【正文】 釬焊用釬劑研究 15 熔點(diǎn) 1030℃特殊情況下，也有使釬劑的熔點(diǎn)稍高于釬料熔點(diǎn)的。這是因?yàn)殁F劑的熔點(diǎn)如過(guò)低于釬料，則在釬焊時(shí)由于釬劑過(guò)早 的熔化將使釬劑的成分由于蒸發(fā)、與母材相互作用等原因使釬料熔化時(shí)已失去其活性。由此可見(jiàn)，調(diào)節(jié)基體的成分使其熔點(diǎn)與釬料熔點(diǎn)匹配至關(guān)重要。常用基本組元的物理性質(zhì)如表 31 所示 。 從表中數(shù)據(jù)可以知道：為了配合 ZnAl 釬料的熔化溫度（ 381℃），釬 劑基質(zhì)的熔化溫度應(yīng)與釬料的熔化溫度相配合 。 常用基本組元中，含 LiCl 釬劑的優(yōu)點(diǎn)是 ： 去除氧化膜的能力較強(qiáng)，鋪展性較好，粘度較小，熔點(diǎn)也較低，有利于保證釬焊質(zhì)量；不含 LiCl 的釬劑，清除下來(lái)的 Al2O3 呈固態(tài)細(xì)片懸浮在釬劑中，會(huì)致使釬劑的粘度迅速增大。而且 LiCl、 KCl 和 NaCl 的熔點(diǎn)都比較高，不太適合 ZnAl 釬料的釬焊，綜合考量后，實(shí)驗(yàn)中選用 NH4Cl 作為基本組元。 表 31 基本組元的物理性質(zhì) 名稱 密度（ g/cm3） 熔點(diǎn)（℃） 揮發(fā)（℃） 升華（℃） 分解（℃） 沸點(diǎn)（℃） 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(jié)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(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。堿土金屬和堿土金屬的氟化物具有溶解金屬氧化物的能力，因此常用作釬劑的去膜劑。由于各種氟化物對(duì)不同的金屬氧化物的溶解能力不同，一般應(yīng)依照需清除的氧化膜的成分和性能、以及釬焊溫度來(lái)進(jìn)行選用。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。但是 LiF 價(jià)格昂貴，提高了生產(chǎn)成本。因此，本試驗(yàn)中選用 NaF 作為去膜組元。 表 32 去膜組元的物理性質(zhì) 名稱 密度（ g/cm3） 熔點(diǎn)（℃） 升華（℃） 沸點(diǎn)（℃） 吸濕 AlF3 1290 1291 — — NaF 993 — 1695 — KF 857 — 1505 易潮解 LiF 842 — 1676 — CaF2 1403 — 2500 — 活性組元的選取 鋁和其它金屬釬焊不同，釬焊中被鋁還原在鋁面上的金屬必須在釬焊溫度下呈液低溫釬焊用釬劑研究 16 態(tài)才具有最大活性。所以選擇一種即有良好的潤(rùn)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。 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。釬焊理論認(rèn)為 ： 當(dāng)鋁氧化膜一開(kāi)始破裂或剝落時(shí)，重金屬離子立即在新鮮的鋁面上被還原，同時(shí)析出金屬液層，這一液層可以覆蓋在鋁面上，也可以在鋁氧化膜和基體金屬之間潛流，使鋁氧化膜浮起來(lái)。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。一旦重金屬液層消失，那么釬劑就失去了活性。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。 常 用的活性劑物質(zhì)有：重金屬鹵化物（如氯化鋅等）或氧化物 (如硼酐等 )。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 。 由于鋁氧化膜的除去過(guò)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(shì)仍然很強(qiáng)，必須以一些重金屬離子與母材間的置換反應(yīng)來(lái)降低熔態(tài)釬料與母材間的界面張力而達(dá)到二者的潤(rùn)濕。此時(shí)，重金屬離子就起了很大的作用。 比 Al 正的元素列中離 Al 愈近的離子被 Al 還原的速度愈慢，離得愈遠(yuǎn)還原速度愈快， 這是因?yàn)樗鼈冎g組成電池的電動(dòng)勢(shì)愈遠(yuǎn)愈大，還原的動(dòng)力愈強(qiáng)的緣故。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。如果析出速度過(guò)快，來(lái)不及合金化，則析出金屬會(huì)呈微粒狀懸浮在釬劑中，表現(xiàn)的征狀是釬劑發(fā)黑。 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。綜合考慮，本試驗(yàn)中選用了 ZnCl2作為活性組元配制釬劑。 表 33 活性組元的物理性質(zhì) 名 稱 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%。試驗(yàn)中需要測(cè)定的是釬料在鋁合金上的鋪展面積和潤(rùn)濕角，各種含量的鋪展面積如圖 31，潤(rùn)濕角如圖 32。其結(jié)果，反應(yīng)現(xiàn)象和殘留物形態(tài)如表 34。 圖 31 不同含量 NH4Cl 在鋁合金上的鋪展面積 NH4Cl含量為 2% NH4Cl含量為 5% NH4Cl含量為 8% NH4Cl含量為 15% 低溫釬焊用釬劑研究 18 NH4Cl含量為 2% NH4Cl含量為 5% NH4Cl含量為 8% NH4Cl含量為 15% 圖 32 不同含量 NH4Cl 在鋁合金上潤(rùn)濕角 從表中的結(jié)果看，釬劑 1 的鋪展面積最小，潤(rùn)濕角最大，黑 色殘留物也最多。釬劑 釬劑 3 和釬劑 4 反應(yīng)現(xiàn)象和殘留物皆相同。釬焊 2 和釬劑 4 鋪展面積和潤(rùn)濕角相差不多，但鋪展面積卻低于釬劑 3 且潤(rùn)濕角大于釬劑 3。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。之后，隨著 NH4Cl 含量增加，鋪展面積反而減小，潤(rùn)濕角反而增大。這是因?yàn)?，隨著 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 。當(dāng)NH4Cl 含量過(guò)大時(shí)，它在整個(gè)釬劑中所占比例較大，由于 NH4Cl 在 176。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。綜合考慮以上因素， 認(rèn)為 NH4Cl 含量為 8%時(shí) ， 釬劑性能 較好 。 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。 起泡后變黑 黑色 釬劑 2 5% 361 775． 86 12． 85176。 起泡后產(chǎn)生白色煙霧 白色泡沫 釬劑 3 8% 390 1200 7． 56176。 起泡后產(chǎn)生白色煙霧 白色泡沫 釬劑 4 15% 349 895． 30 17． 28176。 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。在本試驗(yàn)中，共選擇了四種含量的去膜組元， 分別為 0%、 2%、 5%、 8%。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。各種含量的釬劑的鋪展面積如圖 33 所示，潤(rùn)濕角如圖 34 所示，其結(jié)果，反應(yīng)現(xiàn)象和殘留物形態(tài)如表 35 所示。 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。造成這種情況是原因是去膜組元對(duì)整個(gè)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(rùn)濕角并 沒(méi)有特別大的原因之一。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。釬劑 8 的反應(yīng)溫度過(guò)低，鋪展面積也不理想。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。綜合以上參數(shù)可以判定 NaF 在含量為 2%時(shí)，釬劑的性能較好。 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。在活性組元含量對(duì)釬焊性能的影響試驗(yàn)中，共 選擇 4 種比例進(jìn)行試驗(yàn)，分別為 65%、 80%、90%和 95%。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。其結(jié)果，反應(yīng)現(xiàn)象和殘留物形態(tài)如表 36 所示。 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。活性劑 ZnCl2的含量在超過(guò)一定程度后，不會(huì)再促進(jìn)釬料的鋪展，卻會(huì)導(dǎo)致鋁的強(qiáng)烈的溶蝕。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。綜合考慮釬劑的反應(yīng)溫度、鋪展面積、潤(rùn)濕角和熔蝕對(duì)焊接的影響，可以認(rèn)為當(dāng) ZnCl2的含量為 90%時(shí)，釬劑性能較好。 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 。當(dāng)