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钎焊基础知识:钎剂|钎料

2013-11-05
1. 钎焊方法的分类

       钎焊接头的质量与所选用的钎焊方法、钎焊材料(钎剂、钎料等)和工艺参数等有关。按照不同的特征和标准,钎焊方法有以下几种分类方法。

①按照所采用钎料的熔点   可分为软钎焊和硬钎焊,钎料熔点低于450℃时称为软钎焊,高于450℃时称为硬钎焊。

②按照钎焊温度的高低   可分为高温钎焊、中温钎焊和低温钎焊,温度的划分是相对于母材熔点而言。例如,对钢件来说,加热温度高于800℃称为高温钎焊,550~800℃之间称为中温钎焊,加热温度低于550℃称为低温钎焊;但对于铝合金来说,加热温度高于450℃称为高温钎焊,300~450℃之间称为中温钎焊,加热温度低于300℃称为低温钎焊。

③按照热源种类和加热方法的不同   可以分为火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、浸渍钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊及超声波钎焊等。

④按照去除母材表面氧化膜的方式   可以分为钎剂钎焊、无钎剂钎焊、自钎剂钎焊、气体保护钎焊及真空钎焊等。

⑤按照接头形成的特点   可分为毛细钎焊和非毛细钎焊。液态钎料依靠毛细作用填入钎缝的情况称为毛细钎焊;毛细作用在钎焊接头形成过程中不起主要作用的称为非毛细钎焊。接触反应钎焊和扩散钎焊是最典型的非毛细钎焊过程。

⑥按照被连接的母材或钎料的不同   可分为铝钎焊、不锈钢钎焊、钛合金钎焊、高温合金钎焊、陶瓷钎焊、复合材料钎焊,以及银钎焊、铜钎焊等。 

2. 钎剂的分类及特点

钎焊熔剂(钎剂)是钎焊过程中用的熔剂,与钎料配合使用,是保证钎焊过程顺利进行和获得致密接头不可缺少的。钎剂的作用是清除熔融钎料和母材表面的氧化物,保护钎料及母材表面不被继续氧化,改善钎料对母材的润湿性能,促进界面活化,使其能顺利地实现钎焊过程。钎剂与钎料的合理选用对钎焊接头的质量起关键作用。

2.1  对钎剂的基本要求

a、钎剂的熔点和最低活性温度比钎料低,在活性温度范围内有足够的流动性。在钎料熔化之前钎剂就应熔化并开始起作用,去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜,为液态钎料的铺展润湿创造条件。

b、应具有良好的热稳定性,使钎剂在加热过程中保持其成分和作用稳定不变。一般说来钎剂应具有不小于100℃的热稳定温度范围。

c、能很好地溶解或破坏被钎焊金属和钎料表面的氧化膜。钎剂中各组分的汽化(蒸发)温度比钎焊温度高,以避免钎剂挥发而丧失作用。

d、在钎焊温度范围内钎剂应黏度小、流动性好,能很好地润湿钎焊金属、减少液态钎料的界面张力。

e、熔融钎剂及清除氧化膜后的生成物密度应较小,有利于上浮,呈薄膜层均匀覆盖在钎焊金属表面,有效地隔绝空气,促进钎料润湿和铺展,不致滞留在钎缝中形成夹渣。

f、熔融钎剂残渣不应对钎焊金属和钎缝有强烈的腐蚀作用,钎剂挥发物的毒性小。

2.2  钎剂的分类

钎剂的组成物质主要取决于所要清除氧化物的物理化学性质。构成钎剂的组成物质可以是单一组元(如硼砂、氯化锌等),也可以是多组元系统。多组元系统通常由基体组元、去膜组元和活性组元组成。

钎剂的分类与钎料分类相适应,通常分为软钎剂、硬钎剂、铝用钎剂等,分别适用于不同的场合。各种钎焊熔剂和气体钎剂的分类见表2。

表2  各种钎焊熔剂和气体钎剂的分类

钎剂大类

钎剂小类

物质分类

物  质  组  成

软钎剂

无机软钎剂

(腐蚀性钎剂)

无机酸

盐酸、氢氟酸、磷酸

无机盐

氯化锌、氯化铵、氯化锌-氯化铵

有机软钎剂

(弱腐蚀和无腐蚀)

弱有机酸

乳酸、硬脂酸、水杨酸、油酸

有机胺盐

盐酸苯胺、磷酸苯胺、盐酸肼、盐酸二乙胺

胺和酰胺类

尿素、乙二胺、乙酰胺、二乙胺、三乙醇胺

天然树脂

松香、活化松香

硬钎剂

硼砂或硼砂基

硼酸或硼酐基

硼砂-硼酸基

氟盐基

铝用钎剂

铝用软钎剂

铝用有机软钎剂(QJ204)

铝用反应钎剂(QJ203)

铝用硬钎剂

氯化物

氧化物-氟化物

氟化物

气体钎剂

炉中钎焊用气体钎剂

活性气体

氯化氢、氟化氢、三氟化硼

低沸点液态化合物

三氯化硼、三氯化磷

低升华固态化合物

氟化铵、氟硼酸铵、氟硼酸钾

火焰钎焊用气体钎剂

(硼有机化合物蒸气)

硼酸甲酯蒸气

硼甲醚酯蒸气

(1)软钎剂

软钎剂是指在450℃以下钎焊用的钎剂,由成膜物质、活化物质、助剂、稀释剂和溶剂等组成,可分为无机软钎剂和有机软钎剂两类。

无机软钎剂具有很高的化学活性,去除氧化物的能力很强,热稳定性好,能促进液态钎料对钎焊金属的润湿,保证钎焊质量。这类钎剂适应钎焊温度范围较宽,但其残渣有强烈的腐蚀作用,故又称为腐蚀性软钎料,钎焊后必须清除干净。无机软钎剂可用于不锈钢、耐热钢、镍基合金等。有机软钎剂有水溶性和天然树脂(松香)之分,对母材几乎没有腐蚀性,故称非腐蚀性软钎剂。常用软钎剂的成分和性能见表3。

(2)硬钎剂

硬钎剂是指在450℃以上钎焊用的钎剂。黑色金属常用的硬钎剂的主要组分是硼砂、硼酸及其混合物。为了得到合适的熔点和增强去除氧化物的能力,可以添加各种碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐等。

表3  常用软钎剂的成分和性能

类 别

钎剂名称

(或型号)

化学成分/%

钎焊温度

/℃

特         点

无机盐

软钎剂

氯化锌溶液

(FS312A)

ZnCL2 40,H2O 60

290~350

  ZnCl2去除氧化膜的作用在于形成络合酸而溶解氧化物,氯化铵为活化剂,可提高钎焊性能,但去除氧化膜的能力有限,故主要是锡铅钎料焊钢、铜及铜合金时使用

氯化锌-氯化铵溶液(FS311A)

ZnCL2 40,H2O 55,

NH4ClO 5

180~320

钎剂膏

ZnCL2 20,凡士林75,

NH4ClO 15

180~320

氯化锌盐酸溶液FS322A

ZnCL2 25,H2O 50,

HClO 25

180~320

  有较强的去除氧化物能力。当锡铅钎料钎焊铬钢、不锈钢、镍铬合金时应选用这类钎剂或ZnCl2-NH4Cl-HCl溶液钎剂

剂205

ZnCL2 50,H2O 5,

NH4ClO 15,CdCl2 30

250~400

  是在ZnCl2-NH4Cl钎剂基上加入CdCL2和NaF而成,可提高钎剂的熔点,配合镉基、锌基钎料钎焊铝青铜、铝黄铜等

无机酸

软钎剂

磷酸

FS321

H3PO4 40~60

水60~40

  无机酸钎剂有磷酸、盐酸和氢氟酸等,通常以水溶液或酒精溶液形式使用,也可与凡士林调成膏状使用

  磷酸使用起来方便、安全,具有较强的去除氧化物的能力,钎焊铝青铜、不锈钢等合金时最为有效,也是最常用的无机酸软钎剂。盐酸、氢氟酸,能强烈腐蚀金属,析出有害气体,故很少单独使用,一般仅作钎剂的添加成分

水溶性

有机软

钎剂

FS213

  乳酸15,水85(活性

温度180~280℃)

  盐酸肼5,水95(活

性温度150~330℃)

  水溶性有机软钎剂的组成物质包括有机酸(如乳酸、水杨酸、柠檬酸等),有机胺和酰胺类(如乙二胺、乙酰胺等)、胺基盐酸盐(盐酸乙二胺等),醇类(如乙二醇、丙三醇)和水溶性树脂及其他一些附加成分等

  有机酸和有机胺盐类有机软钎剂有较强的去除氧化物的能力,热稳定性尚好,残渣有一定的腐蚀性,属弱腐蚀性钎剂,主要用于电气零件的钎焊

松香类

有机钎剂

松香

FS111B

FS111A

松香100,松香25,

酒精75

150~300

  松香是一种天然树脂,能溶于酒精、甘油、丙酮苯等而不溶于水,在温度高于150℃时,能溶解银、铜、锡的氧化物,适用于铜、镉、锡、银的钎焊

FS113A

松香30,水杨酸2.8,三乙醇胺1.4,酒精余量

150~300

  适用于铜及铜合金的焊接

RJ12

松香30,氯化锌3,氯化氨1,酒精66

290~360

  适用于铜、铜合金、镀锌铁及镍等的钎焊

FS112A

松香24,三乙醇氨2,

盐酸二乙胺4,酒精70

200~350

硼砂(Na2B4O7·10H2O)是单斜类白色透明晶体,易溶于水,加热到200℃以上结晶水可全部蒸发。硼砂应在脱水后使用。硼砂中的硼酐与金属氧化物作用形成易熔的硼酸盐,并进一步分解形成偏硼酸钠与硼酸盐形成熔点更低的混合物,而达到去除氧化物的目的,故可用作钎剂。

常用硬钎剂的成分、特点及用途见表4。其中FB102钎剂是应用最广泛的通用钎剂;FB103钎剂的钎焊温度最低,特别适用于银铜锌镉钎料;FB104钎剂不含KBF4,钎剂不易挥发,在加热速度较慢情况下仍可保持较长时间的活性。

表4  常用硬钎剂的成分、特点及用途

牌 号

化 学 成 分 / %

熔点

/℃

钎焊温度

/℃

特  点  及  用  途

YJ-1

硼砂100

741

850~1150

  现有硬钎剂主要是以硼砂、硼酸以及它们的混合物作基体,为了得到合适的熔点,增强去除氧化物的能力,而由添加的各种碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐等组成,硼砂或硼砂与硼酸的混合物主要用于铜基钎料钎焊铜及铜合金、碳素钢等

YJ-2

硼砂25,硼酸75

766

YJ-6

硼砂15,硼酸80,CuF2 5

YJ-7

硼砂50,硼酸35,KF15

650~850

QJ101

H3BO3     30~31

KBF4       68~71

500

550~850

  银基钎料钎焊铜及铜合金、合金钢、不锈钢和高温合金等的钎剂,能有效地清除各种氧化物,促进钎料漫流,但易吸潮。钎焊后用质量分数为15%的柠檬酸水溶液刷洗钎焊的接头处,以防止残余钎剂的腐蚀

QJ102

KF(脱水)   40~44

B2O3(硼干)  33~37

KBF4       21~25

550

600~850

QJ103

KBF4>95

K2CO3<5

530

550~750

QJ104

Na2B4O7    49~51

Na2BO3      34~36

KF         14~16

650

650~850

  银基钎料炉中钎焊铜及铜合金、钢和不锈钢等,能有效地清除各种金属的氧化物,促进钎料漫流,易吸潮

201

(前苏联)

H3BO3  80

Na2B4O7  14.5 CaF2 5.5

850~1150

  铜基钎料钎焊不锈钢、合金钢、高温合金等

284

(前苏联)

KF(脱水) 35

KBF4 42  B2O3 23

500~850

  银基钎料钎焊铜及铜合金、合金钢、不锈金刚和高温合金等

FB101

硼酸30,氟硼酸钾70

550~850

银钎料钎剂

FB102

无水氟化钾42,氟硼酸钾25,

硼酐35

600~850

  应用最广的银钎料钎剂

FB103

氟硼酸钾>95,碳酸钾<5

550~750

  用于银铜锌镉钎料

FB104

硼砂50,硼酸35 ,氟化钾15

650~850

  银基钎料炉中钎焊

硼砂和硼酸的混合物是应用很广泛的钎剂,但它们的活性温度很高,均在800℃以上,因此也只适合于800℃以上的钎焊,一般只能配合铜基钎料使用。去除氧化物的能力不强,不能去除Cr、Si、Al、Ti等的氧化物,故不能用于钎焊含这些元素的合金钢、不锈钢和高温合金等。这类残渣呈玻璃硬壳状,不溶于水,虽腐蚀性不大,但清除困难。

(3)铝用钎剂

铝表面的氧化膜致密、稳定。钎焊铝及铝合金时必须专门的铝用钎剂。铝合金用钎剂按其使用温度分为铝用软钎剂和铝用硬钎剂两类。铝用软钎剂又分为有机钎剂和反应钎剂,其成分、特点及用途见表5。铝用硬钎剂的基本组成是碱金属及碱土金属的氯化物,其成分、特点及用途见表6。

表5  常用的铝用软钎剂成分、特点及用途

类 别

牌号

名称

化学成分/%

熔点

/℃

钎焊温度

/℃

特 点 及 用 途

有机软钎剂

QJ204

FS212-

BAL

三乙醇胺82.5

氟硼酸胺5

氟硼酸镉10

氟硼酸锌2.5

180~275

  铝用有机钎剂是以三乙醇胺作溶剂加入几种氟硼酸盐,可在180~270℃温度下破坏Al2O3膜,残渣对焊件有一定的腐蚀性,主要用于钎焊铝及铝合金,也可用于钎焊铝青铜和铝黄铜

FS212-

BAL

三乙醇胺83

氟硼酸10

氟硼酸镉7

1060X

三乙醇胺62

乙醇 20

Zn(BF4)28

Sn(BF4) 5

NH4BF4 5

250

1160U

三乙醇胺37

松香 30

Zn(BF4)210

Sn(BF4) 8

NH4BF4 15

250

反应软钎剂

FS311-

BAL

ZnCl2 90

NaF 2

NH4Cl 8

300~400

反应钎剂主要组成为Zn、Sn等重金属氯化物。为提高活性,添加了少量锂、钠、钾的卤化物。一般都含NH4Cl或NH4Br以改善润湿性及降低熔点

当温度大于270℃时能有效地破坏Al2O3膜,其作用是重金属氯盐渗过氧化铝膜裂缝并发生反应而破坏氧化铝与铝的结合。极易吸潮而失去活性,应密封保存。主要用于钎焊铝及铝合金,也可用于铜及铜合金、钢件等

QJ203

铝电缆钎焊用钎剂

ZnCl2 53~58

SnCl2 27~30

NH4Br 13~16

NaF 1.7~2.3

≈160

270~380

φ220A

(前苏联)

ZnCl2 90

NH4Cl 8

KF 1.2

LiF 0.6

NaF 0.2

320~450

φ134

KCl 35

LiCl 30

ZnF2 10

CdCl2 15

ZnCl2 10

390

表6  常用的铝用硬钎剂成分、特点及用途

牌号

名称

化学成分/%

熔点

/℃

钎焊

温度℃

特 点 及 用 途

QJ201

铝钎焊

钎剂

LiCl 24~35

KCl 47~51

ZnCl2 6~10

NaF 9~11

420

450~620

极易吸潮,能有效地去除Al2O3膜,促进钎料在铝合金上漫流。活性极强,适用于在450~620℃温度范围火焰钎焊铝及铝合金,也可用于某些炉中钎焊,是一种应用较广的铝钎剂,工件须预热至550℃左右

QJ202

铝钎剂

LiCl 40~44

KCl 26~30

ZnCl2 19~24

NaF 5~7

350

420~620

极易吸潮,活性强,能有效地去除Al2O3膜,可用于火焰钎焊铝及铝合金,工件须预热至450℃左右

QJ206

高温铝

钎剂

LiCl 31~26

KCl 31~33

ZnCl 7~9

SrCl2 25

LiF 10

540

550~620

高温铝钎焊钎剂,极易吸潮,活性强,适用于火焰或炉中钎焊铝及铝合金,工件须预热至550℃左右

QJ207

高温铝

钎剂

KCl 43.5~47.5

CaF2 1.5~2.5

NaCl 18~22

LiF 2.5~4.0

LiCl 25~29.5

ZnCl 1.5~2.5

550

560~620

  与Al-Si共晶类型钎料相配,可用于火焰或炉中钎焊纯铝、LF21及LD2等,能取得较好效果。极易吸潮,耐腐蚀性比QJ201好,黏度小,湿润性强,能有效地破坏Al2O3膜,焊缝光滑

Y-1型

高温铝

钎剂

LiCl 18~20

KCl 45~50

NaCl 10~12

ZnCl 7~9

NaF 8~10

AlF3 3~5

PbCl3 1~1.5

580~590

  氟化物-氯化物型高温铝钎剂。去膜能力极强,保持活性时间长,适用于氧-乙炔火焰钎焊。可顺利地钎焊工业纯铝、LF21、LF1、LD2、ZL12等,也可钎焊LY11、LF2等较难焊的铝合金,若用煤气火焰钎焊,效果更好

No.17

(YT17)

LiCl 41,KCl 51

KF·AlF3 8

500~560

  适用于浸沾钎焊

LiCl 34,KCl 44

NaCl 12,

KF·AlF3 10

550~620

QF

氟化物共晶钎剂

KF 42,AlF3 58

(共晶)

562

>570

  具有“无腐蚀”的特点,纯共晶(KF-AlF3)钎剂可用于普通炉中钎焊,火焰钎焊纯铝或LF21防锈铝

氟化物

钎剂

KF 39,AlF3 56

ZnF2 0.3

KCl 14.7

540

  是我国近年来新研制的钎焊铝用钎剂,活性期为30s,耐腐蚀性好。可为粉状,也可调成糊状,配合钎料400适用于手工、炉中钎焊

129A

LiCl-NaCl-KCl-

ZnCl2-CdCl2-LiF

550

  可用于LY12、LF2铝合金火焰钎焊

171B

LiCl-NaCl-KCl-

TiCl-LiF

490

注:1、钎焊时,焊前应将工件钎焊部分洗刷干净,工件还应预热。

2、钎剂不宜沾得过多,一般薄薄一层即可,焊缝宜一次钎焊完。

3、钎焊后接头必须用热水反复冲洗或煮沸,并在50~80℃的质量分数为2%的酪酐(Cr2O3)溶液中保持15min,再用冷水冲洗,以免发生腐蚀。

 

(4)气体钎剂

气体钎剂是一种特殊类型的钎剂,按钎焊方法可分为炉中钎焊用气体钎剂和火焰钎焊用气体钎剂。这类钎剂最大的优点是钎焊后没有钎剂残渣,钎焊接头不需清洗。但这类钎剂及其反应物大多有一定的毒性,使用时应采取相应的安全措施。常用气体钎剂的种类和用途见表7。

表7  常用气体钎剂的种类和用途

气  体

适用方法

钎焊温度/℃

适  用  材  料

三氟化硼

三氯化硼

三氯化磷

硼酸甲酯

炉中钎焊

炉中钎焊

炉中钎焊

火焰钎焊

1050~1150

300~1000

300~1000

≥900

  不锈钢、耐热合金

  铜及铜合金、铝及铝合金、碳钢及不锈钢

  铜及铜合金、铝及铝合金、碳钢及不锈钢

碳钢、铜及铜合金

在炉中钎焊中可用作钎剂的气体主要是气态的无机卤化物,包括氯化氢、氟化氢、三氟化硼、三氯化硼和三氯化磷等气体。氯化氢和氟化氢对母材有强烈的腐蚀性,一般不单独使用,只在惰性气体保护钎焊中添加少量来提高去膜能力。

三氟化硼是最常用的炉中钎焊用气体钎剂,特点是对母材的腐蚀作用小。去膜能力强,能保证钎料有较好的润湿性,可用于钎焊不锈钢和耐热合金。但去膜后生成的产物熔点较高,只适合于高温钎焊(1050~1150℃)。三氟化硼可以由放在钎焊容器中的氟硼酸钾在800~900℃完全分解产生,并添加在惰性气体中使用,其体积分数应控制在0.001%~0.1%的范围内。

三氯化硼和三氯化磷气体对氧化物有更强的活性,且反应生成的产物熔点较低或易挥发,可在包括高温和中温的较宽温度范围(300~1000℃)进行碳钢及不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金的钎焊。该气体钎剂也应添加到惰性气体中使用,并使体积分数控制在0.001%~0.1%的范围内。

火焰钎焊时,可采用硼有机化合物的蒸气作为气体钎剂,如硼酸甲酯蒸气等。该蒸气在燃气中供给,并在火焰中与氧反应生成硼酐,从而起到钎剂作用,可在高于900℃的 的钎焊碳钢、铜及铜合金等。

2.3  钎剂的型号与牌号

(1)钎剂型号

硬钎焊用钎剂型号由字母“FB”和根据钎剂的主要组分划分的四种代号“1,2,3,4”及钎剂顺序号表示;型号尾部分别用大写字母S(粉末状、粒状)、P(膏状)、L(液态)表示钎剂的形态。钎剂主要化学组分的分类见表8.8。

表8  钎剂主要化学组分的分类

钎剂主要组

分分类代号

钎剂主要组分

钎焊温度/℃

钎剂主要组

分分类代号

钎剂主要组分

钎焊温度/℃

1

2

硼酸+硼砂+氟化物≥90%

卤化物≥80%

550~850

450~620

3

4

硼砂+硼酸≥90%硼酸三甲酯≥60%

800~1150

>450

 

 

 

 

 

 

 

钎剂型号举例:

(2)钎剂牌号

钎剂牌号前加字母“QJ”表示钎焊熔剂;牌号第一位数字表示钎剂的用途,其中,1为银焊料钎焊用,2为钎焊铝及铝合金用;牌号第二、第三位数字表示同一类型钎剂的不同牌号。

 

钎剂的品种很多,应根据钎焊温度及钎焊工艺要求合理选用。常用钎焊熔剂的牌号及用途见表9。常用硬钎剂的牌号、成分及用途见表10。

表9  常用钎焊粉剂的牌号及用途

牌  号

名    称

用        途

QJ101

QJ102

QJ103

QJ104

QJ201

QJ203

QJ207

银钎焊熔剂

银钎焊熔剂

特制银钎焊熔剂

银钎焊熔剂

铝钎焊熔剂

铝电缆钎焊熔剂

高温铝钎焊熔剂

  在550~850℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等

  在600~850℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等,活性极强

  在550~750℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等

  在650~850℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等

  在450~620℃范围钎焊铝及铝合金,活性极强

  在270~380℃范围钎焊铝及铝合金、铜及铜合金、钢等

  在560~620℃范围钎焊铝及铝合金

表10  常用钎焊熔剂的牌号及用途

牌 号

成  分  / %

钎焊温度

/℃

用    途

YJ1

YJ2

硼砂100

硼砂25,硼酸75

800~1150

850~1150

  铜基钎料钎焊碳钢、铜、铸铁、硬质合金等

YJ6

  硼砂15,硼酸80,氟化钙5

850~1150

  铜基钎料钎焊不锈钢和高温合金

YJ7

  硼砂50,硼酸35,氟化钾15

650~850

  用银基钎料钎焊钢、铜合金、不锈钢和高温合金

YJ8

  硼砂50,硼酸10,氟化钾40

>800

  用铜基钎料钎焊硬质合金

YJ11

  硼砂95,过锰酸钾5

>800

铜锌钎料钎焊铸铁

QJ-101

QJ-102

  硼酐30,氟硼酸钾70

氟化钾42,硼酐35,氟硼酸钾23

550~850

650~850

银基钎料钎焊铜合金、钢、不锈钢和高温合金

QJ-103

  氟硼酸钾>95

550~750

银铜锌镉钎料钎焊

粉301

200

硼砂30,硼酸70,硼酐66±2,脱水硼砂19±2,氟化钙15±1

850~1150

  同YJ1和YJ2

201

 硼酐77±2,脱水硼砂12±1,氟化钙10±0.5

850~1150

铜基钎料或镍基钎料钎焊不锈钢和高温合金

剂105

  氯化镉29~31,氯化锂24~26,氯化钾24~26,氯化锌13~16,氯化铵4.5~5.5

450~600

钎焊铜和铜合金

铸铁钎剂

  硼酸40~45,碳酸锂11~18,碳酸钠24~27,氟化钠+氯化钠10~20

  (NaF:NaCl=27:73)

650~750

  活性温度低,适于银基钎料和低熔点铜基钎料钎焊和修补铸铁

3  钎料的分类及特点

钎料是钎焊时的填充材料,钎焊件依靠熔化的钎料连接起来,钎料自身的性能及其与母材间的相互作用在很大程度上决定了钎焊接头的性能,因此钎焊接头的质量主要取决于钎料。

3.1  对钎料的基本要求

a、具有适当 的熔点,钎料的熔点至少应比母材的熔点低几十摄氏度。二者熔点过分接近使钎焊过程不易控制,甚至导致母材晶粒过烧或局部熔化。

b、具有良好的润湿性,应能在母材表面充分铺展并充分填满钎缝间隙。为保证钎料良好润湿和填缝,在钎料流入接头间隙之前就应处于完全熔化状态。应将钎料的液相线看作钎焊时可采用的最低温度,接头的整个截面必须加热到液相线温度或更高的温度。

c、能与母材发生溶解、反应扩散等相互作用,并形成牢固的冶金结合。钎料与母材界面适当的相互作用可以使钎料发生合金化反应,提高钎焊接头的力学性能。

d、应具有稳定和均匀的成分,在钎焊过程中应尽量避免出现偏析现象和易挥发元素的烧损。

e、得到的钎焊接头应能满足使用要求,如力学性能和物理化学性能等方面的要求。还应考虑钎料的经济性,在满足工艺性能和使用性能的前提下,尽量少用或不用稀有金属和贵金属,降低生产成本。

3.2  钎料的分类

钎料通常按其熔化温度范围分类,熔化温度低于450℃的称为软钎料,高于450℃的称为硬钎料,高于950℃的称为高温钎料。有时根据熔化温度和钎焊接头的强度不同,将钎料分为易熔钎料(软钎料)和难熔钎料(硬钎料)。

根据组成钎料的主要元素,软钎料分为铋基、姻基、锡基、铅基、镉基、锌基等;硬钎料分为铝基、银基、铜基、锰基、金基、镍基等;各类钎料的熔化温度范围见表11。

表11  各类钎料的熔化温度范围

软  钎  料

硬  钎  料

软  钎  料

硬  钎  料

组  成

熔点范围/℃

组  成

熔点范围/℃

组  成

熔点范围/℃

组  成

熔点范围/℃

Zn-Al钎料

Cd-Zn钎料

Pb-Ag钎料

Sn-Zn钎料

380~500

260~350

300~500

190~380

镍基钎料

钯钎料

金基钎料

铜钎料

780~1200

800~1230

900~1020

1080~1130

Sn-Ag钎料

Sn-Pb钎料

Bi基钎料

In基钎料

210~250

180~280

40~180

30~140

黄铜钎料

铜磷钎料

银钎料

铝基钎料

820~1050

700~900

600~970

460~630

 

3.3  钎料的型号与牌号

(1)钎料的型号

根据GB/T 6208—95《钎焊型号表示方法》标准规定,钎料型号由两部分组成,钎料型号两部分之间用短划“-”分开。钎料型号中第一部分用一个大定英文字母表示钎料的类型:首字母“S”表示软钎料,“B”表示硬钎焊。

钎料型号中的第二部分由主要合组分的化学元素符号组成。在这部分中第一个化学元素符号表示钎料的基体组分;其他化学元素符号按其质量分数(%)顺序排列,当几种元素具有相同的质量分数时,按其原子序数顺序排列。

软钎料每个元素符号后都要标出其公称质量分数;硬钎料仅第一个化学元素符号后标出公称质量分数。公称质量分数取整数误差±1%,若其元素公称质量分数仅规定最低值时应将其取整数。公称质量小于1%的元素在型号中不必标出,但如某元素是钎料的关键组分一定要标出时,软钎料型号中可仅标出其化学元素符号,硬钎料型号中将其化学元素符号用括号括起来。

每个钎料型号中最多只能标出6个化学元素符号。将符号“E”标注在型号第二部分之后用以表示是电子行业用软钎料。对于真空级钎料,用字母“V”表示,以短划“-”与前面的合金组分分开。既可用作钎料又可用作气焊焊丝的铜锌合金,用字母“R”表示,前面同样加一短划“-”。

软钎料型号举例:

S-Sn63Pb37E,表示一种含锡63%、含铅37%的电子工业用软钎料。

硬钎料型号举例:

 

(2)钎料的牌号

在GB/T 6208—95颁布前,我国另有一套钎焊牌号表示方法,长期使用已成习惯,上述国标颁行后仍常见到。钎料俗称焊料,以牌号“HL×××”或“料×××”表示,其后第一位数字代表不同合金类型(见表12;第二、第三位数字代表该类钎料合金的不同编号。

表12  焊料牌号条一位数字的含义

牌   号

合金类型

牌   号

合金类型

HL1××(料1××)

HL2××(料2××)

HL3××(料3××)

HL4××(料4××)

CuZn合金

CuP 合金

Ag基合金

Al基合金

HL5××(料5××)

HL6××(料6××)

HL7××(料7××)

 

Zn基、Cd基合金

SnPb合金

Ni基合金

近几年颁布和实施的有关钎料的国家标准中,钎料型号表示方法未完全按GB/T 6208统一起来,例如,GB 4906—85《电子器件用金、银及其合金钎焊料》中用“DHLAgCu28”牌号表示,D表示电子器件用;GB 8012—87《铸造锡铅焊料》中用“ZHLSnPb60”牌号表示,Z代表铸造;GB 3131—88《锡铅焊料》中用“HLSn60Pb”牌号表示。由于我国钎料型号、牌号的表示方法目前在国家标准中尚不统一,后面表中的钎料型号、牌号随着来源不同,表示方法也不同。

3.4  常用钎料的成分及熔化温度

(1)银基钎料

银基钎料适用于气体火焰钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等工艺方法,用途较广泛。根据GB 10046《银基钎料》标准规定,银基钎料的分类、型号及熔化温度见表13。

表13  银基钎料的分类、型号及熔化温度

分   类

钎料型号

熔化参考温度/℃

固相线温度

液相线温度

钎焊温度

银铜

Bag72Cu

779

779

770~900

银基

Bag94Al

780

825

825~925

银铜锂

Bag72CuLi

766

766

766~871

Bag72CuNiLi

780

800

800~850

银铜锌

Bag10CuZn

815

850

850~950

Bag25CuZn

700

800

800~890

Bag45CuZn

665

745

745~845

Bag50CuZn

690

775

775~870

银铜锡

Bag60CuSn

600

720

720~840

银铜锌镉

Bag35CuZnCd

605

700

700~845

Bag45CuZnCd

620

620~760

Bag50CuZnCd

625

635

635~760

Bag40CuZnCdNi

595

605

605~705

Bag50CuZnCdNi

630

690

690~815

银铜锌锡

Bag34CuZnSn

730

730~820

Bag56CuZnSn

620

650

650~760

Bag40CuZnSnNi

634

640

640~740

Bag50CuZnSnNi

650

670

670~770

银铜锌锰

Bag20CuZnMn

740

690

790~845

Bag49CuZnMnNi

625

705

705~850

银基钎料的化学成分应符合表14的规定。钎料表面应光洁,不应有影响钎焊性能的油污、夹杂物、起皮、针孔分层和裂纹等缺陷。钎料应具有良好的钎焊工艺性能。每批钎料应在不同部位取三个代表性试样进行化学分析,在常规分析中如发现有其他杂质时须作进一步分析,杂质元素的总量不得超过0.15%。

表14  银基钎料的化学成分/%

型号

Ag

Cu

Zn

Cd

Ni

Sn

Li

Al

Mn

Bag72Cu

Bag94Al

Bag72CuLi

Bag72CuNiLi

Bag10CuZn

Bag25CuZn

Bag45CuZn

Bag50CuZn

Bag60CuSn

Bag35CuZnCd

Bag45CuZnCd

Bag50CuZnCd

Bag40CuZnCdNi

Bag50CuZnCdNi

Bag34CuZnSn

Bag56CuZnSn

Bag40CuZnSnNi

Bag50CuZnSnNi

Bag20CuZnMn

Bag49CuZnMnNi

71.0~73.0

余量

71.0~73.0

71.0~73.0

9.1~11.0

24.0~26.0

44.0~46.0

49.0~51.0

59.0~61.0

34.0~36.0

44.0~46.0

49.0~51.0

39.0~41.0




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