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)
钎焊接头的构成过程
固体金属的表面结构
固体纯金属的表面结构：
在氧化膜之下是一层厚度 约为1-2μm厚的微晶组织，其 下层是1--10μm的变形层，这 一层则是由于金属在成形加工 （如压力加工）时所形成的晶 粒变形的结构。
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固体金属的表面结构
合金表面结构更为复杂： 通常表面能较低的亲氧的组元在固
态情况下也会扩散并富集于表面，形成 复杂多元组成的表面膜。
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钎料的润湿与铺展过程
l 固体金属的表面结构 l 润湿的分类 l Young 氏方程 l 润湿功、润湿角及表面张力间的关系 l 钎剂覆盖条件下熔融钎料与母材的界面
张力的变化
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固体金属的表面结构
固体纯金属的表面结构：
最外层表面为0.2--0.3nm的 气体吸附层。随着金属性质的不 同，吸附气体的种类和厚度有一 定差别，一般主要吸附的是水蒸 气、氧、二氧化碳和硫化氢等气 体。
l 同一时期，气焊以及接触电焊（电阻焊）的基本形式-点焊和滚焊也获得了研究和发展。
l 随着冶金、化工、电工、电子等技术的不断发展和进 步，以电弧焊为代表的熔化焊接技术成为材料连接领 域中处于主导地位的连接方法。
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研究材料连接过程中界面行为的必要性
l 分析连接接头的形成机制
作为焊接概念下的接头形成过程，都是使材料被 连接部位原有的固体表面消失或为新的固—固相界面 取代的过程。分析界面在连接过程中的行为，则是探 求连接接头形成的物理本质的有效途径。
l 明 方以智 撰《物理小识》：焊药以硼砂合铜 为之，若以胡桐汁合银，坚如石。今玉石刀柄 之类焊药，加银一分其中，则永不脱。试以圆 盆口点焊药于其一隅，其药自走，周而环之， 亦一奇也。
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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。
钎焊接头的形成过程
Cu
Cu Si Zn
扩散温度(℃)
950 1000 1150 1280 1000
850 900 860 880
890
497 500 507
扩散系数(cm2/Sec)
2.6×10-7 9.3×10-11 1.45×10-8 2.4×10-9 2.0×10-10
1.3×10-10 2.1×10-10 1.3×10-10 5.6×10-10
产生晶间渗入的系统典型状态图a简单共晶型b存在中间相型钎料与母材之间的扩散晶间渗入的产生是因为在液态钎料与母材接触中钎料组分向母材中扩散由于晶界处空隙较多扩散速度较快结果造成了在晶界处首先形成钎料组分与母材金属的低熔点共晶体
车辆工程系
材料教研室：陈银银
钎焊接头的形成
1、钎料的毛细流动 2、钎料的润湿与铺展,润湿性的评定及其影响因素
3、钎料与母材的相互作用
3.1母材向钎料的溶解 3.2钎料向母材的扩散 3.3钎缝成分与组织的不均匀性
钎焊包含两个过程:一是钎料填满钎缝的过程;二是钎料 同母材相互作用的过程.如果使用钎剂,则还有一个钎剂的填 缝过程. 并不是任何熔化的钎剂或钎料均能顺利的填入任何 焊件间的间隙中去,必须具备一定的条件,即:液体对固体的润 湿以及钎缝的毛细作用是熔化钎剂或钎料填缝的基本条件.
图10：A与B形成简单固熔体
溶解现象与状态图的关系
母材和钎料在固态局部互溶，液态下完全互溶
在T℃下，当用A作为母材，B作为 钎料时，在母材A溶解之前，先需 要钎料B向母材A中扩散，使界面 处的母材成份达到a点时，才发生 溶解。并且母材A进入钎料B使钎 料的成份达到b点时便停止溶解。 因此，如果钎料B在母材A中的极 图11：A与B共晶状态图 限固溶度越大(即a点远离AD线段时)，则母材开始发生溶解所 需要的时间就越长，所以在给定时间内的溶解量就越少。而 母材A在钎料B中的极限溶解度越大(即b点远离AD线段)，则钎 料成份达到饱和所需要的时间就越长，需要消耗母材的量就 越多，溶解量就越大。
影响钎料润湿的因素有哪些？
影响钎料润湿的因素有哪些？
1)钎料和母材的成分。
如果钎料能与母材相互溶解或形成化合物,则它们之间的润湿性很好,如银与铜。
若钎料与母材在固态和液态下均不发生物理化学作用,则它们之间的润湿作用就很差,如铅与铁。
2)针焊时的加热温度。
一般情况下,随着钎焊温度的升高,液体针料内聚力(或表面张力)降低,液态钎料与母材间的界面张力显著降低,钎料的润湿性增强。
但如果温度过高,钎料的润湿性太强会造成钎料流失并引起母材晶粒长大,不利于形成高质量的钎焊接头。
3)金属表面氧化物的清理状况。
由于氧化物的表面张力比金属本身低,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,所以在钎焊前必须清除钎料和母材表面的氧化物,以增强润湿性。
4)钎剂的性能。
选用适当的钎剂可以清除钎料和母材的表面氧化膜,改进润湿性。
5)母材表面粗糙度。
粗糙表面上纵横交错的细槽对液态针料能起到特殊的毛细管作用,促进钎料沿母材表面的铺展,改善润湿性。
6)表面活性物质的影响。
液态中表面张力小的组分将聚集在液态表面层,呈现正吸收,使溶液的表面自由能降低。
因此,当液态钎料中加有其表面活性物质时,它的表面张力将明显减小,母材的润湿性得到改善。
7)钎料与母材的相互作用。
在实际填缝过程中,液态钎料与固材间存在着溶解、扩散作用,致使液态钎料的成分、密度、粘度和熔点发生变化,这些变化在钎焊过程中影响钎料的润湿及毛细填缝。
8)保护气氛。
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。
钎焊
1影响钎料润湿性的因素：①钎料和母材成分a ）钎料与母材在固、液态均不发生相互作用，润湿性差b ）钎料与母材相互溶解或形成化合物，液态钎料能较好润湿母材c ）在钎料中加入能与母材形成共同相的合金元素可改善对母材的润湿性②温度：T ↑，钎料表面张力↓，润湿性提高，但T 过高，钎料流失，且会造成母材晶粒长大、溶蚀等现象③金属表面氧化物：氧化物使σSG 下降，导致σSG >σLS ，不润湿（阻碍钎料润湿母材表面）④钎剂：钎剂可清除钎料和母材表面氧化物，改善润湿性⑤母材表面状态：粗糙表面有利于钎料润湿⑥表面活性物质：钎料中加入表面活性物质，表面张力明显下降，母材润湿性得到改善。
2钎料毛细流动及影响因素：钎缝间隙很小，如同毛细管，钎料依靠毛细作用在钎缝间隙内流动，故钎料能否填满钎缝取决于它在母材间隙中的毛细流动特性。
ga cos 2ρθσLGh =。
3钎料流动速度表达式及影响因素？h4cos a ηθσ∙=LGv 。
a 钎缝间隙。
4什么是溶蚀？影响溶蚀的因素？钎焊时母材向过度溶解而造成的特殊缺陷。
影响因素：①液态钎料数量增大，溶解量增大②相图a ）固液均不发生相互作用时，无母材向钎料溶解b ）液态钎料B 和母材A 在液态互溶，在固态不互溶，在钎料中加入母材成分或采用共晶体做钎料，可减小溶解度c ）B 与A 液态不完全互溶，固态部分互溶，B 在A 中溶解度增大时，母材溶解度下降；A 在B 中溶解度上升时，母材溶解量下降③温度：T 上升母材溶解量增大④保温时间t ：t 增长，母材溶解量增多。
5用相图分析钎料成分对母材溶解量的影响？①液态钎料B 与母材A 在固液均不相互作用时，A 不溶解②B 与A 在液态互溶，在固态不互溶，在钎料中加入母材成分或采用共晶体做钎料，可↓溶解度，A 在B 中极限溶解L 度越大，母材溶解量越大；E 越靠近A ，L 1越长，溶解越少，故B 中加入A 或采用共晶钎料，母材溶剂量↓③A 在B 中极限溶解度L 上升时，溶解量上升，B 在A 中溶解度α1上升时，B 向A 中溶解时间较长，A 向B 中扩散时间相对减小，故A 溶解度下降。
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。
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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。
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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
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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。
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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。
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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。
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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”。
影响钎料润湿性的因素
在钎焊过程中，所用的母材、钎料和钎 剂等常为多元的，因此，第三类物质， 即表面活性物质具有重要意义。由于表 面活性物质用量虽少，但其可以发生强 烈的正吸附作用，使其富集于相界面， 从而大大降低了界面张力。而界面张力 的降低可以大大改善液态钎料对母材的 润湿过程，因而具有重要的意义。
倾斜粗糙表面上 液滴的接触角
影响钎料润湿性的因素
在实际钎焊过程中,不同钎料在不同状态的表 面上的润湿情况也不同。
将Cu圆片分成四分,各部分分别采用刚刷刷、砂纸打 磨、化学清洗和抛光的方法来处理。在Cu片中心位置 放Sn-40Pb钎料进行铺展实验。
影响钎料润湿性的因素
将LF21铝合金的圆片分成四分,各部分分别采 用抛光、刚刷刷、砂纸打磨和化学清洗的方法 来处理。在LF21铝合金片中心放Sn-20Zn钎料 进行铺展实验。
“吸附说”认为,固体表面吸附着空气或油脂之类的污 染物而形成一吸附层。吸附层阻碍液体前进端的前 进,故使θa 较大。但吸附层一旦与液体接触,便被液 体置换或溶解,使固－液间润湿更完全,所以θr 较 小。 “吸附说”实质是认为固体表面的清洁程度是接触角 滞后的原因。 在空气中Hg在αFe上润湿不良,而在真空中润湿良好 这一事实支持了"吸附说"。
影响钎料润湿性的因素
关于接触角的滞后
“表面粗糙说”则认为,Wenzel方程只适用于热力学 稳定平衡状态，但由于表面不均匀，液体在表面上 展开时要克服一系列由于起伏不平而造成的势垒。 当液滴振动能小于这种势垒时，液滴不能达到 Wenzel方程所要求的平衡 状态而处于一种亚稳定状 态。右图描述了两种不同 的亚稳平衡状态的情形。 液滴在粗糙表面上的亚稳状态
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
影响钎料润湿性的因素
影响钎料润湿性的因素
由Young氏方程可知,任何使σsl、σlg、σgs发生变 化,从而使接触角θ发生变化的因素都将影响到钎料 对母材的润湿性。 从热力学观点来看,界面张力即比表面自由焓,它与 各相的物性、成份、温度有关,所以润湿角必然受这 些因素的影响。 从动力学观点来看,接触角必然受时间的影响。 在实际钎焊过程中, 常常不可避免地发生母材向钎 料中的溶解及钎料与母材之间的扩散。而溶解过程 及扩散过程都与物性、成份、温度和时间有关。 本节重点从热力学和动力学角度来讨论影响钎料对 母材润湿性的因素。
影响钎料润湿性的因素
母材表面能的不均匀性
1. 2. 3. 4.
母材表面污染，导致化学成分不均匀； 原子或离子排列紧密程度的不同；导致不同晶面具有 不同的表面自由能； 同一晶面，也会因表面的扭曲和缺陷造成表面自由能 的差异； 实际工程材料多为多元多相合金材料，成份和相组成 的差异造成表面各部分的自由能的不同。
影响钎料润湿性的因素
Wenzel公式仅考虑了真实表面与理想 表面面积的差异,而没有考虑真实表面 具体的特征。实际上,对于同心沟槽和 放射形沟槽来说,在表面粗糙度相同的 情况下,其θ’e 却可能不同。所以可对 Wenzel公式做如下修正: cos θ e' = cos θ [γ − (r − 1)ψ ] 其中:ψ－表面结构因子; r－液滴半径。 不同状态表面上的这种差异,在微观局 部并不违反热力学定律。由右图可 见:θ＝θe －α，从局部上来看,其接 触角仍为θ。
影响钎料润湿性的因素
压力对表面张力的影响 随着压力的变大，表面张力变化不大， 由于表面张力与压力关系的实验研究不 易进行，因此，压力对表面张力的影响 问题要复杂得多。一般情况下，增加体 系的压力，气体在液体表面上的吸附和 在液体中溶解度增大，因此，表面张力 有下降趋势。
影响钎料润湿性的因素
接触角与时间的关系
影响钎料润湿性的因素
母材表面粗糙度的影响
由前式可以看出：当θ<90° 时，θe<θ，即表面粗糙化后较 易为液体所润湿，因而在粗糙金 属表面上的表观接触角更小。当 θ>90°时,θe>θ，即表面粗糙 化后的金属表面上的表观接触角 更大。右图说明了满足Young方程的接触角θ及满 足了Wenzel方程的接触角θe与粗糙因子γ的关系。
影响钎料润湿性的因素
母材表面能的不均匀性
根据Young方程， cos θ e = f1 cos θ1 + f 2 cos θ 2 此即Cassie方程。θe为液体在组合表面上的接 触角，θ1 和θ2 位液体在纯1和纯2表面上的接 触角。 对于多相组合的表面，表观接触角可以表示为: cos θ e = Σf i cos θ i 其中:fi为本征接触角为θi时的表面积分数。
⎛ cos θ e − cos θ lg⎜ ⎜ cos θ e ⎝ ⎞ ⎟ = − K "t ⎟ ⎠
式中,K"为润湿速度常数,θ为任意时刻的接触角。
影响钎料润湿性的因素
接触角与时间的关系 和田将前页图中的实验数据代入上式得到下图。 由图可见,计算结果与实验结果吻合良好,尤其是在 前50秒。
影响钎料润湿性的因素
影响钎料润湿性的因素
接触角与时间的关系 对于一次过程,日本的安田、和田分别进行了研究： 安田认为在一次润湿过程中，钎料的反应元素被母 材吸附，并且服从兰格谬尔 Langmuir吸附动力学 吸附量关系，他把吸附量换成润湿面积进行考察。 和田继承了安田的观点，进一步将吸附量换成固液界面能的变化，并转化成cosθ的变化，导出了
应当区分润湿角与接触角的概念差异。所谓润湿角是指润 湿达到平衡时的接触角。习惯上,在未经特别指明时,所说的 接触角也经常指润湿角。 实际上,以动力学的观点来 看，接触角是随时间变化的,当 t→∞时的接触角θ→θe,即平 衡时的接触角。右图为1600℃ 下，真空中6%Ni-Fe合金上， 0.2%Cu-Ag钎料润湿动态过程的 cosθ与时间t的关系。由图可见， 随着时间的增加,cosθ不断增加。在初始阶段(50秒以前)cosθ 随t增长较快,称为一次过程。其后，cosθ增长较慢,并趋于常数, 称为二次过程。
影响钎料润湿性的因素
关于润湿角的滞后
在润湿的过程中经常可以发现,液体的前进端的接触 角较大,而后退端的接触角较小。这种前进端接触角 θa与后退端接触角θr的差值(θa－θr)称为接触角 的滞后。 对于接触角的滞后有 “表面粗糙说”和“吸附说”等不 同的理论解释。
影响钎料润湿性的因素
关于润湿角的滞后
影响钎料润湿性的因素
实验结果分析： 对于Cu片，由于钢刷刷过的表面粗糙度γ最大, 所以其表观接触角减小,表现为铺展面积增大; 而抛光表面的表面粗糙度最小,使其表观接触 角增大,故表现为铺展面积小。而对LF21铝合 金来说,由于Sn-20Zn钎料与母材之间的相互作 用十分强烈,母材的显微不平处迅速溶解进入 钎料,从而降低了表面粗糙度的影响,使得各部 分的铺展面积基本相同。
母材表面状态的影响 由于母材的实际表面并不是可以满足 Young方程的理想表面，因而，母材的表 面状态必然影响钎料的润湿行为。
影响钎料润湿性的因素
母材表面粗糙度的影响 母材的表面粗糙度在许多情况下会影响到 钎料对它的润湿。将一液滴置于一粗糙表面， 液体在固体表面上的真实接触角几乎是无法测 量的，实验测得的只是其表观接触角。而表观 接触角与界面张力的关系是不符合Young方程 的。但应用热力学可以导出与Young方程类似 的关系式。