銅及銅合金釬焊

1、 銅及銅合金釬焊銅及銅合金釬焊錢乙余教授 博士生導(dǎo)師哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室銅及銅合金n銅及其合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、耐腐蝕性能和良好的加工成形性能，因而獲得廣泛的應(yīng)用。n銅及其合金通?？煞譃樗拇箢悾?紫銅、黃銅、青銅和白銅。銅及銅合金的材料特性 紫銅n紫銅是含銅量不低于99.5%的純銅。根據(jù)含氧量不同可分為純銅和無(wú)氧銅。n紫銅表面可能形成Cu2O和CuO兩種氧化物。n室溫下銅表面為Cu2O所覆蓋；高溫下的氧化皮分為兩層，外層為CuO，內(nèi)層為Cu2O。n純銅不能在含氫的還原性氣氛中釬焊。銅及銅合金的材料特性 黃銅n黃銅是指銅鋅合金，它比紫銅具有高得多

2、的強(qiáng)度、硬度和耐腐蝕能力，并保持一定的韌性。性能和高耐腐蝕性能。黃銅金相圖銅及銅合金的材料特性 黃銅銅及銅合金的材料特性 特殊黃銅n錫黃銅：錫黃銅含w（Sn）約為1%,錫的存在并不影響表面氧化物的組成。錫黃銅的釬焊性與黃銅相當(dāng)，容易釬焊。n鉛黃銅：鉛黃銅中的鉛在加熱時(shí)會(huì)形成粘渣，破壞釬料的潤(rùn)濕作用和流動(dòng)性。必須選合適的釬劑以保證流動(dòng)性。n錳黃銅：錳黃銅的表面由鋅的氧化物和錳的氧化物組成。錳的氧化物比較穩(wěn)定，比較難以去除，應(yīng)采用活性強(qiáng)的釬劑以保證釬料的潤(rùn)濕性。銅及銅合金的材料特性 青銅n青銅的種類比較多，加入的合金元素不同，其釬焊性也就不同。n如加入的合金元素是錫元素，或一些少量的鉻或鎘元素，則

3、對(duì)釬焊性影響不大，一般較容易進(jìn)行釬焊。n如加入的合金元素是鋁元素，尤其是鋁含量較多時(shí)(達(dá)10%)，表面有鋁的氧化物，難以去除，釬焊性變壞。必須采用專門的釬劑來(lái)進(jìn)行釬焊。銅及銅合金的材料特性 青銅銅及銅合金的材料特性 青銅n如加入的是硅元素形成硅青銅時(shí)，硅青銅對(duì)熱脆和熔融釬料作用下的應(yīng)力開裂相當(dāng)敏感。n如加入的合金元素是鈹元素，雖然形成較穩(wěn)定的BeO氧化物，但用常規(guī)釬劑還能滿足去除氧化膜的要求。銅及銅合金的材料特性 青銅銅及銅合金的材料特性 白銅n白銅是銅和鎳的合金，它具有較好的綜合力學(xué)性能。n白銅含鎳，選用釬料時(shí)應(yīng)避免選用含磷的釬料，如銅磷釬料和銅磷銀釬料。 n白銅對(duì)熱裂和熔融釬料作用下的應(yīng)力

4、開裂均甚敏感。 白銅銅及銅合金的材料特性常用銅和銅合金的釬焊性硬 釬 料 銀基釬料n銀基釬料的熔點(diǎn)適中，工藝性好，并具有良好的強(qiáng)度、韌性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗腐蝕性，是應(yīng)用極廣的硬釬料。n銀基釬料的主要合金元素是銅、鋅、鎘和錫等元素。銅是最主要的合金元素，因添加銅可降低銀的熔化溫度，又不形成脆性相。 硬 釬 料 銀基釬料n添加鋅可進(jìn)一步降低其熔化溫度 。n加錫可使銀銅錫合金的熔化溫度降得很低，但熔化溫度低的合金極脆，無(wú)實(shí)際使用價(jià)值。為了避免出現(xiàn)脆性，銀銅錫釬料的含錫量一般不高于10%。n為了進(jìn)一步降低銀基釬料的熔化溫度可在銀銅鋅合金中加鎘 。硬 釬 料 銅磷釬料n銅磷釬料由于工藝性能好，價(jià)格低，

5、在釬焊銅和銅合金方面得到廣泛的應(yīng)用。n磷在銅中起兩種作用：第一，磷能顯著降低銅的熔點(diǎn)；第二，在空氣中釬焊銅時(shí)起自釬劑作用。 n為進(jìn)一步降低銅磷合金的熔化溫度和改進(jìn)其韌性，還可加入銀。 硬 釬 料 銅磷釬料n錫可以提高Cu-6P合金的強(qiáng)度，但當(dāng)含（Sn）量超過(guò)1%后，抗拉強(qiáng)度的變化是很小的；錫也可以改善Cu-6P合金的塑性，加1%(Sn)的合金延伸率最好，加錫量繼續(xù)增加，延伸率又趨下降。n為了進(jìn)一步降低銅磷釬料的熔化溫度，可在銅磷合金中同時(shí)加入錫和鎳。 硬 釬 料 銅磷釬料n磷和銅磷銀釬料只能用來(lái)釬焊銅和銅合金，不能用來(lái)釬焊鋼、鎳合金和含鎳量大于10%的銅鎳合金。n這種釬料在加熱慢時(shí)大都有偏析作

6、用，應(yīng)盡量采用快速加熱的釬焊的方法。銅磷釬料的化學(xué)成分和性能軟釬料 錫基釬料n使用Sn基釬料釬焊銅時(shí)，在釬料和母材界面上易形成金屬間化合物Cu6Sn5，所以必須注意釬焊溫度和保溫時(shí)間。n一般烙鐵釬焊時(shí)，由于化合物層很薄，對(duì)接頭性能沒有大的影響。軟釬料 錫基釬料n用錫鉛釬料釬焊時(shí)黃銅接頭比用同樣釬料釬焊的銅接頭強(qiáng)度要高些，這是因?yàn)辄S銅在液態(tài)釬料中的溶解比銅要慢，所以生成的脆性金屬間化合物也較少所至。軟釬料 錫基釬料釬料化學(xué)成分熔化溫度抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率SnAgSbCuHL60696.0 4.0-22153.0-Sn95Sb95.0-5.0-23339.243Sn92AgCuSb92.0 5.01.0

7、2.025049.02.3Sn85AgSb84.5 8.07.5-27080.48.8軟釬料 鉛基釬料釬料化學(xué)成分熔化溫度PbAgSnHLAgPb9797.03.0-304-305HLAgPb97.5-1.097.51.51.0310-310HLAgPb92-5.5922.55.5287-296HLAgPb83.5-15-1.583.51.515.0265-270軟釬料 鎘基釬料鎘基釬料化學(xué)成分及性能軟釬料 無(wú)鉛釬料釬焊銅管用無(wú)鉛釬料部分軟釬料釬焊銅及黃銅接頭的強(qiáng)度 硬釬劑n現(xiàn)有硬釬劑主要以硼砂、硼酸以及它們的混合物為基體，在添加某些堿金屬或堿土金屬的氟化物、氟硼酸鹽等來(lái)獲得合適的活性溫度和增

8、強(qiáng)去氧化物能力。硬釬劑n硼酸H3BO3加熱時(shí)分解形成硼酐B2O3，反應(yīng)式如下： 2H3BO3B2O3+3H2On硼酐的熔點(diǎn)為580，它能與銅、鋅、鎳和鐵的氧化物形成易熔的硼酸鹽以渣的形式浮在釬縫上面，既能達(dá)到去膜，又能起機(jī)械保護(hù)作用。 MeO+B2O3MeOB2O3硬釬劑n硼砂Na2B4O7在741熔化： Na2B4O7B2O3+2NaBO2n硼酐與金屬氧化物形成易溶的硼酸鹽，而偏硼酸鈉又與硼酸鹽形成熔化溫度更低的復(fù)合化合物容易浮到釬縫表面。 MeO+2 NaBO2+ B2O3(NaBO2)2Me(BO2)2硬釬劑n硼砂和硼酸的混合物是應(yīng)用很廣的釬劑，加入硼酸能減小硼砂釬劑的表面張力，促進(jìn)釬劑

9、的鋪展。硼酸還能改善釬劑殘?jiān)拿撛?。n但硼砂-硼酸釬劑配合銀釬料使用時(shí)，熔化溫度仍嫌太高，粘度太大。 硬釬劑n為進(jìn)一步降低其熔化溫度，可加入氟化鉀。KF更重要的功能是降低釬劑的粘度和提高去氧化物的能力。n為了進(jìn)一步降低其熔化溫度和提高其活性，可加入KBF4。KBF4的熔點(diǎn)為540，熔化分解為： KBF4KF+BF3硬釬劑部分硬釬劑成分及用途 腐蝕性釬劑編號(hào)成分用途1ZnCl21130g, NH4Cl110g, H2O4L釬焊銅和銅合金，鋼2ZnCl21020g,NaCl280g, NH4Cl，HCl30g, H2O4L釬焊銅和銅合金，鋼3ZnCl2600g, NaCl170g浸沾釬焊覆蓋劑4

10、ZnCl2710g, NH4Cl100g,凡士林1840g，H2O180g釬焊銅和銅合金，鋼5ZnCl21360g, NH4Cl140g, HCl85g， H2O4L釬焊硅青銅，鋁青銅，不銹鋼6H3PO4960g, H2O455g釬焊錳青銅，不繡鋼QJ205ZnCl250g, NH4Cl15，CdCl230,NaF6鎘基釬料釬焊銅和銅合金軟釬劑軟釬劑軟釬劑軟釬劑弱腐蝕性釬劑軟釬劑軟釬劑n無(wú)腐蝕性釬劑n無(wú)腐蝕性釬劑主要成分是松香。n常用的有三種松香釬劑： 未活化松香 弱活化松香 活性松香表面準(zhǔn)備n溶劑除油或堿液都適用于銅和銅合金。機(jī)械方法、金屬絲刷和噴砂等可以用來(lái)去除氧化物。n硅黃銅n鉻青銅和銅

11、鎳合金n鋁青銅n鈹青銅n銅、黃銅、錫青銅釬焊工藝n銅及銅合金可用多種方法進(jìn)行釬焊，如烙鐵釬焊、浸漬釬焊、火焰釬焊、感應(yīng)釬焊、電阻釬焊、爐中釬焊、接觸反應(yīng)釬焊等。但高頻釬焊時(shí)，由于銅的電阻小，要求加熱電流比較大。銅及銅合金釬焊技術(shù)n銅：釬焊銅時(shí)釬料與釬劑的配合如下。用錫鉛，錫銀釬料釬焊特別干凈的表面時(shí)可用松香釬劑，否則用活性松香，弱腐蝕性釬劑或腐蝕性釬劑。n除無(wú)氧銅外，純銅不在還原性氣氛中釬焊，以免發(fā)生氫脆。銅及銅合金釬焊技術(shù)n黃銅n釬焊黃銅時(shí)的釬料與釬劑與釬焊銅時(shí)基本相同。但銅的表面有鋅的氧化物，不能用未活化松香進(jìn)行釬焊，用銅磷和銅銀釬料釬焊時(shí)也必須用FB102釬劑。銅及銅合金釬焊技術(shù)n錳黃銅

12、n錫鉛釬料釬焊時(shí)應(yīng)采用磷酸水溶液釬劑；鉛基釬料釬焊時(shí)采用氧化鋅水溶液釬劑。鎘基釬料釬焊時(shí)用Q205釬劑。nBAg45CuCdNi和BAg45CuCd釬料釬焊時(shí)用FB102或FB103釬劑。其它銀基釬料、銅磷和銅磷銀釬料釬焊時(shí)用FB102。n爐中釬焊建議在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，并采用FB104釬劑。銅及銅合金釬焊技術(shù)n鈹青銅n軟釬焊淬火時(shí)效狀態(tài)的鈹青銅，應(yīng)選用熔化溫度低于300度的釬料，最好采用63Sn-37Pb，配合弱腐蝕性釬劑或腐蝕性釬劑進(jìn)行。n硬釬焊時(shí)最好將釬焊和固溶處理同時(shí)進(jìn)行。銅及銅合金釬焊技術(shù)n鉻青銅n軟釬焊對(duì)它的性能指標(biāo)沒有多大影響，可采用與鈹青銅相同的軟釬料和釬劑釬焊。n鉻青銅的硬釬焊

13、不能在其固溶-時(shí)效狀態(tài)下進(jìn)行，而應(yīng)在固溶處理狀態(tài)下進(jìn)行釬焊，然后再進(jìn)行時(shí)效。n應(yīng)采用熔化溫度最低的銀釬料，如BAg40CuZnCdNi以快速加熱方法釬焊。銅及銅合金釬焊技術(shù)n鎘青銅和錫青銅n與銅和黃銅相似，只是在保護(hù)氣氛中釬焊時(shí)沒有氫脆和鋅的揮發(fā)問題。n但含磷的錫青銅有應(yīng)力開裂的傾向。銅及銅合金釬焊技術(shù)n硅青銅n軟釬焊時(shí)應(yīng)采用加鹽酸的強(qiáng)腐蝕性釬劑。n硬釬焊時(shí)有應(yīng)力開裂和釬料晶間滲入的傾向。n釬焊溫度低于760度?？刹捎萌刍瘻囟容^低的銀釬料，如BAg65CuZn， BAg50CuZnCd， BAg40CuZnCdNi， BAg56CuZnSn等。n熔化溫度越低越好，釬劑最好采用FB102,FB1

14、03。銅及銅合金釬焊技術(shù)n鋁青銅n軟釬焊時(shí)為了除去表面的氧化膜應(yīng)采用加鹽酸的強(qiáng)腐蝕性釬劑，常用的釬料為錫鉛釬料。n硬釬焊時(shí)采用銀釬料。n為了防止鋁向銀釬料擴(kuò)散，釬焊加熱時(shí)間必須盡可能短。在鋁青銅表面上鍍銅或鍍鎳也可以防止鋁向釬料的擴(kuò)散。銅及銅合金釬焊技術(shù)n鋅白銅n鋅白銅的軟釬焊與黃銅相似。硬釬焊時(shí)用以下銀釬料： BAg56CuZnSn， BAg50CuZnSnNi， BAg40CuZnNi， BAg56CuZnCd等。n釬劑為FB102,FB103。銅及銅合金釬焊技術(shù)n錳白銅n軟釬焊時(shí)采用磷酸水溶液釬劑，或者在表面預(yù)先電鍍銅。n硬釬焊時(shí)采用的釬料有： BAg60CuZn， BAg45CuZn， B