真空技术及应用系列讲座 第十四讲:真空工程用焊接技术

6.5.2.2银基钎料(上接2006年第3期第63页)银共熔点和流点均为960.5℃,室温强度高,塑性和加工性能好,导热、导电性能优良,有良好的抗腐蚀性能。纯银焊料的纯度应≥99.99%。可焊镍、可伐合金等。但用纯银作钎料存在着钎焊温度高,高温强度低,对黑色金属润湿性能差等缺点,因此银基钎料是弥补纯银钎料的如上不足而研制的。由A g-Cu相图可知,铜能显著降低银的熔点,银铜合金的金相组织为固溶体和共晶体组成,所以银铜共晶型钎料在电子工业中钎焊铜及铜合金、钛及钛合金、可伐合金等得到广泛应用。最常用的银铜焊料有A gCu28和A gCu50两种。可用来…     

银基钎料在制造业中的研究进展

钎料的性能很大程度上决定了钎焊接头的质量和钎料的应用范畴。银基钎料作为一类非常重要的硬钎焊材料,其填缝能力优异,强度与黄铜、低碳钢接近,可钎焊除铝、镁合金等轻金属之外的所有金属材料。因此,银基钎料广泛应用于航空航天、超硬工具等制造领域,并且受到国内外钎焊界学者们的高度关注。然而,银基钎料的发展及应用过程中仍存在以下问题:第一,钎料中贵金属银含量偏高(一般高于45%),导致钎料使用成本高;第二,银基钎料挤压、轧制、拉拔等加工过程中不可避免地存在夹杂物,影响钎料的使用性能和连接质量;第三,有益金属或合金调控钎料及其连接性能的机制较为复杂,尚未完全研究清楚;第四,传统制备银基钎料的方法产能低下;第五,银基钎料在制造业领域的应用研究尚未见系统报道。国内外对于银基钎料钎焊性能及工程应用方面的研究主要集中于:(1)开发多种节银降银钎料,主要是有益元素调控银基钎料连接性能方面的研究;(2)改进钎料的传统加工方法,提出新的制造方法,如粉末电磁压制成形、钎焊过程中原位合成、快速凝固、镀覆扩散组合等;(3)研究杂质元素(C、Ca、S、Al、Fe、Bi、Pb、O、N等)的影响;(4)银基钎料形态创新研究,如三明治复合钎料(中间为铜合金、两边为银钎料)、箔带钎料、镀锡银钎料等;(5)工程应用研究,银基钎料在航空航天、汽车制造、电力能源等工业领域起着不可替代的作用,但目前国内外仍缺乏系统阐述该方面研究的报道。因此,本文对近20年国内外有关银基钎料的研究报道进行了评述,重点讨论了合金元素对银基钎料性能的影响。首先对银基钎料研究现状进行详述,总结了Cu、Zn、Sn、Ga、In、Ni、Mn、Cd、Li、Ce、La、P、Si、Pr在银基钎料中的优缺点,归纳了杂质元素C、S、O、N、Ca、Al、Fe、Pb、Bi的恶化作用。其次对银基钎料在航空航天、汽车制造、电力能源、超硬工具、家用电器、眼镜行业等制造业中的应用研究进行详细介绍。最后提出银基钎料研究和应用中的不足,为银基钎料的深入系统研究及相关技术发展提供理论指导。     

银基钎料在制造业中的研究进展

钎料的性能很大程度上决定了钎焊接头的质量和钎料的应用范畴.银基钎料作为一类非常重要的硬钎焊材料,其填缝能力优异,强度与黄铜、低碳钢接近,可钎焊除铝、镁合金等轻金属之外的所有金属材料.因此,银基钎料广泛应用于航空航天、超硬工具等制造领域,并且受到国内外钎焊界学者们的高度关注.然而,银基钎料的发展及应用过程中仍存在以下问题:第一,钎料中贵金属银含量偏高(一般高于45%),导致钎料使用成本高;第二,银基钎料挤压、轧制、拉拔等加工过程中不可避免地存在夹杂物,影响钎料的使用性能和连接质量;第三,有益金属或合金调控钎料及其连接性能的机制较为复杂,尚未完全研究清楚;第四,传统制备银基钎料的方法产能低下;第五,银基钎料在制造业领域的应用研究尚未见系统报道.国内外对于银基钎料钎焊性能及工程应用方面的研究主要集中于:(1)开发多种节银降银钎料,主要是有益元素调控银基钎料连接性能方面的研究;(2)改进钎料的传统加工方法,提出新的制造方法,如粉末电磁压制成形、钎焊过程中原位合成、快速凝固、镀覆扩散组合等;(3)研究杂质元素(C、Ca、S、Al、Fe、Bi、Pb、O、N 等)的影响;(4)银基钎料形态创新研究,如三明治复合钎料(中间为铜合金、两边为银钎料)、箔带钎料、镀锡银钎料等;(5)工程应用研究,银基钎料在航空航天、汽车制造、电力能源等工业领域起着不可替代的作用,但目前国内外仍缺乏系统阐述该方面研究的报道.因此,本文对近20年国内外有关银基钎料的研究报道进行了评述,重点讨论了合金元素对银基钎料性能的影响.首先对银基钎料研究现状进行详述,总结了Cu、Zn、Sn、Ga、In、Ni、Mn、Cd、Li、Ce、La、P、Si、Pr在银基钎料中的优缺点,归纳了杂质元素C、S、O、N、Ca、Al、Fe、Pb、Bi的恶化作用.其次对银基钎料在航空航天、汽车制造、电力能源、超硬工具、家用电器、眼镜行业等制造业中的应用研究进行详细介绍.最后提出银基钎料研究和应用中的不足,为银基钎料的深入系统研究及相关技术发展提供理论指导.     

一种新型Cu-Mn-Ni-Zn钎料的研制

研制了一种用于高效燃气轮机回热器的新型Cu Mn Ni Zn基钎料 ,确定了钎料的化学成分 ,研究了钎料的工艺成型性能、力学性能和焊接性能。结果表明 ,钎料的熔点、室温和高温拉伸强度、流动性等性能均能满足使用要求。     

合金元素对Cu/Sn-/Cu回流焊焊点界面微观结构及剪切性能的影响

选用Sn64Bi35Ag1、Sn64.7Bi35Ag0.3和Sn99Ag0.3Cu0.7三种不同的钎料进行回流焊焊接试验,研究高Bi元素、低Ag元素钎料及低Ag钎料对Sn基钎料焊点微观组织及剪切性能的影响.结果表明:各焊点界面处均生成了 一层扇贝状的Cu6Sn5金属间化合物,在含Bi元素的钎料焊点中,Bi元素在焊点界面及内部聚集,导致界面处金属间化合物层的厚度增加,大量富Bi相呈脆性,降低钎料中的Ag含量对焊点中Bi元素的富集现象有减弱作用.Sn99Ag0.3Cu0.7钎料焊点界面处的金属间化合物层厚度最小,且焊点内部形成了细小的Ag3Sn相颗粒,共晶组织呈均匀分布,使得焊点剪切性能最优,其剪切强度达20.4 MPa.     

BAg45CuZn钎料表面电沉积Sn工艺优化

为获得Sn含量高、润湿性佳的银基钎料,在BAg45CuZn钎料表面电沉积Sn,制备了BAg45CuZnSn 钎料.以电沉积电流效率和钎料中Sn含量为指标,采用正交试验对电流密度、温度、极间距、超声波功率和频率等工艺参数进行优化,再从电沉积Sn后钎料的润湿性能角度进行优选,采用扫描电镜和工具显微镜表征电沉积Sn层的形貌并测量其厚度.结果表明:BAg45 CuZn钎料表面电沉积Sn的最佳工艺为电流密度4 A/dm2,温度40℃,极间距22 mm,超声波功率240 W,超声波频率45 kHz;最佳工艺制备的Sn电沉积层表面平整、晶粒细小,阴极电流效率为67.58％,所得BAg45CuZnSn钎料中Sn含量为6.26％,钎料在316LN不锈钢表面的润湿铺展面积为375mm2,钎料的延伸率为41％,感应钎焊316LN不锈钢接头的最大抗剪强度为176.5 MPa,与基材BAg45CuZn钎料相比,BAg45CuZnSn钎料的润湿性和塑性大幅提高.     

轧制工艺对银钎料流铺性的影响

采用扫描电镜、XRD等分析手段对有油和无油轧制后的银基钎料进行研究.结果表明,有油轧制的钎料会在其表面残留一层含碳层,含碳层的厚度约为3~7μm;所选银钎料的主要的相组成为Cu Zn、Ag Cd、(Ag,Cu)5Zn8、Ag Cd19等,碳在钎料表面主要以游离的碳分子和Zn C8、C2Cd O4形式存在;钎料表面的含碳层在钎料熔化后将以三种不同的形式存在,部分碳分子来不及上浮到表面而被包裹在钎料内部;部分碳分子随着钎料的熔化铺展,被液态钎料推到了铺展的最前沿,在液态钎料周围形成一个包围圈;还有一部分形成含碳的复杂化合物,其存在都将明显降低钎料对钢基体的润湿性,影响后续的焊接强度等.     

新型纳米结构颗粒增强无铅复合钎料性能

为了解决传统复合钎料制备中强化颗粒容易粗化的问题,提高无铅复合钎料的性能,选用共晶Sn-3.5Ag、Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料作为基体,3种不同类型具有纳米结构的有机-无机笼型硅氧烷齐聚物(POSS) 颗粒作为增强相而制成复合钎料。研究了复合钎料的铺展性能、钎焊接头的力学性能和抗蠕变性能。结果表明,复合钎料的润湿性能均优于基体钎料的润湿性能,复合钎料钎焊接头的剪切强度和蠕变断裂寿命均明显提高。在相同条件下,Sn-Ag-Cu基复合钎料钎焊接头的性能优于Sn-Ag基复合钎料钎焊接头。      

高强度ZA合金软钎料的研制

分析了高强度ZA合金的焊接性能，在大量试验的基础上，研制出了一种新型的适合高强度ZA合金钎焊的钎料CZ5＃。该钎料具有熔点低，对母材的润湿性好，钎焊接头组织中含有强度、硬度较高的呈弥散分布的固溶体，以主接头强度较等特点。     

关于液态Sn—Ag—Cu钎料润湿性能的实验研究

采用钎料改性工艺制备了Sn-3．5Ag0．6Cu合金，用润湿平衡法测试了液态Sn-3．5Ag0．6Cu钎料在铜基体表面的润湿性，研究了钎料制备工艺、钎剂卤素含量、浸渍温度和时间等因素对润湿性能的影响。结果表明：采用改性工艺可增强钎料的润湿性能，当钎剂卤素含量为0．4％（质量分数）、在270℃下浸渍2～3s时，液态Sn-3．5Ag0．6Cu钎料对铜表面的润湿性可以达到最佳状态。指出降低钎料的熔点和液态表面张力是提高润湿性的关键。