秦广阔

钎焊的发展前景

班级：姓名：秦广阔学号：090203 20090610

一、 钎料的发展与现状 1、 无铅钎料的研究

自20世纪90年代以来，对环境友好的技术开始为人们所重视，这其中就包括无铅钎料的开发和应用。传统的锡铅钎料已经广泛应用于设备及电子产品的钎料中，重金属Pb对人类好环境的危害中用日益显著。世界各国都已经开始限制含Pb制品的销售，欧盟于2006年7月1日起应经全面禁止喊Pb、Hg、Cd等6中有毒物质的电子设备的流通，我国信息产业部等部门联合发布的《电子信息产品污染控制管理办法》也于2007年3月起实施。

目前世界上对无铅钎料的研究主要集中在Sn-Ag、Sn-Bi、Sn-Zn、Sn-In等二元或者三元无铅钎料体系。对焊接质量要求高的，如汽车及军用产品，可采用Sn-Ag-Cu钎料；对焊接质量中等要求的，如工业电子或通信电子产品，可采用Sn-Ag-Cu或Sn-Ag钎料；对焊接质量要求低的，如电视、办公设备等，可采用Sn-Ag-Cu(Sb)或Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Bi等钎料。 2、 在钎料中添加微量元素改善其性能

根据合金的相图可知，一些微量合金元素的添加，如Si、Mn、等，能与金属形成固溶体，降低钎料的熔点，从而能减少金属元素的蒸发量，并能促进母材也液态钎料的互相溶解，有利于类金属元素的扩散均匀化，有效地减少钎缝中脆性物的生成，能够提高钎焊接头的性能。

大连理工大学的于大全等人在Sn-9Zn合金中加入适量混合稀土（Ce、La）可以改善其对铜母材的润湿性，加入0.05%RE元素减小了润湿角，增大了润湿力，降低了润湿时间；加入0.1%RE使润湿性又稍有下降，但仍然具有较好的效果。导致此结果的原因是稀土元素降低了液态钎料合金与铜基体之间的界面张力，随着钎焊温度的提高，合金的润湿性显著改善。

广东工业大学的周玉梅等人在Ag-Cu-Zn钎料合金中加入少量Cr粉可以明显改善对钎料合金对金刚石的润湿性能,钎料与金刚石具有较大的结合强度。钎焊过程中,金刚石和钎料合金之间形成了钎料合金反应层。金刚石在靠近钎料的部分形成石墨化层。钎料合金反应层可能是Cr溶于钎料合金中,与金刚石反应生成的Cr7C3等Cr的碳化物,或者是Cr直接与金刚石反应生成Cr的碳化物(溶于钎料合金中)。钎料和钢基体之间形成的过渡层提高了钎料合金与钢基体之间的结合强度。

北航的许鹏等人研究结果表明： La的加入,降低了液态钎料的表面张力,提高了Ti-Cu-Ni基钎料与母材的润湿性能；1.5% La的加入,有效地细化了钎料的晶粒,增加了钎料中固溶体的含量,并改变了母材和钎料间元素的溶解与扩散行为,进而

影响接头的显微组织结构,提了接头强度。

又如Al- Si系钎料为共晶合金系, 其共晶温度577 ℃。共晶组织中的Si相在铸态呈现卷曲的片状, 金相截面呈线状, 力学性能不佳。但接受Na, Sr, La等微量元素的变质处理后, Si相变为树枝状, 金相截面呈蠕虫状, 再经过一定的保温处理Si相能进一步变成粒状, 使钎缝的强度大大提高。

总体来说，稀土元素能够不同程度地改善钎料的机械性能、表面性能。耐腐蚀抗氧化性能以及焊接性能，而且由于稀土元素的独特性质以及国内稀土储量丰富，因此使得含稀土元素的合金钎料更具有竞争力，在产业化方面具有更为广阔的前景。

3、 钎料成型技术的发展

用快速凝固技术，可制造非晶钎料合金、微晶钎料合金，与传统粉末钎料相比，快速凝固制造非晶金属钎料箔材具有突出的特点。实现快速凝固主要途径在于：金属溶液必须被分散成液流或液滴，必须有能吸收能量的冷却介质，目前主要有辊铸法和喷滚法。用快速凝固技术生产钎料，进一步改善其冶金工艺是该技术的一个主要任务。. 二、 异种材料的钎焊

1、 钛及其合金与不锈钢的钎焊

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要金属,具有比强度高、密度低、耐高温、韧性好、导热性能好和抗疲劳性好等优点。而不锈钢是最常用的结构材料,具有一系列优良的性能,如力学性能、焊接性、热稳定性等,且成本相对较低。然而钢铁的耐蚀性能远不如钛合金,且钢的比重较大。因此,在某些情况下需要将钢与钛连接起来使用,以充分发挥各自的长处。研究钛及钛合金与不锈钢的焊接,具有独特的优势和良好的经济效益。

从目前国内外发展现状看,用钎焊方法来焊接钛及钛合金/钢比较理想。因为一方面,钎料的存在可以起到降低应力的作用;另一方面,可通过改变钎料和钎焊温度、钎焊时间、钎缝间隙等工艺参数来减少接头界面脆性金属间化合物的生成量及形态分布,从而实现特殊构件及高精度、高可靠性的连接。

在进行钛合金与不锈钢钎焊连接中,常用的主要有金基钎料、银基钎料、铝基钎料和钛基钎料。由于金基钎料价格较贵使其应用受到一定的限制,而铜基和镍基钎料由于形成脆性的金属间化合物而一般不宜使用。银基钎料和铝基钎料具有良好的润湿性和一定的力学性能,银基钎料合金的缺点是对能引起腐蚀的氯离子很敏感,高温强度低。

薛忠明等采用Ag-Cu-Ti钎料对TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢异种金属组合

薄壁小直径管进行了真空高频感应钎焊工艺研究,分析了不同接头形式、搭接间隙和搭接长度对钎焊接头承载能力的影响。研究结果表明：钛合金与不锈钢母材均与Ag-Cu-Ti钎料发生了良好的化学反应,并且钎料层与钛合金、不锈钢母材之间没有形成金属间化合物层。

杨静等使用银基钎料Ag95CuNiLi,对T42NG钛合金与0Cr18Ni10Ti不锈钢进行钎焊，结果表明,该钎料的液相线温度为918℃,对钛合金具有较强的铺展能力,在不锈钢上的铺展性较差, 钎料与母材冶金结合良好,钎缝致密,在不锈钢一侧形成了三层金属间化合物组织,在钛合金一侧形成了共晶组织，钎料在钛合金和不锈钢异种金属间的漫流距离大于100 mm,钛合金/不锈钢异种金属钎缝的抗拉强度达到220 MPa。

2、 NiTi形状记忆合金与不锈钢的钎焊

TiNi 形状记忆合金是一种新型功能材料，具有优异的形状记忆效应和超弹性，以及强度高、抗腐蚀性强和生物兼容性好等特点，在航空航天、海洋开发、仪器仪表以及医疗器械等领域有广阔的应用前景。目前，人们对TiNi形状记忆合金焊接的研究主要集中在焊接方法和焊接工艺对同质材料接头组织与性能的影响规律，而对TiNi 形状记忆合金与其他材料焊接的研究较。 李明高等人用Ag Cu Zn Sn银基钎料激光钎焊TiNi 形状记忆合金与

1Cr18Ni9Ti 不锈钢。结果表明：TiNi 形状记忆合金与不锈钢激光钎焊接头钎缝主要由 α-Ag 固溶体、α′-Cu 固溶体和 Ag-Cu 共晶相组成；不锈钢/银基钎料界面反应区由 3 层连续的反应层构成，分别为：奥氏体(A)，马氏体(M)/A 和 M/α-Ag+α′-Cu+M；TiNi 形状记忆合金/银基钎料界面反应层主要由 Ti(Ni, Cu)＋(Ni, Cu)Ti2化合物组成。钎焊后，NiTi形状记忆合金侧热影响区组织与母材原始组织比较，制止将发生较大的变化，随着钎焊热输入凉的增加，热影响区变宽，晶粒粗大，强度、硬度降低，塑性提高。严格控制钎焊工艺参数，接头抗拉强度可达到320～360MPa，同时NiTi形状记忆合金的超弹性和形状记性效应损耗也较小。

3、 铜与异种材料的钎焊

马海军等人针对铝和铜异种有色金属钎焊工艺, 从钎料选择、焊前清理、接头装配和钎焊工艺要点等方面对Al/Cu真空钎焊的去膜机理和界面结合特点等进行了研究, 分析了真空钎焊加热温度、升温速度、保温时间和真空度等工艺参数对钎焊接头性能的影响。结果表明, Al- Si钎料中加入1%￣1.5%的Mg作为活化剂, 有利于铝母材表面氧化膜的去除; 加热温度、保温时间及钎料用量对母材溶

蚀的产生具有重要影响。

朱艳以某种油泵电机用换向器的制造为应用背景，采用不同的方法和工艺对石墨与铜的钎焊进行了研究。采用 Ag-Cu-Ti 钎料真空钎焊石墨/铜，从石墨侧开始接头的界面层依次为石墨/TiC/Ag-Cu 共晶组织+Cu 基固溶体/Cu 基固溶体/Cu；当钎焊温度为 870℃、保温时间为 15min 时，接头可以获得最佳的抗剪强度 17MPa，钎焊工艺参数对石墨/Ag-Cu-Ti/Cu 钎焊接头的性能影响并不显著，断裂均发生在石墨母材的近界面处。 4、

目前异种材料之间钎焊主要存在的以下几点问题：

(1)一般钎料在不锈钢上润湿不好,对于异种材料连接,不容易保证钎料在不同母材表面均良好润湿;

(2)即使选用合适的钎焊参数,钎焊接头依然比母材的强度要低得多,并不可避免要生成金属间化合物,要得到在较高温度和负载较大的环境下工作的综合性能良好的接头,需要作大量的工作。