哈工大_钎焊_杨建国 11.第01章 钎焊接头形成(钎焊接头的金属学形态)
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第1章 钎焊 绪论
钎焊
1
课程安排
• 1 本课程根据教学大纲计划安排24学时，讲 授24学时；
• 2 本课程为考查课，成绩采用平时 （50%） +期末考核（50%）进行综合评定；
• 3 教材：《钎焊》，主编：朱艳， 哈尔滨 工业大学出版社，2012。
• 参考书《钎焊》，邹僖主编，第二版，机 械工业出版社，1989
主要内容
• （4）依靠液态钎料与固体母材的相互 扩散而形成冶金结合。
• 钎焊是最古老的焊接方法-几千年前 • 钎焊应用于最尖端的产品制造-微电子
器件 • 钎焊是研究最落后的焊接方法-系统性
和理论
6
• 生产活动是人类社会生存和发展必须的； • 所有生产活动都是为人类社会消费服务的； • 生产技术是提高生产质量、生产效率，减低生
34
3. 钎剂的分类 钎剂的分类方法很多，通常分为：软钎剂、硬钎
剂、铝合金钎剂及气体钎剂等。 不同的方法，要使用不同的钎剂。
35
29
（三）对钎料的要求及钎料的分类 1. 对钎料的要求
钎焊时用的填充金属称钎料。由于焊件是依靠熔 化的钎料凝固后而被连接起来的。因此，钎焊接头的 质量与性能在很大程度上取决于钎料。
30
为了满足工艺要求和获得高质量的钎焊接头，钎 料必须满足下列基本要求： 1) 应具有合适的熔点。钎料的熔点至少应比母材的熔点 低40～50℃。若两者熔点太接近，则钎焊过程不易控 制，甚至可能引起母材过热或局部熔化。 2) 应具有良好的润湿性，能充分填满接头间隙。 3)与母材的物理化学作用应保证它们之间形成牢固的结 合。 4)成分稳定，尽量减少钎焊温度下元素的损耗；少用或 不用稀贵金属。 5) 满足钎焊接头物理、化学和力学性能的要求。
位简便而又准确。 对于尺寸较大结构复杂的零件，一般采用专用夹
1
课程安排
• 1 本课程根据教学大纲计划安排24学时，讲 授24学时；
• 2 本课程为考查课，成绩采用平时 （50%） +期末考核（50%）进行综合评定；
• 3 教材：《钎焊》，主编：朱艳， 哈尔滨 工业大学出版社，2012。
• 参考书《钎焊》，邹僖主编，第二版，机 械工业出版社，1989
主要内容
• （4）依靠液态钎料与固体母材的相互 扩散而形成冶金结合。
• 钎焊是最古老的焊接方法-几千年前 • 钎焊应用于最尖端的产品制造-微电子
器件 • 钎焊是研究最落后的焊接方法-系统性
和理论
6
• 生产活动是人类社会生存和发展必须的； • 所有生产活动都是为人类社会消费服务的； • 生产技术是提高生产质量、生产效率，减低生
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3. 钎剂的分类 钎剂的分类方法很多，通常分为：软钎剂、硬钎
剂、铝合金钎剂及气体钎剂等。 不同的方法，要使用不同的钎剂。
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（三）对钎料的要求及钎料的分类 1. 对钎料的要求
钎焊时用的填充金属称钎料。由于焊件是依靠熔 化的钎料凝固后而被连接起来的。因此，钎焊接头的 质量与性能在很大程度上取决于钎料。
30
为了满足工艺要求和获得高质量的钎焊接头，钎 料必须满足下列基本要求： 1) 应具有合适的熔点。钎料的熔点至少应比母材的熔点 低40～50℃。若两者熔点太接近，则钎焊过程不易控 制，甚至可能引起母材过热或局部熔化。 2) 应具有良好的润湿性，能充分填满接头间隙。 3)与母材的物理化学作用应保证它们之间形成牢固的结 合。 4)成分稳定，尽量减少钎焊温度下元素的损耗；少用或 不用稀贵金属。 5) 满足钎焊接头物理、化学和力学性能的要求。
位简便而又准确。 对于尺寸较大结构复杂的零件，一般采用专用夹
哈工大_钎焊_杨建国 24.第04章 钎焊接头的设计
钎焊接头的设计
• 钎焊接头的形式 由于钎焊结构的千变万 化，实际钎焊接头可能 有各种形式。但就其两 被连接工件之间的相对 位置来看，不外乎为对 接、搭接、角接和T型接 头几种基本形式。而这 几种基本形式的变化和 组合就产生了各种各样 的接头形式。
钎焊接头的几种基本形式
钎焊接头的设计
• 钎焊接头的形式
钎焊接头的设计
• 接头长度对间隙确定的影响 接头长度对确定间隙的大小也有比较大的影 响，特别是当母材与钎料之间存在有明显的 相互作用时更要注意这一点。当钎料进入间 隙中时，在长钎缝中钎料可能会有足够的时 间与母材发生相互作用，使钎料的熔点升高 和流动性下降，造成未钎透缺陷。因此，在 给定的钎焊条件下，接头越长，钎料填满间 隙所需的时间越长，母材与钎料间的相互作 用程度越大，间隙也就必须选的越大。这也 是为什么要尽可能缩短接头长度的重要理 由。这与取得接头最佳强度是一致的。
钎焊接头的设计
• 表面粗糙度对间隙确定的影响 对于毛细钎焊来说，如果母材表面非常光滑， 将会使液态钎料的铺展填缝能力减弱，钎料可 能难以在整个接头中流布，因此可能增加不致 密性缺陷的比例，并因而影响接头的承载能 力。为保证钎料流满接头间隙，特别是当间隙 为零或紧配合时，接头的结合面应预先打磨， 最好用于母材相匹配的清洁金属颗粒进行打 磨，尽量不用非金属类物质以避免污染钎焊表 面，造成接头强度下降。
钎焊接头的设计
• 钎焊接头间隙的选定
由于钎焊间隙的大小对接头有着明显的影响，并且 对于不同形式的接头和不同类型的载荷，以及不同 的母材和钎料组合，对间隙都有着不同的要求，因 此，钎焊接头间隙的确定是一个非常复杂的问题。 通常在确定接头间隙时要考虑以下几方面的因素： (1)母材与钎料的匹配及其机械性能，如：拉伸强 度、剪切强度、弹性模量、剪切弹性模量等； (2)钎焊接头的形式，如：对接、搭接、角接等； (3)钎料与母材间的相互作用，如：溶解、扩散、 偏析、晶粒长大等； (4)钎焊缺陷及钎着率等。
钎焊－第一章钎焊接头的形成过程
第一章钎焊接头的形成过程本章教学目的：1. 掌握钎料的润湿与铺展、钎料的毛细流动2. 掌握钎料润湿性的评定和影响钎料润湿性的因素3. 掌握液态钎料与母材的相互作用本章课时安排：4H本章重点难点：影响钎料润湿性的因素；液态钎料与母材的相互作用通过绪论中学习钎焊的定义，我们知道，钎焊的过程为：钎料与母材同时加热到钎焊温度，钎料熔化并通过毛细作用流入接头间隙，再通过其与母材发生相互作用形成新的合金，然后在钎缝中冷却结晶形成接头，从而把零件连接在一起。
要想获得优质的钎焊接头，液态钎料必须能够充分地流入并并致密的填满接头间隙，并且钎料能够很好地与母材相互作用。
显然，钎焊包含着两个过程：①钎料填满钎缝间隙的过程；②钎料与母材相互作用的过程。
但并非任何熔化的钎料都会产生这两个过程，也就是说并不是任何熔化的钎料都能够充分地流入并并致密的填满接头间隙，必须在具备一定条件下才能进行，所以为了保证钎焊的实施及接头的质量，就必须首先了解和研究这两个过程的规律性。
第一节钎料的润湿和铺展钎焊时，熔化的钎料是以液态状态与固体母材相接触，液态钎料能否流入接头间隙取决于其对母材的润湿性。
因此，我们首先来学习第一节内容：钎料的润湿和铺展。
一、润湿性润湿性是液态物质与固态物质接触后相互粘附的现象。
当液体处于自由状态下，为使其本身处于稳定状态，往往力图保持球形的表面，当其与固体相接触时，情况就将发生变化，变化规律取决于液体内部的内聚力和液固两相间附着力的相互关系。
如果内聚力大于附着力，则液体不能粘附在固体表面上，这时液体对固体就不润湿；当附着力大于内聚力时，液体就能粘附在固体表面上，力图扩大其与固体的接触面积，这就发生了润湿现象。
二、铺展铺展就是液体在固体表面上自动流开铺平，显然铺展以润湿为前提。
钎焊时液态钎料在固态母材上的填缝过程显然是个铺展过程，因而必然以润湿为先决条件。
只有在液态钎料能润湿固态母材的前提下，它才能填充接头的间隙。
河北工业大学钎焊复习题答案
第一章：1.用能量最小原理推导润湿角与材料表面张力、界面张力之间的关系公式太麻烦就没写，我有手写版的，大家互相问一下也行。
2.推导钎料在平板间隙中上升高度与钎料表面张力、润湿角之间的关系同一水平面上的压力相等，所以得到液面上升高度为⎪⎭⎫⎝⎛+=∆2111RRPLGσθσαασααθπθπθπθπcos2coscos)2()2()2()2(LGLGdRdPP==⋅⋅∆=⎰⎰------⊥h aθΔRagh LGθσρcos20-=gah LGρθσcos2=3. 评价钎料润湿性和铺展性能的方法1) 润湿角测量一定体积的钎料放在母材上 采用相应的去膜措施在规定的温度下保持一定的时间 冷凝后切取横截面，测量润湿角2) 铺展面积测量条件同上凝固后测量钎料的铺展面积3) 利用T 型试件评定钎料的润湿性，冷凝后测量钎料沿T 型试件的流动长度 4) 润湿力测量在试片浸入和拉出的期间测量作用在试片上的作用力，通过信号变换器在记录仪上作为时间的函数连续记录5) 润湿角测量在试片浸入和拉出的期间测量试片上钎料的接触角并记录4. 温度是如何影响钎料在母材上的润湿性的液体的表面张力与温度的关系Am ：一个摩尔液体分子的体积；K ：常数； T0：表面张力为零时的临界温度；τ：温度常数随着温度的升高，液体的表面张力减小，提高了润湿性温度升高，钎料本身的表面张力减小，液态钎料与母材间的界面张力降低，提高了钎料的润湿性温度过高，钎料的润湿性太强，造成钎料流失填缝高度计算(续)aS P P =0SSS 0设S 0’为参考点，其表面处的压力为大气压力 aS PP ='0S 1的压力：大气压力+附加压力RP P a S σ-=1S 0的压力：P S1+液柱高度产生的压力gh RP P a S ρσ+-=0S 0 和S 0’的处于同一高度，压力应该相等gh Rρσ=2)cos(aR =θ得到：ga h ρθσcos 2=再由 因此： aS P P =0)(03/2τσ--=T T K A m5. 金属表面的氧化物是如何影响钎料的润湿性的金属表面上总是存在着金属氧化物，在有氧化膜的金属表面上，液态钎料往往凝聚成球状，不与金属发生润湿，这是由于氧化物的表面张力比金属本身的表面张力要低得多所致。
哈工大_钎焊_杨建国 06.第01章 钎焊接头形成(钎料润湿性的评定 )
钎料润湿性的评定
表面张力及界面张力的测定
界面张力的测定
对于固相间的界面张力 来说,当考虑表面处的 两相邻晶粒时(见右图, 可由如下关系式计算: σ 12 σ2 σ1 = = sin θ 0 sin θ1 sin θ 2 在已知两不同晶粒的表面张力时,就可以求取其 界面张力。
钎料润湿性的评定
表面张力及界面张力的测定
假定液滴为球缺,其体积为：
1 h 2 2 2 V = πh(3r + h ) = πh ( R − ) 6 3 r 2 + h2 R−h ,R = 而 Θ cos θ = 2h R 2 + cos 3 θ ∴V = πR 3 ( − cos θ ) 3
可见,cosθ不再与h有关,而由V来表示。
钎料润湿性的评定
钎料润湿性的评定
表面张力及界面张力的测定
吊板法(Vertical plate method) 吊板法是测定液体表面张力的一种方法，此方法 的条件为接触角等于零。如果接触角大于零， 则可以利用下式计算接触角数值：
W = Pσ lg cos θ −νρg
式中W为吊片所受之力，P为吊片周长，v为吊 片伸入液面下的体积，ρ为液体的密度。式中 vρg为浮力校正项。
固体表面张力的测定
细丝荷重法是采用极细的金属丝, 在其一端挂 一重物并测定其蠕变速度,从而确定出蠕变速 度与载荷之间的关系曲线,并采用外插方式计 算出蠕变速度为零时的载荷值,在这一点处,载 荷与表面张力保持平衡,所以有:
W σs = 2πR 其中: W－蠕变速度为零时的载荷； R－金属细丝的半径。 上式只对单晶体成立。
100 111 100 111 100 111 100 111
220 250 256 298 329 380 370 427 128 35
1 钎焊接头的形成过程-2
预置钎料
润湿不好，钎缝填充不良， 不能形成钎角，甚至钎料流 出间隙，聚集成球状钎料珠
Xi’an Jiaotong University
液态钎料在毛细作用下的流动速度
σ LG a cos θ v= 4η h
润湿好，速度大； 液体粘度越大，流速越慢； v与流动距离h成反比—钎焊时要有足够 的加热保温时间。
Xi’an Jiaotong University
Ag 在 镍 基 高 温 合 金GH30上的铺展 面积比18-8不锈钢 要大的多； Ag 对 镍 基 合 金 的 润湿性比铁基合 金好的多。
Xi’an Jiaotong University
Ag钎料对不同的固体母材润湿性不同。 液态Ag不能润湿Fe，但液态Cu能够润 湿Fe。 在钎料中加入能与母材发生相互作用 的元素，可以改善钎料的润湿性。
θ
Xi’an Jiaotong University
2）测量铺展面积
试验方法同上，测量钎料铺展面积，以 面积大小作为评定尺度。 铺展面积越大，钎料的润湿性越好。
Xi’an Jiaotong University
3）测量流动距离
取一定体积的钎料置于 T型试件的一端的一侧， 采取相应的去膜措施， 将试件在规定的温度下 保持一定时间，钎料熔 化后将沿接头流动。待 钎料冷凝后，测量钎料 流动的距离。 流动距离越长，钎料的 润湿性越好。
1.2 钎料的毛细流动
钎缝间隙通常是很小的（<0.3mm），钎 料是依靠毛细作用在钎缝间隙内流动的。 毛细流动现象：当把间隙很小的两平等 板插入液体中时，液体在平等板的间隙内会 自动上升或下降的现象。
Xi’an Jiaotong University
毛细作用
a
哈工大_钎焊_杨建国 11.第01章 钎焊接头形成(钎焊接头的金属学形态)
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
化合物相一般硬而脆，对接头的机械性能有不利的影 响。当化合物分散不连续分布时，其影响较小，且可能 由于弥散强化作用而强化接头，但是，当化合物层形成 连续层而夹在母材与钎料之间，且厚度较大时，其影响 较大，会使接头明显变脆，强度显著下降。 为减缓界面处化合物相的生成,可采用如下措施:
溶解度特征
结晶状态无变化的完全 互溶系 高温下完全互溶，低温 下产生同素异形转变或 形成化合物体系 大溶解度的体系（用原 子%表示） 中等溶解度的体系 小溶解度的体系 极小溶解度的体系
二元系
Ag-Au，Ag-Pd，Au-Pd，Ni-Pd，Pt-Rh，Cr-Mo，CuNi，Ir-Pt，Mo-W Ni-Pt ， Fe-V ， Fe-Pt ， Fe-Pd ， Fe-Ni ， Cu-Pt ， Fe-Mn， Cu-Pd ， Cr-Fe ， Co-Ni ， Cu-Mn ， Co-Fe ， Cd-Fe ， CdMg，Au-Pt，Au-Cu，Ni-Mn Ag中含Cd42%，Li中含Hg75%，Ag中含Hg36%，Cu中 含Zn38%，Ag中含Pt40%，Ni中含Zn40%，Al中含 Zn66%，Cr中含Ni47%，Pd中含In67% Ni中含W16%，Fe中含Zn18%，Cu中含Be16%，Ni中含 Ta16%，Ni中含Sn10%，Ni中含Be15%，Fe中含Si25%， Fe中含Ge18%，Cu中含Sn9%，Mg中含Pb8% Cu中含Zr0.6%，α-Fe中含Cu1.2%，Cu中含Ti5.6%，Sn 中含Pb1.5% W中含Ni，Sn中含Ni，Si中含Ni，Zn中含Mn，Zn中含 Mg，Sn中含Mg，Ni中含Mg，Cu中含B
Cu-Mn系在Mn含量为35%时有最低熔点。二者 的接触面在这一最低点处溶解(接触溶解)，凝 固时如图分为各相。
哈工大_钎焊_杨建国 05.第01章 钎焊接头形成(影响钎料润湿性的因素2)
影响钎料润湿性的因素
母材表面粗糙度的影响
或
γ (σ sg − σ sl ) cos θ e = σ lg
此即威舍尔(Wenzel)方程。 将Wenzel方程与Young方程比较可得
cos θ e γ= cos θ
的接触角(表观接触角); γ≥1－粗糙因子,定义为真实平面的表面积与理想平面 的表面积之比。
影响钎料润湿性的因素
关于接触角的滞后 一般来说，Wenzel方程的平衡状态 是很难达到的。如果将粗糙表面倾 斜，则在表面上的液滴会出现如右图 所示的情况。这时液滴两边的θ虽然 相等，但表观前进角(θ’a)和表观后退 角(θ’r)却不相等，而且前进角总是大 于后退角，所谓的接触角滞后就是指 这种现象。 显然，表面粗糙不平也是造成滞后 现象的重要原因。
例如:Cu在1050℃时的100晶面和111晶面的σs分别为1509达因 和1560达因;Sn在150℃时,在100和001晶面上的σs分别为765达 因和672达因。
影响钎料润湿性的因素
母材表面能的不均匀性
理想化的不均匀表面,在局部区域上,接触角 取决于该局部的表面能, 而本征接触角为θ1＞θ2, 因此,接触角可以从θ1向 θ2变化,产生接触角滞后 现象。
影响钎料润湿性的因素
表面活性物质的影响
在钎焊过程中,当钎料为多元合金时，由于合 金组分对界面张力的影响不同，使某种成分被 有选择性地吸附（或排斥）到相界面上（或离 开相界面）。 根据最小自由焓原理，如果某成分能降低界面 张力，则该成分一定会被吸附到界面上来，从 而使该成分的表相浓度大于体相浓度，即为 “正吸附” 。反之，如果某成分使固液相界面 张力增大，则会被排斥离开相界面，从而使该 成分的表相浓度小于体相浓度，为“负吸附”。
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由于钎料与母材之间的相互 作用，不但使钎缝的成份与 钎料原有的成份不同，而且 使钎缝的组织也与原始钎料 的组织产生差异。 钎缝的成份和组织常常是不 均匀的，一般由三个区域组 成(见右图)，即：母材上靠 近界面的扩散区，与之相邻 的钎缝界面区和钎缝中心 区。
钎缝组织示意图 1-扩散区，2-界面 区，3-钎缝中心区
– 在钎料中加入不与母材和钎料基体金属形成化合物的组元。
例如:在Sn中加入Pb钎焊Cu时,可使Cu6Sn5 层减薄,当含Pb量达 到70%时,化合物层可能会完全消失。
– 在钎料中加入只能与钎料基体金属形成化合物而不与母材形
成化合物的组元。例如:在Sn中加Ag钎焊Cu时，可在钎缝中形 成Ag3Sn金属间化合物,从而使Cu6Sn5层减薄。
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
许多金属之间可以形成金属间化合物。两种金属结合时， 如果在界面处形成金属间化合物相，就如同一种新的物质 (新相)在被连接金属之间起作用。Cd-Se界面就表现出这种 界面区的典型情况。由图可见，Cd与Se形成CdSe金属间化 合物，然而在Cd和Se与CdSe中间相之间并没有发生任何反 应。Cd-Te的情况也是如此，但它们之间确实是结合起来 了，这可认为是附着力在起作用。
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
化合物相一般硬而脆，对接头的机械性能有不利的影 响。当化合物分散不连续分布时，其影响较小，且可能 由于弥散强化作用而强化接头，但是，当化合物层形成 连续层而夹在母材与钎料之间，且厚度较大时，其影响 较大，会使接头明显变脆，强度显著下降。 为减缓界面处化合物相的生成,可采用如下措施:
钎焊接头的金属学形态
形成化合物的典型二元合金状态图
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
母材和钎料在界面处形成 化合物的过程可能如下： 在温度为T时以B钎焊A， A向B中迅速溶解,界面区 的浓度可达到C,冷却凝固 时，首先在界面处析出金 属间化合物。 例如：250℃下以Sn钎焊Cu时，在界面区就形成 Cu6Sn5化合物相(见右图)。
钎焊
————钎焊接头形成过程
主讲：杨建国 先进焊接与连接国家重点实验室 哈尔滨工业大学
第一章 钎焊接头的形成过程
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 钎料的润湿与铺展过程 钎料的毛细填缝过程 影响钎料润湿性的因素 钎料润湿性的评定 液态钎料与母材的相互作用
钎焊接头的金属学形态
钎缝组织的不均匀性
镉-硒二元合金状态图
镉硒接头中的化合物型接合区
钎料B与母材A可能形成化合物的典型状态图如 下 所 示 。 属 于 图 (a) 类 型 的 有 ： Ag-Cd ， AgGa，Ag-Ti，Ag-Sb，Ag-Zn，Ag-Sn，Ag-Al， Al-Ti，Cu-Zn，Fe-Zn等二元系；属于图(b) 类 型的有：Al-Cu，Al-Mg，Cu-P，Fe-Si，Ti-Sn 等二元系。
Cu-Mn系在Mn含量为35%时有最低熔点分为各相。
铜-锰二元合金状态图
铜钎焊锰时的组织形态
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
当钎料与母材为同基的合金时，在界面区也常常形成固溶体组织。
铝-硅二元合金状态图
铝硅钎焊铝时的组织形态
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
钎缝组织的不均匀性
扩散区是由钎料组分向母材中扩散所形成的； 界面区是母材组分向钎料中溶解并冷却后形成的，它 可能是固溶体或金属间化合物； 钎缝中心区由于母材的溶解和钎料组分的扩散以及结 晶时的偏析，其组织也不同于钎料的原始组织成分，钎 缝间隙较大时，该区的组织形态与钎料原始组织形态比 较接近，而间隙小时，则二者之间可能存在极大的差 别。 例如：用Ni-Cr-B-Si钎料钎焊不锈钢的小间隙钎缝时， 钎料本身为包晶组织，而钎缝却由固溶体组成。
钎焊接头的金属学形态
共晶体类型的界面区 如果母材和钎料构成共晶体 相图的话，那么钎缝中就可 能出现共晶体组织。接头处 啮合组织的疏密是由共晶点 的位置来决定的。
典型二元合金 共晶类型状态图
钎焊接头的金属学形态
Ag-Cu二元系在含Cu28%时形成熔点为779℃的 共 晶 (Ag 的 熔 点 为 960℃ ， Cu 的 熔 点 为 1083℃)，将Ag箔置于两Cu工件之间，稍加压 力使之良好接触，加热到800℃左右。这时Ag 虽然不能熔化，但由于Ag和Cu之间的相互扩 散，在界面处形成熔融的Ag-Cu共晶体，借助 于这层液态共晶体层，就可将两Cu工件连接起 来。 在Al-Cu二元系中，存在一温度为548℃、成份 为含Cu33%的共晶点。如果将Cu和Al紧密接触 并加热到548℃以上，在界面处就会形成Al-Cu 共晶，从而将Al和Cu连接起来。
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
如果A-B体系存在几种化合物，在一定条件下(如 钎焊温度过高)，母材向钎料中的溶解使得界面区生 成含母材较少的一种化合物后仍未达到该温度下的 平衡状态，则A和B之间将继续扩散，冷却凝固后就 有可能出现几种化合物。 例如在350℃下用Sn钎焊Cu时，在界面区除形成 Cu6Sn5(η相)之外，在η相与母材Cu之间又出现了 Cu3Sn(ε相)。ε相是含Cu较高的化合物。 除了上述的扩散作用之外，界面区的化合物也可能 直接由母材与钎料发生化学反应而形成。
溶解度特征
结晶状态无变化的完全 互溶系 高温下完全互溶，低温 下产生同素异形转变或 形成化合物体系 大溶解度的体系（用原 子%表示） 中等溶解度的体系 小溶解度的体系 极小溶解度的体系
二元系
Ag-Au，Ag-Pd，Au-Pd，Ni-Pd，Pt-Rh，Cr-Mo，CuNi，Ir-Pt，Mo-W Ni-Pt ， Fe-V ， Fe-Pt ， Fe-Pd ， Fe-Ni ， Cu-Pt ， Fe-Mn， Cu-Pd ， Cr-Fe ， Co-Ni ， Cu-Mn ， Co-Fe ， Cd-Fe ， CdMg，Au-Pt，Au-Cu，Ni-Mn Ag中含Cd42%，Li中含Hg75%，Ag中含Hg36%，Cu中 含Zn38%，Ag中含Pt40%，Ni中含Zn40%，Al中含 Zn66%，Cr中含Ni47%，Pd中含In67% Ni中含W16%，Fe中含Zn18%，Cu中含Be16%，Ni中含 Ta16%，Ni中含Sn10%，Ni中含Be15%，Fe中含Si25%， Fe中含Ge18%，Cu中含Sn9%，Mg中含Pb8% Cu中含Zr0.6%，α-Fe中含Cu1.2%，Cu中含Ti5.6%，Sn 中含Pb1.5% W中含Ni，Sn中含Ni，Si中含Ni，Zn中含Mn，Zn中含 Mg，Sn中含Mg，Ni中含Mg，Cu中含B
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
结晶系相同(晶格类型相同)，原子半径相近的元素 间大多可以以任意比例固溶，这类金属间的界面成 份从一侧到另一侧连续变化。 Ni-Cu系的熔化温度连续变化，浓度也连续变化， 在一个大晶粒内部的浓度也有所变化。
铜-镍二元合金状态图
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
固溶体类型的界面区组织
当用黄铜钎料钎焊铜母材时，还可看到黄铜晶粒在 铜晶粒的基础上连续生长，形成共同晶粒的现象。 一般来说，晶体结构和原子状态越类似，原子半径 和原子价越接近，固溶体的比例就越大。 正离子半径大的元素容易固溶原子半径小的元素。 在钎焊过程中，若钎料和母材在状态图上可以形成 固溶体时，钎后的界面区也极可能出现固溶体。 固溶体组织的机械性能和电气性能与母材相比没有 很大的不连续性，这对接头是有利的。
钎焊接头的金属学形态
结合区的组织形态
母材与钎料的结合可以形成多种多样的组织 形态。在构成钎缝的三个区域中，界面区的 情况是最复杂的，并且加热温度和加热时间 等因素的影响使其进一步复杂化，并且对接 头的性能也产生很大的影响。 利用二元体系分析还是基本的方法！！！！
钎焊接头的金属学形态
表2-10 二元和金系的相互溶解度
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
钎缝组织示意图 1-扩散区，2-界面 区，3-钎缝中心区
– 在钎料中加入不与母材和钎料基体金属形成化合物的组元。
例如:在Sn中加入Pb钎焊Cu时,可使Cu6Sn5 层减薄,当含Pb量达 到70%时,化合物层可能会完全消失。
– 在钎料中加入只能与钎料基体金属形成化合物而不与母材形
成化合物的组元。例如:在Sn中加Ag钎焊Cu时，可在钎缝中形 成Ag3Sn金属间化合物,从而使Cu6Sn5层减薄。
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
许多金属之间可以形成金属间化合物。两种金属结合时， 如果在界面处形成金属间化合物相，就如同一种新的物质 (新相)在被连接金属之间起作用。Cd-Se界面就表现出这种 界面区的典型情况。由图可见，Cd与Se形成CdSe金属间化 合物，然而在Cd和Se与CdSe中间相之间并没有发生任何反 应。Cd-Te的情况也是如此，但它们之间确实是结合起来 了，这可认为是附着力在起作用。
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
化合物相一般硬而脆，对接头的机械性能有不利的影 响。当化合物分散不连续分布时，其影响较小，且可能 由于弥散强化作用而强化接头，但是，当化合物层形成 连续层而夹在母材与钎料之间，且厚度较大时，其影响 较大，会使接头明显变脆，强度显著下降。 为减缓界面处化合物相的生成,可采用如下措施:
钎焊接头的金属学形态
形成化合物的典型二元合金状态图
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
母材和钎料在界面处形成 化合物的过程可能如下： 在温度为T时以B钎焊A， A向B中迅速溶解,界面区 的浓度可达到C,冷却凝固 时，首先在界面处析出金 属间化合物。 例如：250℃下以Sn钎焊Cu时，在界面区就形成 Cu6Sn5化合物相(见右图)。
钎焊
————钎焊接头形成过程
主讲：杨建国 先进焊接与连接国家重点实验室 哈尔滨工业大学
第一章 钎焊接头的形成过程
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 钎料的润湿与铺展过程 钎料的毛细填缝过程 影响钎料润湿性的因素 钎料润湿性的评定 液态钎料与母材的相互作用
钎焊接头的金属学形态
钎缝组织的不均匀性
镉-硒二元合金状态图
镉硒接头中的化合物型接合区
钎料B与母材A可能形成化合物的典型状态图如 下 所 示 。 属 于 图 (a) 类 型 的 有 ： Ag-Cd ， AgGa，Ag-Ti，Ag-Sb，Ag-Zn，Ag-Sn，Ag-Al， Al-Ti，Cu-Zn，Fe-Zn等二元系；属于图(b) 类 型的有：Al-Cu，Al-Mg，Cu-P，Fe-Si，Ti-Sn 等二元系。
Cu-Mn系在Mn含量为35%时有最低熔点分为各相。
铜-锰二元合金状态图
铜钎焊锰时的组织形态
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
当钎料与母材为同基的合金时，在界面区也常常形成固溶体组织。
铝-硅二元合金状态图
铝硅钎焊铝时的组织形态
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
钎缝组织的不均匀性
扩散区是由钎料组分向母材中扩散所形成的； 界面区是母材组分向钎料中溶解并冷却后形成的，它 可能是固溶体或金属间化合物； 钎缝中心区由于母材的溶解和钎料组分的扩散以及结 晶时的偏析，其组织也不同于钎料的原始组织成分，钎 缝间隙较大时，该区的组织形态与钎料原始组织形态比 较接近，而间隙小时，则二者之间可能存在极大的差 别。 例如：用Ni-Cr-B-Si钎料钎焊不锈钢的小间隙钎缝时， 钎料本身为包晶组织，而钎缝却由固溶体组成。
钎焊接头的金属学形态
共晶体类型的界面区 如果母材和钎料构成共晶体 相图的话，那么钎缝中就可 能出现共晶体组织。接头处 啮合组织的疏密是由共晶点 的位置来决定的。
典型二元合金 共晶类型状态图
钎焊接头的金属学形态
Ag-Cu二元系在含Cu28%时形成熔点为779℃的 共 晶 (Ag 的 熔 点 为 960℃ ， Cu 的 熔 点 为 1083℃)，将Ag箔置于两Cu工件之间，稍加压 力使之良好接触，加热到800℃左右。这时Ag 虽然不能熔化，但由于Ag和Cu之间的相互扩 散，在界面处形成熔融的Ag-Cu共晶体，借助 于这层液态共晶体层，就可将两Cu工件连接起 来。 在Al-Cu二元系中，存在一温度为548℃、成份 为含Cu33%的共晶点。如果将Cu和Al紧密接触 并加热到548℃以上，在界面处就会形成Al-Cu 共晶，从而将Al和Cu连接起来。
钎焊接头的金属学形态
金属间化合物类型的界面区组织
如果A-B体系存在几种化合物，在一定条件下(如 钎焊温度过高)，母材向钎料中的溶解使得界面区生 成含母材较少的一种化合物后仍未达到该温度下的 平衡状态，则A和B之间将继续扩散，冷却凝固后就 有可能出现几种化合物。 例如在350℃下用Sn钎焊Cu时，在界面区除形成 Cu6Sn5(η相)之外，在η相与母材Cu之间又出现了 Cu3Sn(ε相)。ε相是含Cu较高的化合物。 除了上述的扩散作用之外，界面区的化合物也可能 直接由母材与钎料发生化学反应而形成。
溶解度特征
结晶状态无变化的完全 互溶系 高温下完全互溶，低温 下产生同素异形转变或 形成化合物体系 大溶解度的体系（用原 子%表示） 中等溶解度的体系 小溶解度的体系 极小溶解度的体系
二元系
Ag-Au，Ag-Pd，Au-Pd，Ni-Pd，Pt-Rh，Cr-Mo，CuNi，Ir-Pt，Mo-W Ni-Pt ， Fe-V ， Fe-Pt ， Fe-Pd ， Fe-Ni ， Cu-Pt ， Fe-Mn， Cu-Pd ， Cr-Fe ， Co-Ni ， Cu-Mn ， Co-Fe ， Cd-Fe ， CdMg，Au-Pt，Au-Cu，Ni-Mn Ag中含Cd42%，Li中含Hg75%，Ag中含Hg36%，Cu中 含Zn38%，Ag中含Pt40%，Ni中含Zn40%，Al中含 Zn66%，Cr中含Ni47%，Pd中含In67% Ni中含W16%，Fe中含Zn18%，Cu中含Be16%，Ni中含 Ta16%，Ni中含Sn10%，Ni中含Be15%，Fe中含Si25%， Fe中含Ge18%，Cu中含Sn9%，Mg中含Pb8% Cu中含Zr0.6%，α-Fe中含Cu1.2%，Cu中含Ti5.6%，Sn 中含Pb1.5% W中含Ni，Sn中含Ni，Si中含Ni，Zn中含Mn，Zn中含 Mg，Sn中含Mg，Ni中含Mg，Cu中含B
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
结晶系相同(晶格类型相同)，原子半径相近的元素 间大多可以以任意比例固溶，这类金属间的界面成 份从一侧到另一侧连续变化。 Ni-Cu系的熔化温度连续变化，浓度也连续变化， 在一个大晶粒内部的浓度也有所变化。
铜-镍二元合金状态图
钎焊接头的金属学形态
固溶体类型的界面区组织
固溶体类型的界面区组织
当用黄铜钎料钎焊铜母材时，还可看到黄铜晶粒在 铜晶粒的基础上连续生长，形成共同晶粒的现象。 一般来说，晶体结构和原子状态越类似，原子半径 和原子价越接近，固溶体的比例就越大。 正离子半径大的元素容易固溶原子半径小的元素。 在钎焊过程中，若钎料和母材在状态图上可以形成 固溶体时，钎后的界面区也极可能出现固溶体。 固溶体组织的机械性能和电气性能与母材相比没有 很大的不连续性，这对接头是有利的。
钎焊接头的金属学形态
结合区的组织形态
母材与钎料的结合可以形成多种多样的组织 形态。在构成钎缝的三个区域中，界面区的 情况是最复杂的，并且加热温度和加热时间 等因素的影响使其进一步复杂化，并且对接 头的性能也产生很大的影响。 利用二元体系分析还是基本的方法！！！！
钎焊接头的金属学形态
表2-10 二元和金系的相互溶解度
钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态