真空釬焊知識(shí)

真空釬焊是將比母材的熔點(diǎn)低的金屬材料作為釬料，將釬料（母材）和釬料加熱到比釬料的熔點(diǎn)高的溫度，但在比母材的熔點(diǎn)低的溫度下，使用液狀釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙，與母材相互擴(kuò)散而連接焊接材料的方法。釬焊接頭的形成有三個(gè)基本過(guò)程。真空擴(kuò)散焊接加工原理圖片大全集

1）液狀釬料能夠潤(rùn)濕焊接部件金屬，擴(kuò)大焊接部件的表面

2）通過(guò)毛細(xì)管作用致密地填埋接頭間隙

3）釬料與焊接件金屬作用，從而可實(shí)現(xiàn)良好的冶金結(jié)合。

真空釬焊機(jī)構(gòu)

擴(kuò)散流

擴(kuò)散流也被稱為擴(kuò)張或擴(kuò)張，它是一種物理現(xiàn)象，遵循一般的力學(xué)規(guī)律，沒(méi)有金屬化學(xué)的變化。通常，低表面能材料在高表面能材料上擴(kuò)散。如上所述，擴(kuò)散過(guò)程是減少整個(gè)系統(tǒng)的表面自由能的過(guò)程。一個(gè)系統(tǒng)的兩個(gè)元素的自由能同時(shí)，不產(chǎn)生擴(kuò)散流。在電子錫焊結(jié)合中，我們討論的一般是液相體在固體表面上的擴(kuò)散，擴(kuò)散與液體的表面能、固體的表面特性等有關(guān)。這是液體沒(méi)有固體表面的流動(dòng)，即流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，同時(shí)也有毛細(xì)管作用。擴(kuò)散是浸潤(rùn)的前提條件。真空擴(kuò)散焊接加工原理圖片大全集

浸潤(rùn)

焊接的第一個(gè)條件是在熔融的焊料充分?jǐn)U散到要連接的固體金屬的表面之后使其一體化，這樣的過(guò)程稱為“浸潤(rùn)”（或濕潤(rùn)）。外觀粗，金屬表面光滑。但是，用顯微鏡放大看的話，可以看到無(wú)數(shù)的凹凸、晶粒界面和劃痕等，如果沒(méi)有熔融的焊錫的凹凸和傷痕，就會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)管作用，引起擴(kuò)散浸潤(rùn)。

浸潤(rùn)發(fā)生條件：為了使熔融焊料浸潤(rùn)到固體金屬表面，必須具備一定的條件。條件之一是焊料和固體金屬面必須“清潔”，為了清潔，焊料和母材的原子間距離小，可以相互吸引，即接近原子能作用的程度。如果斥力大于引力，這個(gè)原子就會(huì)被推到遠(yuǎn)離這個(gè)原子的位置，不會(huì)產(chǎn)生浸潤(rùn)。如果氧化物或污物附著在固體金屬或熔化的金屬表面上，這些東西就會(huì)成為障礙，不會(huì)產(chǎn)生潤(rùn)濕作用，有充分的條件必須清潔金屬表面。

表面張力

表面張力是液體表面分子的凝聚力，將表面分子吸引到液體內(nèi)部，形成收縮狀（表面積最小的形狀）。液體內(nèi)部的各分子被其他分子包圍，被平均引力所吸引而處于平衡狀態(tài)。然而，液體表面的分子并非如此，其上有異質(zhì)層，該層的分子密度小，平均受到垂直于液面且方向指向液體內(nèi)部的引力。其結(jié)果，在液體表面出現(xiàn)一層形成薄膜的現(xiàn)象，表面面積收縮到最小，呈球狀。這是因?yàn)橄嗤w積、表面積最小的形狀是球體。這種自收縮的力是表面自由能，這種現(xiàn)象稱為表面張力現(xiàn)象，這種能量稱為表面張力或表面能。這種表面能是在焊料潤(rùn)濕中起重要作用的因素之一。真空擴(kuò)散焊接加工原理圖片大全集

毛細(xì)管現(xiàn)象

如果將熔化的純凈焊料放置在潔凈的固體金屬表面上，焊料會(huì)擴(kuò)散到固體金屬表面上，直到固體金屬潤(rùn)濕。這種現(xiàn)象是由于焊料由于毛細(xì)管現(xiàn)象產(chǎn)生的毛細(xì)管力，沿著固體金屬表面上的微小的凸凹面和晶體的間隙向四方擴(kuò)散而產(chǎn)生的。

液體金屬不同于固體金屬，其晶格排列不規(guī)則，以原子或分子的形態(tài)進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)。因此，處于該狀態(tài)的金屬比強(qiáng)度更具有粘性和流動(dòng)性。此時(shí)，金屬的熔點(diǎn)附近的體積變化為3～4%左右。

關(guān)于毛細(xì)管現(xiàn)象，用各種各樣的圖表被說(shuō)明，不過(guò)，初中的物理教科書的水銀和水在細(xì)小的玻璃管壁的平衡的形態(tài)，是好的解說(shuō)。毛細(xì)管原理是液態(tài)金屬與固態(tài)金屬之間潤(rùn)濕的基礎(chǔ)，根據(jù)著名的托馬斯·楊公式，大致在液態(tài)金屬原子之間的作用力、液態(tài)金屬與固態(tài)金屬原子之間的作用力、液態(tài)金屬原子與環(huán)境（空氣、通量等）原子的作用力之間、三者的合力與液態(tài)球面線的夾角、指液態(tài)金屬的擴(kuò)展方向，有潤(rùn)濕傾向，夾角越大，潤(rùn)濕能力越高。

擴(kuò)散

首先，對(duì)作為焊接中的重要條件的浸潤(rùn)問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明，與該浸潤(rùn)現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生的是由焊錫引起的固體金屬的擴(kuò)散現(xiàn)象。通過(guò)該擴(kuò)散，在固體金屬和焊料的邊界層上形成金屬化合物層（合金層）的情況較多。

通常，金屬原子在晶格晶格晶格中處于熱振動(dòng)狀態(tài)，因此溫度上升時(shí)，從一個(gè)晶格晶格晶格自由移動(dòng)到其他晶格晶格晶格，將該現(xiàn)象稱為擴(kuò)散現(xiàn)象。此時(shí)的移動(dòng)速度和擴(kuò)散量取決于溫度和時(shí)間。例如，把金放在干凈的鉛面上，常溫加壓狀態(tài)下放置幾天，就會(huì)結(jié)合成一體，這樣的結(jié)合也是通過(guò)擴(kuò)散形成的。真空擴(kuò)散焊接加工原理圖片大全集

一般的晶體內(nèi)擴(kuò)散，即使擴(kuò)散的金屬原子少，也成為固溶體進(jìn)入基體金屬中。在不能形成固溶體的情況下，認(rèn)為僅擴(kuò)散到晶界。常溫加工時(shí)，由于在接近晶界的地方晶格紊亂，所以容易擴(kuò)散。

固體之間的擴(kuò)散被認(rèn)為是在相鄰晶格晶格上的交換位置處的擴(kuò)散。除此之外，也可以用復(fù)雜的空穴說(shuō)進(jìn)行說(shuō)明。將固體金屬投入熔融金屬中攪拌混合時(shí)，有時(shí)形成兩個(gè)液相。通常，在固體金屬和熔融金屬之間發(fā)生擴(kuò)散。接下來(lái)，介紹在這些金屬之間產(chǎn)生的擴(kuò)散。

擴(kuò)散分類：擴(kuò)散程度隨焊料成分和母材金屬種類及不同加熱溫度的不同而不同，可分為從簡(jiǎn)單擴(kuò)散到復(fù)雜擴(kuò)散幾種。通常，擴(kuò)散可分為自擴(kuò)散（Self-diffusion）、異質(zhì)原子間擴(kuò)散、化學(xué)擴(kuò)散（Chemical diffusion）兩種。自擴(kuò)散是指同種金屬原子之間的原子轉(zhuǎn)移，化學(xué)擴(kuò)散是指異種原子之間的擴(kuò)散。從擴(kuò)散現(xiàn)象來(lái)看，擴(kuò)散可分為三類：晶內(nèi)擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散和表面擴(kuò)散。通過(guò)擴(kuò)散形成的中間層改變結(jié)合部分的物理特性和化學(xué)特性，特別是增大機(jī)械特性和耐腐蝕性等的變化。

分類

根據(jù)釬焊過(guò)程中的加熱方式和保護(hù)條件的不同，釬焊可分為鹽浴釬焊、火焰釬焊、電阻釬焊、感應(yīng)釬焊、爐中釬焊、燒灼釬焊、浪頭釬焊等。根據(jù)釬料熔點(diǎn)而不同，釬焊方法可以分為釬焊和釬焊兩種

1.釬焊

釬焊釬料的熔點(diǎn)為450℃以上，常用銅系釬料和銀系釬料。釬焊接頭強(qiáng)度高（大于200MPa），主要用于接頭受力大、工作溫度高的焊接件，如各種零件的連接、工具的焊接等。

2.焊接

焊接的釬料的熔點(diǎn)為450℃以下，通常使用的是錫系釬料。釬焊接頭強(qiáng)度低（小于70MPa），主要用于接頭力弱、動(dòng)作強(qiáng)度低的焊接件，如電子元件與線路的連接等。

特征

與釬焊和真空擴(kuò)散焊接相比，加熱溫度低，接頭金屬組織和性能變化小，焊接變形小，焊接件尺寸容易保證，接頭光亮，氣密性好，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，可焊接異種金屬或連接金屬與非金屬。也可以焊接形狀復(fù)雜的接頭。但釬焊接頭強(qiáng)度低，耐熱能力差，焊前準(zhǔn)備工作要求高。目前，釬焊主要用于電子元器件、精密儀表機(jī)械等的焊接。真空擴(kuò)散焊接加工原理圖片大全集

釬焊劑

釬焊劑，即釬焊時(shí)使用的溶劑。蠟劑的作用

（1）除去母材及釬料表面的氧化物及其他雜質(zhì)

（2）工件金屬和釬料表面以液體薄膜的形式覆蓋，隔離空氣發(fā)揮保護(hù)作用：保護(hù)釬料和釬料不氧化。

（3）改善液態(tài)釬料對(duì)工件金屬的浸潤(rùn)性，增大釬料的填充能力。

釬劑通常大致分為軟釬劑、硬釬劑、鋁、鎂、鈦用釬劑3種。

（1）蠟軟化劑

根據(jù)其成分無(wú)機(jī)釬料（具有高化學(xué)活性，去除氧化物能力強(qiáng)。可顯著促進(jìn)液態(tài)釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕。成分為無(wú)機(jī)酸和無(wú)機(jī)鹽。可使用一般的黑色金屬和有色金屬、不銹鋼、耐熱鋼、鎳鉻合金等，但其殘?jiān)哂懈g性，焊接后應(yīng)清除干凈）和有機(jī)釬料兩種。

其殘?jiān)鼘?duì)釬焊接頭的腐蝕作用可分為腐蝕性、弱腐蝕性、無(wú)腐蝕性三種，其中無(wú)機(jī)釬料均為腐蝕性釬料，有機(jī)軟釬料屬于后兩種。

通常使用的釬焊劑有磷酸水溶液（僅限于300℃以下使用，適用于含Cr不銹鋼或錳青銅的釬焊的釬焊劑）、氯化鋅水溶液、松香（僅適用于300℃以下的釬焊表面氧化不嚴(yán)重的金、銀、銅等金屬）等。真空擴(kuò)散焊接加工原理圖片大全集

（2）硬釬料：

作為通常使用硬釬料，可以使用硼砂、硼酸（活性溫度高，均為800℃以上，僅配合銅系釬料使用，氧化除去能力差，不能除去Cr、Si、Al、Ti等氧化物）、KBF4（氟硼酸鉀、熔點(diǎn)低、氧化除去能力強(qiáng)、熔點(diǎn)低于750℃的銀系釬料的適合的釬料）等。