釬焊習題答案

1、 第一章：1. 推導釬料在平板間隙中上升高度與釬料表面張力、潤濕角之間的關系2.溫度是如何影響釬料在母材上的潤濕性的 液體的表面張力與溫度的關系 Am：一個摩爾液體分子的體積；K：常數(shù)； T0：表面張力為零時的臨界溫度；：溫度常數(shù) 隨著溫度的升高，液體的表面張力減小，提高了潤濕性 溫度升高，釬料本身的表面張力減小，液態(tài)釬料與母材間的界面張力降低，提高了釬料的潤濕性 溫度過高，釬料的潤濕性太強，造成釬料流失2. 金屬表面的粗糙度是如何影響釬料的潤濕性的母材表面粗糙度對與其相互作用弱的釬料的潤濕性有明顯影響。（Ag-20Pd-5Mn釬料在不銹鋼、銅HlSnPb58-2）粗糙表面上縱橫交錯的細槽對液

2、態(tài)釬料起到特殊的毛細作用，促進了釬料在母材表面的鋪展母材表面狀態(tài)對與其相互作用強的釬料的潤濕性無影響。（ LF21鋁合金+Sn-20Zn）因釬料與母材的強烈相互作用，細槽迅速被液態(tài)釬料溶解而不復存在3. 金屬表面的氧化物是如何影響釬料的潤濕性的 金屬表面上總是存在著金屬氧化物，在有氧化膜的金屬表面上，液態(tài)釬料往往凝聚成球狀，不與金屬發(fā)生潤濕，這是由于氧化物的表面張力比金屬本身的表面張力要低得多所致。4. 如何通過合金相圖判斷材料之間是否可以潤濕通過觀察相圖：1) 如果釬料與母材在液態(tài)和固態(tài)均不相互作用 潤濕性很差 Fe-Ag、Fe-Bi、Fe-Pb、Fe-Cd等2) 如果釬料能與母材相互作用，

3、則可以很好地潤濕母材 相互溶解 形成金屬間化合物Ag-Ni 在1000C時Ag在Ni中有3wt%左右的溶解度 Ag在Ni上有一定的潤濕性 Ag可焊不銹鋼Ag-Cu 在779C時在Ag在Cu中有8wt%左右的溶解度 Ag在Cu上有很好的潤濕性所以，同樣以銀為釬料，對于不同的母材隨著它們之間相互作用的加強，液固界面張力減小，濕潤性提高。母材是合金的情況類似5. 從母材溶解量的計算公式指出影響母材溶解的因素 溶解的計算Q ： 溶解量 t ： 時間 K ： 溶解速率 ： 擴散層厚度 S ： 液- 固相接觸面積 a ： 溶解速度系數(shù) Cl ： 飽和溶解度 C ： 母材在釬料中的濃度 V ： 液態(tài)釬料的體

4、積 s ： 液態(tài)釬料的密度 而所以如果溫度、釬料量、接觸面積均為常數(shù)，則固液傳質(zhì)的動力學方程 本質(zhì)因素 母材在釬料中的極限溶解量 釬料組分在母材中的飽和固溶度 金屬間化合物 工藝因素 溫度和時間w 溶解量隨溫度成指數(shù)函數(shù)增加w 隨時間的增加關系與釬料量有關 釬料量w 預置定量釬料：溶解隨時間增加達到飽和w 浸沾釬焊：溶解量一直增加6. 釬焊接頭的幾個區(qū)域及形成；對接頭性能的影響1) 釬焊接頭有三個區(qū)域組成：母材上靠近界面的擴散區(qū)，釬縫界面區(qū)和釬縫中心區(qū)。 擴散區(qū)組織是釬料組分向母材擴散形成的； 界面區(qū)組織是母材向釬料溶解，冷卻后形成的。它可能是固溶體或金屬間化合物； 釬縫中心區(qū)由于母材的溶解和

5、釬料組分的擴散以及結晶時的偏析，組織不同于釬料的原始組織。母材擴散區(qū)界面區(qū)中心區(qū)2) 對接頭性能的影響： 一般情況下擴散區(qū)組織對性能的影響不大 界面區(qū)組織對接頭性能影響很大：1.釬料與母材能形成固溶體，釬焊后在界面區(qū)即可出現(xiàn)固溶體，固溶體組織具有良好的強度和塑性，對接頭性能是有利的；2.界面區(qū)為連續(xù)層狀化合物組織時，釬焊接頭的性能將顯著降低 接頭釬料合金部分與原始成分有很大的差異7. 釬料合金成分對母材向釬料中的溶解的影響 若釬料中含有母材的成分，則母材向釬料的溶解量減少 釬料合金成分在母材中的飽和溶解度越大，則一定時間下母材的溶解量量越少 若釬料中有與母材形成金屬間化合物的組分，則金屬化合物

6、阻擋母材溶解，但當溫度升高至金屬間化合物熔化時，母材溶解加速8. 如何從釬料合金成分抑制或改善接頭金屬間化合物層的生成 在釬料中加入不與母材也不與釬料形成化合物的組分 在釬料中加入與釬料而不與母材形成化合物的組分9. 接觸反應釬焊的原理 若兩種金屬能形成共晶或形成低熔固溶體，則在它們接觸良好的情況下加熱到高于共晶溫度或低熔固溶體熔化溫度以上，依靠他們之間的相互擴散，在界面處形成共晶體或低熔固溶體，從而把二者連接起來。第二章：1. 鉛在錫鉛釬料中的作用 降低釬料的熔點 提高釬料的潤濕性 提高釬料的機械強度 防止釬料出現(xiàn)冷脆2. 鋁用軟釬料的基本成分 鋁用軟釬料可分為三類：低溫軟釬料，中溫軟釬料和

7、高溫軟釬料。 其中低溫軟鉛料：在錫和錫合金中加入一些鋅； 中溫軟鉛料：錫鋅和鎘鋅系釬料，含鋅量較高； 高溫軟釬料：以鋅為基體，加入少量的鋁，銀，銅等元素。3. 鋁硬釬料的基本成分 鋁及可和鋁形成共晶的金屬 鋁硅共晶、鋁硅銅共晶為基礎，有時加入一些其它元素組成牌 號名 稱合金成分 wt%Tm Cbf MPaAlSiCuZnBAl88Si鋁硅釬料余量121577582147157BAl67CuSi鋁硅銅1號余量5.56.5 2729525535脆性大BAl86SiCu鋁硅銅2號余量9.310.73.34.7520585245294HL403鋁硅銅鋅余量10140.71015165602452944

8、. 銅磷釬料作為自釬劑釬料的機理 Cu-P釬料 共晶成分8.38wt%磷 熔點：714 P2O5與氧化銅生成復合化合物，以液態(tài)覆蓋母材表面，起保護作用，防止母材氧化。第三章：1. 釬劑的一般組成及作用釬劑由釬劑基體組分，去膜劑和活性劑三部分組成 釬劑基體組分 使釬劑具有需要的熔點 作為釬劑其它組分以及釬劑作用產(chǎn)物的溶劑 形成致密的保護膜 硬釬劑：采用熱穩(wěn)定的金屬鹽或金屬鹽系統(tǒng)：硼砂、堿金屬或堿金屬的氯化物 軟釬劑：高沸點的有機溶劑 去膜劑 溶解表面氧化膜 堿金屬和堿土金屬的氟化物溶解金屬氧化物 活性劑 破壞氧化膜與金屬的結合，加速氧化膜清除并改善釬料的鋪展 重金屬的鹵化物：氯化鋅、氯化鎘等等

9、氧化物：硼酐等 釬劑的作用 清除母材和釬料表面的氧化膜 保護表面不再氧化 起界面活性作用，促進釬料對母材的潤濕2. 氯化鋅作為釬劑成分在釬焊鋼時和釬焊鋁合金時的不同作用1) 氯化鋅作為釬劑成分在釬焊鋼時起去除氧化膜的作用，其作用機理如上 題 ；2) 氯化鋅作為釬劑成分在釬焊鋁合金時，屬于鋁用反應釬劑，釬焊加熱過程 中，氯化鋅滲過氧化鋁膜的裂縫與鋁反應。去膜機理： 重金屬的氯鹽與鋁反應，破壞氧化膜與母材的結合 AlCl3溫度高于182C時升華為氣體，膜下外逸，促進氧化膜破碎 再加以氟化物溶解破碎的氧化膜 為鋁所置換的鋅沉積在鋁表面，促進釬料的鋪展3. 硼酸的去膜機理； 硼酸加熱時分解，形成硼酐，

10、其熔點是580 C 硼酐與銅、鋅、鎳和鐵的氧化物形成易溶的硼酸鹽 但在900以下時，硼酐的粘度很大，去膜能力也差，故只適用于在高于900的溫度用作釬劑，一般不單獨作為釬劑使用4. 硼砂的去膜機理 硼砂在741C熔化，分解成硼酐和偏硼酸鈉 硼酐與金屬氧化物形成易溶的硼酸鹽 偏硼酸鈉與硼酸鹽形成熔點更低的復合化合物 硼砂的去膜能力強于硼酸 但熔點較高，在800以下粘度大，流動性不好，只適于800以上的釬焊溫度使用5. 硼砂和硼酸單獨作為釬劑時存在的問題 活性溫度高，均在800以上，只能配合銅基釬料使用 不能去除Cr、Si、Al、Ti的氧化物。因此不能用來釬焊含這些元素多的合金鋼、不銹鋼和高溫合金

11、殘渣腐蝕性小，但不易清除6. 鋁用反應軟釬劑的組成及其去膜機理 組成 基體：鋅、錫等重金屬的氯化物 活性劑：鉀、鈉、鋰的鹵化物(一般為氟化物) 去膜機理 重金屬的氯鹽與鋁反應，破壞氧化膜與母材的結合 AlCl3溫度高于182C時升華為氣體，膜下外逸，促進氧化膜破碎 氟化物溶解破碎的氧化膜 Zn、Sn沉淀于鋁表面，促進釬料潤濕7. 鋁用氯化物硬釬劑的基本組成及其去膜機理組成 基體：堿金屬或堿土金屬的氯化物的低熔點混合物w NaCl, LiCl, KCl, CaCl, BaCl, SrCl, CuCl, MgClw 調(diào)節(jié)熔點w 可以很好地在鋁和氧化鋁的表面鋪展 去膜劑：氟化物w NaF, ZnF,

12、 LiF, KF, AlF3, Na2AlF6w 溶解氧化膜w 可使熔點增加，添加量有限 活性劑：低熔點重金屬的氯化物w ZnCl2, SnCl2, CdCl2 氯化物基鋁硬釬劑去膜機理-1 溶解作用 氟化物有溶解鋁氧化膜的作用 氟化物添加量受熔點的限制 破碎作用 鋁與氧化鋁膜的熱膨脹系數(shù)不一致，加熱時氧化膜產(chǎn)生裂紋 釬劑透過裂紋與鋁發(fā)生反應 氧化鋁膜成碎片狀進入熔化的釬劑，更容易溶解 釬劑可以從鋁與氧化鋁膜之間滲入 鋁與氯產(chǎn)生AlCl3氣體，使氧化膜脫離并破碎 重金屬的析出 沉積在鋁表面，改善潤濕 鋁在鋅內(nèi)的溶解度很高，容易造成溶蝕 氯化物基鋁硬釬劑去膜機理-2 釬劑對鋁的電化學腐蝕作用 加

13、熱使氧化鋁膜產(chǎn)生裂紋 Cl-1離子滲透裂紋 在鋁-氧化膜界面形成微電池 鋁：陽極；氧化膜：陰極 鋁被腐蝕 膜和鋁的結合被破壞，脫落 形成氧陰離子 氧離子的存在保證鋁陽離子化過程繼續(xù)進行(氧去極化作用) F-離子起防止AlCl3氣泡產(chǎn)生的作用第四，五章：1.釬焊方法的分類烙鐵釬焊 火焰釬焊 電阻釬焊 感應釬焊 浸沾釬焊 爐中釬焊 擴散釬焊2. 微電子產(chǎn)品的常用釬焊方法 波峰焊； 熱風再流焊； 激光軟釬焊； 紅外再流焊； 蒸汽再流焊；1. 釬焊最常選用什么接頭形式，有什么優(yōu)點及問題搭接接頭 釬料的強度一般遠小于母材，要達到等強度必須增加接頭面積 對接接頭、T型接頭、角接接頭難以保證對中和間隙 增加

14、了母材的消耗，增大了結構的重量 截面突然變化，導致應力集中2. 釬焊時接頭間隙的大致范圍母材釬料系統(tǒng)間隙 mm母材釬料系統(tǒng)間隙 mm鋁及鋁合金Al基0.150.25鋼Cu0.010.05Zn基0.10.25黃銅0.020.10銅及銅合金黃銅0.040.20Ag基0.0250.15Cu-P0.040.20不銹鋼CuNi30-2-0.20.030.20Cu-Ag-P0.020.15Mn基0.040.15Pb-Sn,Sn-Sb-Ag0.050.3Ni基0.040.10Sn-Pb,Sn-Sb0.1Cu0.010.10Ag-Cu-Zn-Cd0.080.2鈦及鈦合金Cu,Cu-P,Cu-Zn0.030.0

15、5鎳合金Ni-Cr0.050.1Ag,Ag-Mn0.03 記住幾種常用釬料即可。3. 接頭間隙為什么會影響接頭強度 答：間隙對接頭性能的影響是對以下諸過程影響的綜合結果： 釬料的毛細填縫過程 釬劑殘渣與氣體從間隙中排出 母材與填縫材料的相互擴散過程 母材對釬縫合金層受力時塑性流動的機械約束作用 間隙偏小 接頭強度下降 填縫難 間隙內(nèi)的氣體、釬劑殘渣難排出 間隙偏大 接頭強度降低 毛細作用弱也使釬料不能填滿間隙 母材對填縫釬料中心區(qū)的合金化作用消失 釬縫結晶生成柱狀鑄造組織和枝晶偏析以及受力時母材對釬縫合金層的支撐作用減弱 最佳間隙值 釬料與母材相互作用 流動性4. 確定接頭間隙時應當考慮的因素

16、有哪些？ 釬劑類型無機釬劑，渣多，aj氣態(tài)釬劑，渣亦為氣體， aj 釬料與母材的相互作用作用強，母材的溶解使釬料流動性，aj作用弱， aj 釬料的流動性和粘度純金屬釬料共晶釬料自釬劑釬料流動性好，aj 接頭長度接頭越長，母材與釬料作用強，aj 母材熱脹系數(shù)差異同種材料釬焊時，室溫與釬焊溫度下，aj不變；異種材料釬焊時，因熱脹系數(shù)的差異，aj會發(fā)生變化5. 不銹鋼用Ni-B釬料釬焊時為什么采用非常小的間隙 鎳基釬料由于熔點調(diào)節(jié)的要求，含有較多的B、Si、C，釬料本身由多種金屬間化合物組成。 釬焊時，這些元素向不銹鋼中擴散。 間隙極小時，這些元素會全部擴散到母材中。釬縫組織為固溶體 間隙較大時，擴

17、散路程長，元素來不及擴散。釬縫中留下連續(xù)的脆性層 此外，它們之間的相互作用較弱。6. 鋁合金釬焊時為什么采用比較大的間隙？ 答：鋁合金采用釬劑去膜，只有在大間隙下，釬劑殘渣才能順利排出。第六，七章：1. 鋁合金軟釬焊接頭的電化學腐蝕及其解決措施 電化學腐蝕 釬料與母材的成分截然不同，電極電位也就不同 有電解質(zhì)存在時，在釬料母材界面處形成微電池 電極電位低的合金作為陽極被腐蝕 腐蝕機理：Sn-Pb合金的電極電位高于鋁，應該是鋁被腐蝕。但實際上由于Sn-Pb釬料與鋁之間的結合性很差，界面存在空隙，在鋁和釬料的界面處形成了比鋁更負的電極電位；且水汽在此積聚，導致接頭在界面區(qū)很快腐蝕解決措施 在釬料中

18、加入Zn或者采用Zn基釬料 鋁與鋅互溶，增強了釬料與母材的結合 界面處的電極電位提高 在鋁表面鍍Cu或者Ni 改善了潤濕性和結合性 電極電位發(fā)生有利于抗腐蝕性提高的變化 采用銅鍍層的電極電位分布 采用Zn基釬料的電位分布2. 各類鋁合金的硬釬焊性 純鋁和鋁錳合金1) 良好的釬焊性能 鋁鎂合金1) 鎂的質(zhì)量分數(shù)大于1.5%時，對焊接性產(chǎn)生很大的影響2) 鎂含量增加，表面氧化鎂增多，現(xiàn)有釬劑不能有效去除3) 鎂含量超過2.5%時，釬焊很困難 硬鋁合金 釬焊性很差1) 溫度超過505時，發(fā)生過燒，強度和塑性顯著下降2) 缺乏合適的釬料3) 超硬鋁在470時就發(fā)生過燒，需要快速加熱方法(浸沾釬焊) 鍛鋁合金1) LD2的固相線溫度593，容易控制釬焊溫度，釬焊性較好2) LD6的固相線溫度555過燒敏感性大于LD2 ZL102鑄鋁合金系非熱處理強化合金，必須在低于固相線溫度577溫度下釬焊，含硅量高釬料難以潤濕。ZL202鑄鋁合金較難釬焊。ZL301鑄鋁合金不能釬焊。 3. 鋁合金浸沾釬焊時釬劑(熔鹽)中為什么不使用氯化鋅？ 浸沾釬焊中釬劑不但起去膜作用，而且