接触反应钎焊中间层材料的选择原则—接触反应共晶液相产生的方向性
钎焊原理及适用范围

第一节钎焊原理及适用范围一、钎焊原理钎焊与熔焊不同,它是采用液相线温度比母材固相线温度低的金属材料作钎料,将零件和钎料加热到钎料熔化,利用液态钎料润湿母材、填充接头间隙并与母材相互溶解和扩散,随后,液态钎料结晶凝固,从而实现零件的连接。
(一)钎料的润湿与铺展钎焊时,只有熔化的液体钎料很好地润湿母材表面才能填满钎缝。
衡量钎料对母材润湿能力的大小,可用钎料(液相)与母材(固相)相接触时的接触夹角大小来表示。
影响钎料润湿母材的主要因素有:1.钎料和母材的成份若钎料与母材在固态和液态下均不发生物理化学作用,则他们之间的润湿作用就很差,如铅与铁。
若钎料与母材能相互溶解或形成化合物,则认为钎料能较好地润湿母材,例如银对铜。
2.钎焊温度钎焊加热温度的升高,由于钎料表面张力下降等原因会改善钎料对母材的润湿性,但钎焊温度不能过高,否则会造成钎料流失,晶粒长大等缺陷。
3.母材表面氧化物如果母材金属表面存在氧化物,液态钎料往往会凝聚成球状,不与母材发生润湿,所以,钎焊前必须充分清除氧化物,才能保证良好的润湿作用。
4.母材表面粗糙度当钎料与母材之间作用较弱时,母材表面粗糙的沟槽起到了特殊的毛细作用,可以改善钎料在母材上的润湿与铺展。
5.钎剂钎焊时使用钎剂可以清除钎料和母材表面的氧化物,改善润湿作用。
(二)钎料的毛细流动钎焊时,液体钎料要沿着间隙去填满钎缝,由于间隙很小,如同毛细管,所以称之为毛细流动。
毛细流动能力的大小,能决定钎料能否填满钎缝间隙。
影响液体钎料毛细流动的因素很多,主要有钎料的润湿能力和接头间隙大小等,如钎料对母材润湿性好,接头有较小的间隙,都可以得到良好的钎料流动与填充性能。
(三)钎料与母材的相互作用液态钎料在毛细填隙过程中与母材发生相互物理化学作用,这些相互作用对钎焊接头的性能影响很大,它们可以分为两种:1.母材向钎料的溶解钎焊时一般都发生母材向液体钎料的溶解过程,可使钎料成份合金化,有利于提高接头强度。
钎焊机理

钎焊机理钎焊利用熔点比母材(被钎焊材料)熔点低的填充金属(称为钎料或焊料),在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下,利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝,与母材相互溶解与扩散,而实现零件间连接的焊接方法。
一、钎焊的原理由于钎焊是利用液态钎料填满钎焊金属结合面的间隙面形成牢固接头的焊接方法,其工艺过程必须具备两个基本条件:a)液态钎料能润湿钎焊金属并能致密的填满全部间隙;b)液态钎料与钎焊金属进行必要的物理、化学反应达到良好的金属间结合。
1、液态钎料的填缝原理钎焊时,液态钎料是靠毛细作用在焊缝间流动的,这种液态钎料对母材金属的浸润和附着的能力称之为润湿性。
液态钎料对钎焊金属的润湿性越好,则毛细作用越强,因此填缝会更充分。
影响钎料润湿性的因素有以下方面:1)钎料和焊件金属成分影响若钎料和钎焊金属在液态不互溶和固态不互溶,也不形成化合物,则它们之间的润湿性很差;若能液态互溶、固态互溶或形成化合物,则它们之间的润湿性很好。
2)钎焊温度的影响温度的升高,可明显地改善润湿性。
但温度过高,润湿性太好,会造成钎料流失,还会因过火而产生熔蚀现象。
因此,在钎焊过程中,选择合适的钎焊温度是很重要的。
3)焊件金属表面清洁度金属表面的氧化物及油污等杂质会阻碍钎料与焊件金属的接触,使液态钎料聚成球状而很难铺展,因此,钎焊时必须保证焊件金属接头处表面清洁。
4)焊件金属表面粗糙度通常钎料在粗糙表面的润湿性比光滑面好。
这是由于纵横交错的纹路对液态钎料起到特殊的毛细作用。
2、钎料与焊件金属的相互作用1)钎焊金属向钎料的溶解从宏观上看,钎焊过程中钎焊金属不熔化,但是从微观上看,在液态钎料和固态钎焊金属之间发生钎焊金属向钎料中溶解和钎料向钎焊金属扩散的相互扩散反应。
钎焊金属在钎焊过程中向钎料的溶解,实为钎焊金属表面的微区熔化。
钎焊金属向钎料的溶解将导致如下后果:●改变钎料原来的成分,使钎料合金化,一般来说,可以提高钎缝的强度;●钎焊金属溶解过多会使钎料熔点的粘度升高,使填缝能力下降;●过度的溶解使表面出现溶蚀的缺陷,严重时出现溶穿。
铝及铝合金的钎焊

铝及铝合金的钎焊08材控 邢钧魁 20080607131摘 要 本文主要论述了铝及铝合金的分类、性能,以及铝及铝合金钎焊的研究现状、钎焊过程中有可能出现的问题以及在具体实施钎焊时钎剂、钎料的选择与搭配,还介绍了施焊前如何对表面进行清理、准备以及焊后的清理与处理工作、注意事项等。
关键词 钎焊 铝合金 钎剂 钎料1 铝及铝合金1.1铝及铝合金钎焊的研究现状铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等优点,因而广泛应用于汽车、高速铁路车辆、航空航天和军事工业。
由于它特有的物理、化学性能,其焊接过程中会遇到一系列困难,如氧化、焊缝热裂纹和气孔等。
对于铝合金的焊接,传统的方法主要以熔化焊接为主,设备复杂,且对焊工的技术要求也比较严格。
铝钎焊作为铝合金连接的重要方法,具有钎焊件变形小。
尺寸精度高等优点,近年来在我国得到广泛的应用。
铝及铝合金的钎焊技术近年来研究较多。
随着新材料、新方法的不断出现,铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展,其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步。
1.2 铝及铝合金的分类及性能铝及铝合金可以分为工业纯铝、变形铝合金和铸造铝合金。
变形铝合金是指经不同的压力加工方法制成的板、带、管、型、条等半成品材料;铸造铝合金以合金铸锭供应。
变形铝合金又分为不能热处理强化的铝合金和能热处理强化的铝合金。
铝是一种轻金属,密度小,仅为3/7.2cm g ,约为铜或钢的3/1;具有优良的导电性、导热性,良好的耐蚀性以及优良的塑性和加工性能等。
铝合金仍保持纯铝的密度小和耐蚀性好的特点,且力学性能比纯铝高得多。
经热处理后铝合金的力学性能要求可以和钢铁材料相媲美。
1.3 铝及铝合金钎焊的问题铝及铝合金的钎焊与其他合金相比比较难,是由于其表面有一层极为致密的氧化膜,这一层氧化膜的性能非常稳定,能够充分抵抗大气的腐蚀,又能在旧摸上随时生成新膜。
铝及铝合金在焊接的时候需要破坏这一层膜,否则熔化的钎料不能与母材润湿;焊后又需要维持保护膜的完整,否则接头将产生严重的腐蚀。
钎焊重点

润湿:是指液体与固体接触后造成体系(s+l)自由能降低的过程附着润湿:指固体与液体接触后,将液气相界面和固气相界面变为固液相界面的过程。
浸渍润湿:指固体浸入液体的过程。
在此过程中固气相界面为固液相界面所取代,而液相表面没有变化。
铺展润湿:是液滴在固体表面上铺开的过程,即以液固相界面和新的液气相界面来取代固气相界面和原来的液气相界面的过程。
三种润湿的共同特点是:液体将气体从固体表面排开,使原固气界面消失,并代之以固液界面。
Young氏方程基本假设:①过程发生在理想表面上②系统达到平衡状态③体系的温度、压力和组成均不发生变化则体系的总自由能变化仅取决于表面自由能的变化。
cosθ=σsg-σsl/σlg附加压力:当相界面为曲面时,还会产生另一种压力,称为附加压力。
附加压力定义为:PA=Pr-P∞其中:P∞和Pr分别为平相界面和弯曲相界面时体相所受的压力。
可见,附加压力是任意形状界面时比平界面时多出的压力。
钎缝不致密性缺陷:指钎缝中的夹气、夹渣、夹气夹渣、气孔和未钎透等;大包围现象:当钎料(或钎剂)熔化后从平行间隙的一侧向间隙中填充时,在流动前沿和间隙的侧面边缘处都将出现弯曲液面,因而造成在钎缝边缘处的附加压力比内部大,这使得钎料(或钎剂)沿钎缝外围的流动速度比内部的填缝速度大,因而可能造成钎料对间隙内部的气体或钎剂的大包围现象。
一旦形成大包围后,所夹住的气体或钎剂残渣就很难从很窄的平行间隙中排除,使钎缝中形成大块的夹气和夹渣缺陷。
小包围现象:从理论上来说,如果接头间隙均匀,且间隙内部金属的表面状态一致,则液态钎剂或钎料在间隙内部的流动速度应是基本相同的。
然而实际上由于间隙内部金属的表面不可能绝对平齐,清洁度也有差异,加上液态钎剂和钎料与母材的物理化学作用等因素的影响,常常造成钎料在间隙内紊乱地流动,流动前沿形似乱云,结果造成小包围现象。
如果大小包围所围住的是气体,则形成夹气缺陷,如果围住的是钎剂,则形成夹渣缺陷。
Al合金接触反应钎焊接头力学响应及中间层厚度的确定

Al合金接触反应钎焊接头力学响应及中间层厚度的确定接触反应钎焊是目前常用的材料连接方法。
为了合理选择中间层材料的厚度,本文以Si作中间层接触反应钎焊LF21铝合金为例,采用有限元(FEM)模拟的办法,对不同宽度的钎缝对外加拉伸载荷的力学响应过程进行了数值模拟。
结果表明,钎缝对外载荷的力学响应的应力集中区位于接头表面的钎缝与基体的界面处;且最大应力值与外载荷呈线性关系。
即钎缝对外载荷的力学响应的实质是对外载荷的线性放大,因此本文将此放大系数定义为钎缝的力学响应因子。
随着钎缝宽度的增加,其力学响应因子增大,钎缝的承载能力降低。
在试验证明FEM计算结果的可靠性的基础上,给出了Si为中间层进行LF21铝合金接触反应钎焊时,其合适的钎缝宽度范围是50~80μm。
最后本文根据相图对相应的Si中间层厚度进行了理论计算,得到Si中间层的厚度范围为6.6~10.0μm。
0 序言从原理上讲,接触反应钎焊(CRB)依靠材料间的冶金反应(如共晶反应)产生液相来实现材料的连接,目前该工艺已被应用于陶瓷、金属间化合物、复合材料等多种材料的连接中。
为了控制钎焊过程中产生的液相量,通常在钎焊中普遍采用中间夹层的接头形式,这样液相总量以中间层的厚度来确定。
为此中间层的厚度是接触反应钎焊中要求考虑的重要参数之一,中间层太厚,生成液相太多,对母材溶蚀严重;太薄,则液相量小,难以得到致密、牢固的接头。
而采用试验的方法确定中间层的厚度是一个繁琐的过程,因此本文以Si作中间层接触反应钎焊LF21铝合金为例,采用有限元方法模拟了不同宽度的钎缝对外加拉伸载荷的力学响应过程,确定了最佳的钎缝宽度范围;并根据相图对相应的Si中间层厚度进行了理论计算和选择。
1 有限元模型假定Al合金接触反应钎焊钎缝抗拉强度试验试件为10mm×50mm的棒形试样,两侧为基体LF21铝合金;中间是Al-Si合金钎缝,在接触反应条件下其成分为近共晶成分[7]。
接触反应钎焊和熔钎焊解读PPT共21页

36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵, 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法, 总体上 来说, 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日,便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持,法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例,它们 迅速累 聚,进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
44、卓越的人一大优点是:在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
40、人类法律,事物有规律,这是不 容忽视 的。— —爱献 生
41、学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间,才能认识自 己ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ——德国
43、重复别人所说的话,只需要教育; 而要挑战别人所说的话,则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
Ti_Cu接触反应行为研究

+ [作者简介】蔡伟(1963一),男,工程师,毕业于江苏广播电视大学,现在江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州 分院从事技术工作。
[收稿日期]2007—06—6 39
万方数据
氯碱 工 业
2007年
图1反应铺展区域表面形貌
2.2母材溶解和反应铺展及其实质
2.3接头的微观组织
Ti、cu紧密接触的条件下加热到700℃,它们
间长(尤其是从共晶点附近到反应温度之间),会显 著增加cu在加热过程中向基体中的扩散“损失”量 ,从而减少参与反应的总量,最终影响到反应液相的 产生量。 2.5保温时间对液相区宽度的影响
关于液相区宽度与时间的关系,相关文献给出 了如下关系式:x=仅f“卜引,x为液相区的平均厚 度;d为一般动力学常数;£为保温时间;凡=O.5i
(上接第41页) 参考文献
[1]wELLs R R.Microstructural contml of thin—film diffusion —bI.azed titanium [J].19矿elding ReseaI℃h supplement , 1976(1):20.
[2]陈定华,钱乙余,黄继华.AL/cu接触反应钎焊中反应铺 展现象和氧化膜行为[J].金属学报,1989(2):42—47.
表编辑器、梯形图编辑器、动态数据表编辑器、配置
作系统的软件所具有的标题栏、菜单栏、主工具栏和 编辑器、符号编辑器、存储器编辑器、交叉引用浏览
状态条外,还可以看到特殊的应用浏览器(图2中 器、程序错误浏览器、对象浏览器。
左侧)、编辑器和浏览器(图2中右侧)。应用浏览 3 结 语
器是一个为应用程序提供树型浏览的可伸缩窗口。
接触反应钎焊不同于一般的钎焊,是国外于20 世纪70年代初期开发的一种钎焊连接新工艺。它 既有一般固相扩散焊和钎焊的某些过程,又具有扩 散焊和钎焊所不具备的一些优点,是利用异种金属 接触反应形成共晶,依靠金属原子之间的相互扩散 实现材料的连接。与传统钎焊及扩散焊相比,由于 其所获得的接头力学性能可以达到基体金属水平, 而且施焊时对接头表面粗糙度和平行度要求比固相 扩散连接低得多,只需要施加少许压力或不加压,又 具普通钎焊的操作灵活性。
AZ91D镁合金接触反应钎焊试验

AZ91D镁合金接触反应钎焊试验陈梦成;杨广建;徐道荣【摘要】将AZ91D镁合金作为研究对象,采用Al-Si-Mg钎料和Zn箔对两种镁合金进行真空钎焊,采用金相显微镜、显微硬度机及能谱仪等表征方法对焊接接头的微观组织、力学性能以及扩散情况进行了分析,探讨不同工艺参数对接头性能的影响,导求AZ91D镁合金钎焊的最佳工艺参数.结果发现,使用A1-Si-Mg钎料作为中间层进行钎焊时,能得到良好冶金结合的焊缝,但宏观焊缝表面会出现溶蚀沟槽;使用Zn箔作为中间层进行钎焊时,会出现非常严重的孔洞缺陷,焊缝区与热影响区的扩散效果不明显,且焊缝表面出现钎缝堆高和未焊合,Zn箔不适宜作为镁合金钎焊的钎料.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2015(045)008【总页数】6页(P43-48)【关键词】AZ91D;中间层;真空钎焊;焊缝【作者】陈梦成;杨广建;徐道荣【作者单位】合肥工业大学材料科学与工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学材料科学与工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学材料科学与工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TG454作为21世纪最具发展潜力的绿色工程材料,镁合金具有质量轻、比强度高、比刚度高、力学性能好、价格低廉等一系列优点,成为现代工业产品的理想结构材料,在交通及航空航天领域具有广阔的应用前景[1]。
目前应用的镁合金部件主要是利用其良好的铸塑性生产的压铸件。
如采用合理的焊接工艺,可以加工结构更复杂、尺寸更大的镁合金部件,进一步扩大镁合金的应用范围。
由于镁合金的熔点低,导热率高,线膨胀系数大,与氧、氮的亲和力大,焊接时容易形成气孔、夹杂、裂纹等缺陷,焊缝质量较低,使焊接接头质量下降。
因此,要想实现可靠的连接,焊接方法的选择尤为重要[2]。
钎焊作为材料连接方法中的一种,是当今高技术中一项精密的连接技术,在许多行业中得到广泛地应用。
与熔焊方法不同,其采用了比母材熔化温度低的钎料,钎焊时钎料熔化为液态而母材保持为固态,依靠液态钎料与固态母材间的相互扩散形成冶金结合,获得牢固的接头。
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8 0 P 。同时在试 件 周 围放 置 Mg块 以进 一步 ×1 a 降低 气氛 中氧 的分 压 。AIS 反应偶 的实 验 温度 为 /i 60℃ ,A1 u的 为 50℃ ,保 温 时 间统 一 为 1 0 / C 7 0
2 接触反应 中共晶液相产生的方向性
图 2和 图 3 所示 分 别 为 A/ u和 AI 接 触 反 1C / 应偶接触 反 应 的 典 型 表 面 形 貌 。由于单 晶 聂 片 较 脆,s 基 体在 实 验 中发 生 破 裂 。可 见,同样 是 Al / C, / u Al 聂之 间 的 接 触 反 应, 随 着 基 体 与 反 应 但
A ,C ,S 作 为反应 材 料 时,其几 何 尺 寸 统 一 为 2 I u i mm×2mm×0 2mm。试 件 加工 清洗完 毕后 ,按 图 I 所示 的装夹方 式 组装 实 验 。不 锈钢 夹 具 和 高温 合
是 一种 依靠连接 材料之 间或连 接材 料与 中间层材 料 之间的 冶金反应 ( 如共 晶反应 ) 生液相合 金来实 现 产 连 接的工 艺方法 _ ,它避 免 了常 规钎 焊 工艺 中液 1 。 态钎 料 宏 观 填 缝 过 程 所 引 起 的 “ 、小 包 围 பைடு நூலகம் 大 现 象 _,因此钎 缝致 密性 很 高 ,适合 于 大面 积 、高 致 3 J 密性 连 接场 合 _。同时 ,C B法 的钎 焊 温 度 较 低 , 4 J R
[ 摘 要] A/ u A/i t . l 接触反应偶为倒, C S 研究了不同基体与反应材料组台下. 共晶液相的产生及其铺展行
为。结果表 明: C .A i M/ u s接触反应偶 中共晶液相的产生具有 明显的方 向性一 优先在 A 侧产 生. 是扩散偶之 1 这 间的互扩散系数不等所造成的必然结果 而在接触反应钎焊的 中间层材料选择过程 中, 虑接 触反应 液相产生的 考 方向性是发挥接触反应钎焊优越性的保 障。
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[ 文章 编号 ]10 —00 (0 20 —04 —0 0 4 69 20 )2 21 4
接触反应钎焊 中间层材料的选择 原则
— —
接触反应共晶液相产生的方 向性
量 占贵 ,钱 乙余 ,马 鑫 一,石 素 琴
(. 1 啥尔滨工业大学 现代焊接生产拄术国家重点实验室. 哈尔滨 1 0 0 501 2 电于元器件可靠性物理 国防科技重点实验室 . 广州 5 0 1 ) 1 60
[ 收稿日期 】 0 1 0 0 .[ 20 — 4 2 修订 日期】 ∞1 0 — 4 2 — 6 0
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中国有色金属学报
20 年 4月 02
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外 ,还没有人 对 C B工 艺 中间层 材 料 选 择 的 原 则 R
金弹 簧组成 的弹性 夹具 通过氧 化铝 陶 瓷片对试件 施 加柔性 压力 ,从 而使反 应材 料与 基体 间的界 面在 实 验过 程中始终保 持 紧密接 触。实 验在 真 空环 境下 完
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并 已 经 在 各 种 金 属 【 、陶 瓷[ 、金 属 问 化 合 - ,
物 l、复 合材 料l・ 9 J 1 “ 等材 料连接 中得 到应 用。 。 但 目前对 C B法 的微 观 机 理 方 面 研 究却 进 展 R 缓慢 。陈定华 l 钱 乙余 l 】 和 1 分别 从 共 晶液 相 沿基 体 表面方 向的反应 铺展 和沿 深度方 向的 晶界渗透 的 角度 分析 了 C B之所 以形成 牢 固冶金接 合 的原 因。 R 但是 ,从根 本 上讲 ,C B工艺 成功 与否 的关键 在于 R 中间层材料 的选择是 否得 当 。只有 选 择合适 的中 间 层 ,保证它 与基体 之 问能 发 生理 想 的冶金 反应 ,才 能保证 形 成 良好 的 钎 焊 接 头。从 目前 掌 握 的 资 料 看,除了基 于 简单 的相 图分 析 等 经 验 推 断方 法 以
进 行过讨 论 。为此本 文作 者从 A/i A1C IS, / u接触 反 应偶 人手 ,研 究不 同基体 与反应 材料 组 合情况 下共 晶液相 的产 生及 其 铺展 行 为特 性 ,从 而 为 C B 中 R
闯层 材料 的选 择提 供必要 的理论 依据 。
0 f 基盘项目】 国防弧研基金资助项目(8 1 8 1 .0 1 1 ) 【 怍者简介】 董占贵( 2 ) 男 . 1 一, 博士研究生 .
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第 1 卷第2期 2
" l1 o 2 C 2N o
中国有色盒晨学报
T eCh n h i 酋eJ m- - a o a l tNo t r o sM ea s n eru tl
20 0 2年 4月
AD r 2 02 0
【 关键词 ]A C ; V u 接触反应偶; 共晶反应; 中间层选择
【 中图分 类号 ]T 71 G4 4 5
【 文献标 识码 ] A
接 触 反应 钎 焊 ( o t t ec v r ig R C na at eba n ,c B) cr i z
1 实 验
所 谓接 触 反应偶 实验 ,就 是将 两 种材料相 互 作 为基体和 相应 的反应 材料进 行 接 触反应 实 验。作 者 选 择 A/i AIC lS, / u两对 接 触反应 偶 ,其 中 A 为 L l 2 纯铝 ,s 为 单 晶 硅 片 ,C i u为 9 . % 的 工 业 纯 铜 。 99