锡焊理论

錫焊理論

一﹑錫焊現象

錫焊學分屬于鍤焊科。鍤焊﹐簡而言之﹐就是將比母材熔點低的金屬材料溶化﹐使其與母材結合到一起。而錫焊就是采用錫-鉛系焊料的鍤焊。

從溫度來區分﹐熔點在450℃以下的焊料稱為軟鍤料﹐在450℃以上的稱為硬鍤料。錫-鉛系屬于軟鍤料。

二﹑錫焊機理

1﹑潤濕

潤濕是熔融焊料在被焊母材表面進行充分的擴展并形成一個附著層。

熔融焊料潤濕母材表面﹐必須要求焊料和母材表面清潔﹐只有清潔才使焊料與母材原子相互接近﹐達到原子引力起作用距離。因此﹐為了使焊料產生潤濕作用﹐金屬表面必須保持清潔。

為了良好的焊接﹐必須使用助焊劑。助焊劑的作用在于熔解氧化物并使金屬表面活化﹐其最終目的是使焊料在母材表面產生良好的潤濕。可以說﹐潤濕是焊接的首要條件﹐沒有潤濕也就不可能焊接。

2﹑擴散

用焊料焊接母材時﹐伴隨著潤濕現象﹐還會出現焊料向母材擴散的現象。

溫度升高時﹐原子從一個晶格點陣中移動到另一個晶格點陣的現象稱為擴散現象。移動的速度和擴散的數量取決于加熱溫度和時間。

擴散分為四種﹕

a﹑表面擴散

熔融料的原子沿焊母材表面的擴散稱為表面擴散。

b﹑晶內擴散

熔融焊料擴散到母材的晶粒中去的過程稱為晶內擴散。其擴散程度不同﹐在母材內

部生成各種組份的合金。

當擴散超過母材的允許濃度時﹐會產生新的晶粒和母材相分離。

c﹑晶界擴散

熔融焊料原子向母材的晶界擴散﹐比較容易發生﹐在溫度比較低的情況下﹐同晶內

擴散相比﹐晶界擴散較易發生。在高溫情況下﹐由于激活的作用不點主導﹐故晶界

擴散與晶內擴散都容易發生。

d﹑選擇擴散

用兩種以上的金屬元素組成的焊料焊接﹐其中某一金屬先擴散﹐或只有某一金屬元

素擴散。這種稱為選擇擴散。

當錫-鉛焊料焊接某一金屬時﹐焊料成分中的錫向母材擴散﹐而鉛不擴散﹐這就是選

擇擴散。

(2)﹑毛細管上升高度

液體垂直浸漬﹐

素。

力大﹑間隙小時﹐上升高度大。

(3)﹑合金層形成

與焊料成份的平衡狀態來加以預測﹐然而也并不完全一致。

固體金屬在與比其溶點低的熔蝕金屬接觸后也能熔蝕。例如﹐Cu不加熱至1083℃不熔解﹐但與溶解錫接觸﹐即使在250℃也會被溶解。

為了使溶解速度小﹐可以減少接觸面積﹐提高母材在焊料中的濃度。為了防止Cu﹑Ag母材的溶蝕﹐可以在焊料中加入少量的Cu﹑Ag。另外﹐液體的靜止狀態和運動狀態會對固體金屬的熔解速度以很大的影響﹐如波峰焊接就要比浸焊接對母材的熔蝕高達4倍左右。

2﹑母材與助焊劑的反應

a﹑去除氧化膜

金屬表面覆蓋氧化膜的情形很多。為了使母材表面能很好的潤濕﹐必須去除氧化膜。

助焊劑就是起到把母材表面的氧化膜進行化學溶解或還原的作用。

目前對助焊劑如何去除氧化膜的機制還不能作出十分好的說明。對不同的母材﹐不同的助焊劑其去除機制是不同的。

(1)﹑用松香去除氧化膜

松香是錫焊最通用的助焊劑。它的主要成分是松香酸﹐該酸有去除氧化膜的作用。松香的融點在74℃﹐300℃以上則無活性。松香酸和Cu2O的反應產生松香酸銅﹐松香酸銅是綠色透明的物質﹐很容易和焊料進行置換而促成潤濕的進行。松香酸在常溫下不能和Cu2O起反應﹐約在170℃呈活性反應能去除氧化膜﹐所以作為焊料用助焊劑是適合的。

(2)﹑溶融鹽去除氧化膜

一般用溶融鹽去除氧化膜就是用氯離子Cl-或氟離子F -﹐使母材氧化物通過反應變為氯化物或氟化物。達到去除氧化物的目的。

(3)﹑Al氧化膜的去除

Al母材氧化膜的去除機構與Cu﹑Fe母材的情形不同﹐具有特殊性。Al2O3用助焊劑溶解或還原反應直接去除是不可能的。Al與Al2O3之間熱膨脹差或助焊劑中的氟離子F–使Al2O3薄膜龜裂﹐由此侵入Al母材生成AlCl3而進行物理剝離。

b﹑母材的熔蝕

根據母材能被熔融焊料熔蝕的道理﹐同樣也能被助焊劑所溶蝕。助焊劑對母材的熔蝕和助焊劑的活性有密切的關系。活性強的助焊劑更容易熔蝕母材。

c﹑從助焊劑內析出金屬

在焊接過程中﹐當有助焊劑覆蓋在母材表面上有時會看到金屬薄膜析出的現象。根據助焊劑的類型﹐其金屬析出有兩種情形﹐一種是由于焊料成分元素在焊劑中以離子的形式溶入﹐另一種是助焊劑中的金屬鹽成分和母材進行置換反應而有金屬的析出。根據這個道理﹐焊接因難的母材可以使用添加有Cu﹑Sn﹑Ag﹑Ni等金屬化物的助焊劑﹐以改善其可焊性。

3﹑助焊劑與焊料的反應

a﹑界面張力的減少

當熔融焊料用助焊劑覆蓋時﹐它的界面張力將根據助焊劑的種類而變化。

熔融金屬在真空﹑氣體﹑液體中界面張力是不同的。一般真空中的界面張力大于氣體中的界面張力﹐大于液體中的界面張力。熔融金屬和助焊劑之間的界面張力的減少是由于它們相互熔解而引起的﹐熔解越大﹐則界面張力越小。

b﹑焊料的氧化

熔融焊料在氧化氣氛中將逐步被氧化成氧化物﹐尤其在波峰焊接時﹐大量的焊料不斷和大氣相接觸而產生氧化錫渣。焊料的氧化受到焊料中不純物的影響﹐如Al﹑Zn﹑Sn﹐將使氧化量增加﹐P則相反﹐這可能是生成液態P2O5升華成氣體覆蓋在焊料表面而具有助焊劑的效果。

待續。。。。。。