钎焊2008-第三章.ppt

第三章金属表面的氧化膜及去膜机理,第三章金属表面的氧化膜及去膜机理,金属氧化物的性质钎剂去除氧化膜方法与机理铝用钎剂其他去膜方法,第一节金属氧化物的性质,钎焊时去膜的必要性钎料难以润湿氧化膜，也难于与氧化膜形成牢固连接即使在焊前机械清除，会很快再生成焊接加热使氧化膜更快地重新生成,不锈钢表面的氧化膜生成很快达到饱和并且稳定；铁的氧化膜也类似，但铁的氧化膜疏松。铝的氧化膜生长速度快；铜的氧化膜生长速度快，会达到饱和。,表面氧化膜对润湿性的影响,表面氧化膜具有比金属表面更低的表面张力,金属氧化物的性质,完全分解型：Ti、Ti合金、无氧铜、Au等贵金属在加热条件下，界面的氧化物可分解并扩散到母材中完全不分解型：Al氧化物非常稳定，在焊接的温度条件下不能分解部分分解型：Cu、Fe高温下氧化膜凝聚，或与基体的结合减弱,各种金属氧化物分解压与温度的关系,金属与氧的反应,反应平衡常数,分解压与温度的关系,分解压越高，该氧化物越容易分解,金属氧化物在大气中完全分解的温度,工业常用金属的氧化膜其分解温度远大于基体的熔点，难以在焊接温度下自动分解，必须采取各种措施主动去除。,第三章金属表面的氧化膜及去膜机理,金属氧化物的性质钎剂去除氧化膜方法与机理铝用钎剂其他去膜方法,第二节钎剂去除氧化膜方法,钎剂去膜方法：利用化学反应去除表面氧化膜使用和操作简单成本较低钎剂及其残渣的腐蚀性焊后清洗增加成本去膜机理各异,钎剂的基本作用及应有的性能,钎剂的作用清除母材和钎料表面的氧化膜保护表面不再氧化界面活性作用，促进钎料润湿,钎剂的性能要求具有溶解或破坏表面氧化膜的足够能力熔点和最低活性温度低于钎料熔点良好的热稳定性在钎焊温度范围，粘度小、流动性好密度小于熔化钎料钎剂及残渣不应有强烈的腐蚀作用残渣容易去除,钎剂的熔点和活性温度要求,钎剂的组成及作用,基体组分使钎剂具有一定的熔点其它组分的溶剂形成致密的保护膜硬钎剂：金属盐或金属盐系统：硼砂、碱金属或碱金属的氯化物软钎剂：高沸点的有机溶剂,去膜剂溶解表面氧化膜碱金属和碱土金属的氟化物,活性剂破坏氧化膜与金属的结合，加速氧化膜清除效果重金属的卤化物：氯化锌、氯化镉等等氧化物：硼酐等,软钎剂-无机软钎剂,组成无机酸：盐酸、氢氟酸、磷酸等以水溶液或酒精溶液形态使用，或与凡士林调成膏状使用特点去膜能力强具有很强的腐蚀性反应,软钎剂-无机软钎剂,组成无机盐：氯化锌等以水溶液形态使用特点吸水性强；发生飞溅活性随浓度增高而提高，超过30%时饱和反应：与水产生络合酸溶解金属氧化物,铺展面积与ZnCl2浓度的关系,当含量超过30%时，去膜作用达到饱和。,改进氯化锌的去膜效果,加入活性剂：氯化铵降低钎剂的熔点和粘度减小钎剂与钎料间的界面张力，促进钎料铺展采用氯化锌-盐酸溶液、氯化锌-氯化铵-盐酸溶液钎焊温度超过350C时强烈冒烟加入高熔点的氯化镉(568C)、氯化钾(768C)、氯化钠(800C)等加入氟化物提高活性,常用无机软钎剂的成分,无机软钎剂具有很强的去氧化膜的能力，热稳定性好，适应的材料范围也很宽。但残渣具有很强的腐蚀性，焊后必须去除干净。,软钎剂-有机软钎剂,组成有机酸乳酸、硬脂酸、水杨酸、油酸有机胺盐盐酸苯胺、磷酸苯胺、盐酸肼、盐酸二乙胺胺和酰胺类有机物尿素、乙二胺、乙酰胺、三乙醇胺天然树脂松香,软钎剂-有机软钎剂,去膜作用有机酸依靠其中羧基的作用，以金属皂的形式去除氧化膜反应方程例如，锡铅钎料钎焊铜时硬脂酸铜会发生分解，从系统获得氢，重新聚合成硬脂酸,软钎剂-有机软钎剂,去膜作用有机胺盐由碱性的胺、肼等与酸生成的可溶性盐钎焊加热过程中，分解成碱性和酸性部分酸性部分与氧化物作用例如，盐酸苯胺为钎剂钎焊铜生成的CuCl2可以再与盐酸苯胺反应,生成的四氯苯胺合铜起到活性剂的作用在焊后冷却过程中，剩余的酸与碱性的胺结合，减轻了残渣的腐蚀作用,软钎剂-有机软钎剂,去膜作用胺和酰胺类有机物与铜离子形成胺铜配位化合物，实现去膜胺铜配位化合物热分解，析出活性铜活性铜与钎料、母材相互作用，促进润湿活性低于有机胺盐松香类成分的80%是松香酸常温为固体不溶于水，溶于酒精、丙酮、甘油等127C熔化在高于150C时有溶解Ag、Cu、Sn的氧化物的能力特点：固态时，良好的电绝缘性、耐湿性和无腐蚀性超过300C时，焦化为新松香酸或焦松香酸，失去去膜能力,硬钎剂,组成硼砂、硼酸及其混合体为基体碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐获得合适的活性温度、增加去膜能力去膜机理硼酸加热时分解，形成硼酐，其熔点是580C硼酐与铜、锌、镍和铁的氧化物形成易溶的硼酸盐但在900C以下时，硼酐的粘度很大，去膜能力也差,一般不单独作为钎剂使用,硬钎剂,去膜机理硼砂在741C熔化，分解成硼酐和偏硼酸钠硼酐与金属氧化物形成易溶的硼酸盐偏硼酸钠与硼酸盐形成熔点更低的复合化合物硼砂的去膜能力强于硼酸但熔点较高，在800C以下粘度大，流动性不好硼砂和硼酸的混合物是应用很广的钎剂降低熔点、减小钎剂的表面张力,单独作为钎剂的只是硼砂,硼砂-硼酸平衡状态图,硼砂和硼酸钎剂的问题,活性温度高，只能配合铜基钎料使用不能去除Cr、Si、Al、Ti的氧化物残渣腐蚀性小，但不易清除,改善硼砂的性能,加入CaF2，可以提高去膜能力，但熔点高；加入KF，可以同时提高去膜能力，降低熔点和表面张力,典型的硬钎剂,氟硼酸钾的作用,降低熔点氟硼酸钾的熔点为540C增强去膜能力氟硼酸钾熔化后分解为KF和BF3三氟化硼具有比氟化钾更强的去膜能力生成的硼酐还可以进一步起去膜作用可作为钎剂的主体,第三章金属表面的氧化膜及去膜机理,金属氧化物的性质钎剂去除氧化膜方法与机理铝用钎剂其他去膜方法,铝用钎剂的特殊性,铝及铝合金的熔点低铝的氧化物的熔点很高铝的氧化膜化学性质稳定，焊接温度下不分解铝的氧化膜与基体结合紧密，难以去除前面的钎剂均不能用于铝及其合金的钎焊,铝用软钎剂-有机软钎剂,组成基体：三乙醇胺去膜剂：氟硼酸、氟硼酸胺活性剂：重金属氟硼酸盐去膜机理钎剂反应生成有机氟硼化物与氧化膜作用重金属氟硼酸盐与母材反应析出的重金属沉积在母材表面，促进润湿缺点不能保证钎料与母材的牢固连接；热稳定性差,铝用软钎剂-反应钎剂,组成基体：锌、锡等重金属的氯化物活性剂：钾、钠、锂的卤化物(一般为氟化物)去膜机理重金属的氯盐与铝反应，破坏氧化膜与母材的结合AlCl3温度高于182C时升华为气体，膜下外逸，促进氧化膜破碎氟化物溶解破碎的氧化膜Zn、Sn沉淀于铝表面，促进钎料润湿,铝反应钎剂去膜过程分解,铝用硬钎剂-氯化物基硬钎剂,组成基体：碱金属或碱土金属的氯化物的低熔点混合物NaCl,LiCl,KCl,CaCl,BaCl,SrCl,CuCl,MgCl调节熔点可以很好地在铝和氧化铝的表面铺展去膜剂：氟化物NaF,ZnF,LiF,KF,AlF3,Na2AlF6溶解氧化膜可使熔点增加，添加量有限活性剂：低熔点重金属的氯化物ZnCl2,SnCl2,CdCl2,LiCl-KCl-NaCl三元系的性质,液面相图,粘度,氯化物基铝硬钎剂的去膜机理-1,溶解作用氟化物有溶解铝氧化膜的作用氟化物添加量受熔点的限制,Al:25X10-6,Al2O3:7.5X10-6,破碎作用铝与氧化铝膜的热膨胀系数不一致，加热时氧化膜产生裂纹钎剂透过裂纹与铝发生反应氧化铝膜成碎片状进入熔化的钎剂，更容易溶解钎剂可以从铝与氧化铝膜之间渗入铝与氯产生AlCl3气体，使氧化膜脱离并破碎,重金属的析出沉积在铝表面，改善润湿铝在锌内的溶解度很高，容易造成溶蚀,氟化物去除氧化膜的效果,NaF含量超过10%后铺展面积不再增加，并开始下降,不同氟化物去除氧化膜的效果,钎剂基体：30LiCl-70KCl母材：敷钎料铝板添加量超过1.5%后流动系数不再增加甚至下降,氟化物的去膜作用有限，且会使钎剂熔点升高，影响润湿性,氯化锌活性剂对去膜效果的影响,加入氯化锌显著促进润湿氯化锌含量超过10%后铺展面积不再增加,铝在液态锌中具有很高的溶解度,过高的氯化锌导致锌析出过多，会使母材发生溶蚀,控制铝钎剂溶蚀的措施,以氯化亚锡作活性剂锡和铝形成含铝量低的共晶,钎剂成分对LF21铝合金溶蚀的影响,以氯化亚锡代替氯化锌，有效控制了溶蚀,氯化物基铝硬钎剂去膜机理-2,钎剂对铝的电化学腐蚀作用加热使氧化铝膜产生裂纹Cl-1离子渗透裂纹在铝-氧化膜界面形成微电池铝：阳极；氧化膜：阴极铝被腐蚀膜和铝的结合被破坏，脱落形成氧阴离子氧离子的存在保证铝阳离子化过程继续进行(氧去极化作用)F-离子起防止AlCl3气泡产生的作用,铝的氟化物基硬钎剂,组成为K3AlF6+KAlF4的共晶成分熔化范围：562575C去膜机理对氧化膜的溶解作用特点固态和熔化状态都不与铝发生作用钎剂及残渣不溶于水、不吸潮、不水解，对铝无腐蚀作用熔点高，只能与铝硅钎料配合使用辅以氮气保护：no-clean钎焊,KF-AlF4状态图,第三章金属表面的氧化膜及去膜机理,金属氧化物的性质钎剂去除氧化膜方法与机理铝用钎剂其他去膜方法,第四节其他去膜方法,惰性气体保护活性气体保护真空保护超声波去膜,各种金属氧化物分解压与温度的关系,金属与氧的反应,反应平衡常数,分解压与温度的关系,分解压越高，该氧化物越容易分解,金属氧化物在大气中完全分解的温度,大多数金属氧化物完全分解的温度大于其金属的熔点甚至沸点，因此在钎焊时不能单纯依靠加热使氧化物分解而去膜。,NiO在1.33mPa真空度时，1070C可挥发,惰性气体保护钎焊的问题,单纯依靠惰性气体保护使氧化物分解去膜，要求纯度极高温度和低氧分压可以使氧化膜变的不稳定热应力；熔化钎料的吸附作用；溶解；部分分解可以促进润湿或者采用低活性的钎剂氮气+氟化物钎剂：铝的Noclean钎焊氮气+Sn-Zn无铅钎料焊接加入活性气体氮气+氢气保护钎焊,氧化物还原反应与氢气露点及温度的关系,氢对氧化物的还原反应反应平衡常数露点气体所含水蒸气开始凝结成水的温度气体中水分子含量越少，露点温度越低,碳钢可以采用瓶装氢气进行焊接，不锈钢及高温合金要求露点在-40度的高纯氢气；对于含Ti、Al，Be氧化物的合金，要求的露点太低，实际上无法实现。,其他活性气体-气体钎剂,氟化铵、氟硼酸铵和氟硼酸钾分解生成HF,BF3,KF和H2分解温度高，主要用于合金钢和不锈钢的钎焊卤化氢、三卤化硼氯化氢、氟化氢三氟化硼、三氯化硼、三溴化硼均为低沸点的液体注意几乎所有气体钎剂的气化产物均有毒性,真空钎焊的去膜机理,真空降低了氧分压，导致氧化膜分解仅对贵金属、无氧铜、钛及其合金有效一般金属氧化物分解需要的真空度极高，技术上难以达到其它作用钎焊加热时氧化物挥发被去除母材成分挥发，破坏氧化膜与母材的结合氧化膜溶解于母材氧化膜被合金元素还原液态钎料的吸附作用破坏氧化膜可有效地消除钎缝中的气孔缺陷,氧化物分解需要的真空条件,真空度分级,粗真空：101KPa1.33KPa(76010Torr)低真空：1.33KPa133mPa(1010-3Torr)高真空：133mPa133X10-5mPa(10-310-8Torr)超真空：133X10-5mPa以下,金属的