響 .................................... 30 溫度的影響 ..................................................................................................................... 30 時間的影響 ..................................................................................................................... 32 本章小節(jié) ........................................................................................................................ 34 結 論 ................................................................... 30 致 謝 .................................................... 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 ................................................................. 31 文獻綜述 ................................................................. 40 重慶工學院畢業(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 。改變加熱溫度和保溫時間，考察了時間和溫度對釬料潤濕性的影響。此時釬料 鋪展面積 為 1100mm2左右，潤濕角為 7176。 從顯微組織中可以看出， NH4Cl的含量在 8%時， NaF 含量為 2%和 ZnCl2含量為 90%， 此時的氧化膜殘留最少，釬料與母材基本達到冶金結合；并且 其反應溫度與釬料的熔點最為接近 。保溫時間的延長對鋪展 面積和潤濕角沒有太大的影響 。 and brazing temperature is 390176。但是其表面存在一層極薄且致密的氧化膜，其厚度為納米級。膜有兩層，內層靠鋁處為無定形態(tài)，外層為晶態(tài)，加熱時隨溫度上升此晶態(tài)層厚度增加，長時間加熱則整個晶化。同樣，若 液態(tài)釬料被氧化膜包裹，也不能在母材上鋪展。 釬焊技術中采用了釬劑、氣體介質、機械方法和物理方法清除金屬表面氧化膜，本課題主要研究釬劑去膜。國內的研究大部分仍處在實驗室階段，且質量也難以達到較高的技術標準，所以鋁及其合金用低溫軟釬劑的研制有很強的研究意義和經濟意義。鋁雖然是活潑金屬，但由于在許多介質中會使其表面生成一層致密的氧化膜，因而具有較高的化學穩(wěn)定性，是良好的耐腐蝕材料，其純度越高，耐腐蝕性越強。鋁在低溫（ 0196℃）介質中，仍然具有良好的強度和力學性能。 1． 2． 2 鋁合金的應用 鋁合金的熔點比鋼低得多（一般為 600℃左右），熔煉和鑄造都比較容易。因此，在鋁合金制品中，鑄造件占的比重很大。 鋁合金的抗蝕性，導熱，導電性均好，可用來制作經常暴露在大氣或腐蝕性氣體中的零件。但是，由于鋁合金比重小，具有較高的比強度，特別是經熱處理強化后的鋁合金，最適宜應用在航空工業(yè)上。 1． 3 鋁合金的釬焊 鋁合金的焊接 方法很多，幾乎各種方法均可使用。另外一個考慮的因素，就是焊完后零件的性能，如焊縫強度、沖擊韌性、疲勞強度和抗腐蝕性，以及特殊使用狀態(tài)下的性能。此外，對焊縫附近，因受熱而影響其抗腐蝕性也應充分考慮。 由于鋁及鋁合金特有的物理、化學性能等原因，其焊接過程中會遇到一系困難，如氧 化、焊縫裂紋及氣孔等。進而其釬焊問題也是近年來研究最多、發(fā)展較快的研究領域之一。鋁合金常用的釬焊方法有：火焰釬焊、浸漬釬焊、空氣爐中釬焊、真空爐內釬焊。 ZnAl 系共晶點釬料的機械加工性能和純鋅的差不多，雖可熱加工成絲、片材釬料，但長期存放比純鋅更易晶粒長大而變脆。 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。并且對優(yōu)化組織、提高強韌性 、改善工藝性能和抗腐蝕性均有明顯效果。為了得到高質量的接頭，必須去掉表面的氧化物。鋁用釬劑分為鋁用軟釬劑和鋁用硬釬劑 ，此處著重介紹鋁用軟釬劑 。 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。 可用于 180275℃溫度范圍內釬焊鋁及鋁合金，也可用于釬焊鋁青銅和鋁黃銅。這類釬料在溫度高于 275℃后將燒焦 (碳化 )，所以熱穩(wěn)定性較差，同時，長時間加熱的情況下釬劑易喪失活性。這類釬劑的優(yōu)點是無吸潮性，其殘渣也不吸潮，且易于洗去。為了提高流行性，添加了少量鋰、鈉、鉀的鹵化物。 鋁反應釬劑的去膜作用是在釬焊加熱中，重金屬氯鹽滲過氧化鋁膜的裂縫與鋁反應： 2Al+3ZnCl2(SnCl2) → AlCl3+3Zn(Sn) 破壞了氧化鋁膜與鋁的結合。為鋁所置換的鋅及錫以純金屬形式沉積在鋁表面，促進了釬料的鋪展。 緒 論 4 反應釬劑一般以粉末狀及溶在有機溶劑 (乙醇，甲醇等 )中使用。且釬劑吸水后形成氯氧化物而喪失活性。 反應釬劑中的 氯化物釬劑由基質，去膜劑和界面活性劑三個功能部分組成。它們的化學性質穩(wěn)定，與鋁基本上不發(fā)生化學反應，可控制溶劑的熔化溫度以便與釬料的熔化溫度相匹配，因此，選用釬劑時需選擇氯化物的成分 和比例。去除氧化膜的效果主要與 F離子濃度有關，而與化合物的種類關系不大。釬劑反應時，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，經與母材相互作用并合金化后，在釬焊溫度下應呈液態(tài)，這樣才會具有更高的活性。一般含有氯化銨或溴化鉀，以改善潤濕性及降低熔點。 1． 6 鋁合金低溫釬劑的研究現(xiàn)狀 鋁及其合金的軟釬焊方法主要有火焰釬焊，烙鐵釬焊和爐中釬焊等。 與其它常見金屬材料相比， Al 及其合金的釬焊性比較差。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。通常在室溫下氧化膜的厚度為 25nm，在 500℃的高溫加 熱下膜厚度達 100nm 以上。鋁及其合金在釬焊時要破壞這層膜，否則熔融狀態(tài)的釬料不能一與母料潤濕 ； 而釬焊后又需要維持氧化膜的完整，否則接頭將會產生嚴重的腐蝕，普通釬焊材料特別是常緒 論 5 規(guī)釬劑很難滿足要求，所以 Al 釬焊過程中，只有采用合適的釬劑才能提高釬焊的接頭性能。 無機釬劑 氯化物釬劑 在 Al 及其合金加入釬劑可清除 Al 表面的氧化膜并降低熔態(tài)釬料與母材之間的界面張力。即鋁為陽極，氧化鋁為陰極，釬劑起著電解 質的作用，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點與釬劑一起被除去。但是該類釬劑的缺點是存在 C1等鹵離子，殘留釬劑吸潮后形成的酸液對母材產生強烈的腐蝕，從而產生翻漿、長白毛等現(xiàn)象，且吸濕性強，釬劑不易保存，故使用這類釬劑釬焊對殘留物的清洗尤為重要，否則會因殘留物吸濕而引起對工件釬焊區(qū)的腐蝕。有時會加入少量的氟化物，是為了起到溶解氧化膜的作 用，因此作破膜劑使用。通常，鋁及其合金采用的釬劑大部分都具有強烈的腐蝕性，這些材料即使在釬焊后進行了清理，也難以全部除去釬劑對接頭的耐腐蝕性的影響。 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。該方法是 1963 年荷蘭的專利 [8]提出來的，加拿大 Alcan 鋁業(yè)公司的研究人緒 論 6 員應用此專利對傳統(tǒng)釬劑釬焊方法加以改進。 同傳統(tǒng)的氯化物釬劑相比， Nocolok 法具有獨特的優(yōu)點，如簡化操作，降低了成本，同時焊后不產生腐蝕性殘留物，無需清洗，釬劑只在達到釬 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。文獻報道的含氟釬劑有以下幾種 : a. KAlF4一 KA1F5H20 由于在 KFAlF3系中存在 K2AlF5，在高溫時該化合物發(fā)生分解反應 : 2K2AlF5 K3AlF6十 KAlF4 利用部分分解產物組成 KA1F4 KA1F5H20 釬劑。當 W (Mg) 1%時，在 N2中進行釬焊，質量比較好。有關研究 [ 10]表明在 Nocolok 釬劑中添加合適的共價鍵型的分子化合物或絡合物可以降低其熔化溫度。適合于含 Mg 的母材的 釬焊。趙振清等 [12]采用急冷技術以 Ge 為活性劑研究制備的 AgAlCuZn 系釬料配合 AlF3CsF 系釬劑對鋁材在 450℃ 480℃之間氮氣保護條件下進行釬焊實現(xiàn)了可靠連接，釬焊過程釬料展鋪性良好，但焊后 有發(fā)黑現(xiàn)象。 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 這樣導致其配制要求極高且很難工業(yè)化生產。加入 W(KCl) =19%左右時熔點降得最低 ，約 30℃左右。 此外還出現(xiàn)了含 Be,B 的氟化物釬劑等 。天津化工研究 [14]所研制了一種可溶于水的有機物軟釬劑。試驗結果顯示清潔度、耐腐蝕性和釬著率均優(yōu)于傳統(tǒng)釬劑，適用于各種銅質散熱器的釬焊。陳一軍 [15]等采用添加與金屬離子結合能力更強的鰲合劑，研制了新型的活性軟釬劑來解決這個問題。此軟釬劑具有潤濕效果好，不產生二次腐蝕的優(yōu)點。日美一些學者在開發(fā)中指出新型釬劑的開發(fā)應集中于無松香、無 VOC 的環(huán)保產品，而且應是免清洗或水溶性的。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]。 緒 論 8 研究內容主要包括以下幾方面： 采用不同含量的氯化物組成的釬劑，基本組元為 NH4Cl、去膜組元為 NaF 和活性組元為 ZnCl2，通過研磨的方法配制多組釬劑，進行鋪展試驗研究，對比不同成分含量的釬劑的鋪展面積和 潤濕角。 研究不同的工藝條件對釬劑鋪展 面積和潤濕角的影響。材料和試驗方法 9 第 2 章 材料和試驗方法 試驗主要儀器 電子天平 加熱爐 保溫箱 金相顯微鏡 實驗所用加熱和保溫裝置如圖 21 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。 表 21 LY12 鋁合金的化學成分 合金元素 CU MG MN FE SI ZN NI AL 化學成分(wt%) ≦ ≦ ≦ ≦ 余量 材料和試驗方法 10 圖 22 ZnAl 相圖 [17] 試驗方法 氯化物釬劑的配制 釬劑的配制方法可以分為熔煉法、研磨法、燒結法、水 調法和化學法 [18]。 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。在本試驗中，主要測量釬劑的鋪展率和潤 濕 性。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。試驗 前用 400 號砂紙打磨鋁板，保證