哈工大_钎焊_杨建国 11.第01章 钎焊接头形成(钎焊接头金属学形态).pdf

钎焊钎焊钎焊钎焊————————钎焊接头形成过程钎焊接头形成过程钎焊接头形成过程钎焊接头形成过程主讲：杨建国主讲：杨建国 先进焊接与连接国家重点实验室先进焊接与连接国家重点实验室 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学第一章第一章第一章第一章 钎焊接头的形成过程钎焊接头的形成过程钎焊接头的形成过程钎焊接头的形成过程§1.1 钎料的润湿与铺展过程 §1.2 钎料的毛细填缝过程 §1.3 影响钎料润湿性的因素 §1.4 钎料润湿性的评定 §1.5 液态钎料与母材的相互作用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钎焊接头的金属学形态?钎缝组织的不均匀性钎缝组织的不均匀性 由于钎料与母材之间的相互 作用，不但使钎缝的成份与 钎料原有的成份不同，而且 使钎缝的组织也与原始钎料 的组织产生差异 钎缝的成份和组织常常是不 均匀的，一般由三个区域组 成(见右图)，即：母材上靠 近界面的扩散区，与之相邻 的钎缝界面区和钎缝中心 区钎缝组织示意图1-扩散区，2-界面 区，3-钎缝中心区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钎焊接头的金属学形态?钎缝组织的不均匀性钎缝组织的不均匀性?扩散区是由钎料组分向母材中扩散所形成的；?界面区是母材组分向钎料中溶解并冷却后形成的，它 可能是固溶体或金属间化合物；?钎缝中心区由于母材的溶解和钎料组分的扩散以及结 晶时的偏析，其组织也不同于钎料的原始组织成分，钎 缝间隙较大时，该区的组织形态与钎料原始组织形态比 较接近，而间隙小时，则二者之间可能存在极大的差 别。

例如：用Ni-Cr-B-Si钎料钎焊不锈钢的小间隙钎缝时， 钎料本身为包晶组织，而钎缝却由固溶体组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钎焊接头的金属学形态?结合区的组织形态结合区的组织形态 母材与钎料的结合可以形成多种多样的组织 形态在构成钎缝的三个区域中，界面区的 情况是最复杂的，并且加热温度和加热时间 等因素的影响使其进一步复杂化，并且对接 头的性能也产生很大的影响利用二元体系分析还是基本的方法！！！！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钎焊接头的金属学形态 表2-10 二元和金系的相互溶解度溶解度特征二元系结晶状态无变化的完全 互溶系Ag-Au，Ag-Pd，Au-Pd，Ni-Pd，Pt-Rh，Cr-Mo，Cu- Ni，Ir-Pt，Mo-W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，Cd- Mg，Au-Pt，Au-Cu，Ni-Mn大溶解度的体系（用原 子%表示）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%中等溶解度的体系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%小溶解度的体系Cu中含Zr0.6%，α-Fe中含Cu1.2%，Cu中含Ti5.6%，Sn 中含Pb1.5%极小溶解度的体系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钎焊接头的金属学形态?固溶体类型的界面区组织固溶体类型的界面区组织?结晶系相同(晶格类型相同)，原子半径相近的元素 间大多可以以任意比例固溶，这类金属间的界面成 份从一侧到另一侧连续变化。

Ni-Cu系的熔化温度连续变化，浓度也连续变化， 在一个大晶粒内部的浓度也有所变化铜-镍二元合金状态图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钎焊接头的金属学形态?固溶体类型的界面区组织固溶体类型的界面区组织?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 固时如图分为各相铜-锰二元合金状态图铜钎焊锰时的组织形态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钎焊接头的金属学形态?固溶体类型的界面区组织固溶体类型的界面区组织 当钎料与母材为同基的合金时，在界面区也常常形成固溶体组织铝-硅二元合金状态图铝硅钎焊铝时的组织形态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钎焊接头的金属学形态?固溶体类型的界面区组织固溶体类型的界面区组织?当用黄铜钎料钎焊铜母材时，还可看到黄铜晶粒在 铜晶粒的基础上连续生长，形成共同晶粒的现象一般来说，晶体结构和原子状态越类似，原子半径 和原子价越接近，固溶体的比例就越大正离子半径大的元素容易固溶原子半径小的元素在钎焊过程中，若钎料和母材在状态图上可以形成 固溶体时，钎后的界面区也极可能出现固溶体。

固溶体组织的机械性能和电气性能与母材相比没有 很大的不连续性，这对接头是有利的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钎焊接头的金属学形态?共晶体类型的界面区共晶体类型的界面区如果母材和钎料构成共晶体 相图的话，那么钎缝中就可 能出现共晶体组织接头处 啮合组织的疏密是由共晶点 的位置来决定的典型二元合金 共晶类型状态图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钎焊接头的金属学形态?Ag-Cu二元系在含Cu28%时形成熔点为779℃的 共 晶 (Ag 的 熔 点 为 960℃ ， Cu 的 熔 点 为 1083℃)，将Ag箔置于两Cu工件之间，稍加压 力使之良好接触，加热到800℃左右这时Ag 虽然不能熔化，但由于Ag和Cu之间的相互扩 散，在界面处形成熔融的Ag-Cu共晶体，借助 于这层液态共晶体层，就可将两Cu工件连接起 来在Al-Cu二元系中，存在一温度为548℃、成份 为含Cu33%的共晶点如果将Cu和Al紧密接触 并加热到548℃以上，在界面处就会形成Al-Cu 共晶，从而将Al和Cu连接起来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钎焊接头的金属学形态?金属间化合物类型的界面区组织金属间化合物类型的界面区组织许多金属之间可以形成金属间化合物。

两种金属结合时， 如果在界面处形成金属间化合物相，就如同一种新的物质 (新相)在被连接金属之间起作用Cd-Se界面就表现出这种 界面区的典型情况由图可见，Cd与Se形成CdSe金属间化 合物，然而在Cd和Se与CdSe中间相之间并没有发生任何反 应Cd-Te的情况也是如此，但它们之间确实是结合起来 了，这可认为是附着力在起作用镉-硒二元合金状态图镉硒接头中的化合物型接合区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钎焊接头的金属学形态 钎料B与母材A可能形成化合物的典型状态图如 下所示属于图(a)类型的有：Ag-Cd，Ag- Ga，Ag-Ti，Ag-Sb，Ag-Zn，Ag-Sn，Ag-Al， Al-Ti，Cu-Zn，Fe-Zn等二元系；属于图(b) 类 型的有：Al-Cu，Al-Mg，Cu-P，Fe-Si，Ti-Sn 等二元系形成化合物的典型二元合金状态图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钎焊接头的金属学形态?金属间化合物类型的界面区组织金属间化合物类型的界面区组织 母材和钎料在界面处形成母材和钎料在界面处形成 化合物的过程可能如下：化合物的过程可能如下： 在温度为在温度为T时以时以B钎焊钎焊A，， A向向B中迅速溶解中迅速溶解,界面区界面区 的浓度可达到的浓度可达到C,冷却凝固冷却凝固 时，首先在界面处析出金时，首先在界面处析出金 属间化合物。

属间化合物 例如：例如：250℃下以℃下以Sn钎焊钎焊Cu时，在界面区就形成时，在界面区就形成 Cu6Sn5化合物相化合物相(见右图见右图)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钎焊接头的金属学形态?金属间化合物类型的界面区组织金属间化合物类型的界面区组织 如果A-B体系存在几种化合物，在一定条件下(如 钎焊温度过高)，母材向钎料中的溶解使得界面区生 成含母材较少的一种化合物后仍未达到该温度下的 平衡状态，则A和B之间将继续扩散，冷却凝固后就 有可能出现几种化合物 例如在350℃下用Sn钎焊Cu时，在界面区除形成 Cu6Sn5(η相)之外，在η相与母材Cu之间又出现了 Cu3Sn(ε相)ε相是含Cu较高的化合物 除了上述的扩散作用之外，界面区的化合物也可能 直接由母材与钎料发生化学反应而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:–在钎料中加入不与母材和钎料基体金属形成化合物的组元 例如:在Sn中加入Pb钎焊Cu时,可使Cu6Sn5层减薄,当含Pb量达 到70%时,化合物层可能会完全消失–在钎料中加入只能与钎料基体金属形成化合物而不与母材形 成化合物的组元例如:在Sn中加Ag钎焊Cu时，可在钎缝中形 成Ag3Sn金属间化合物,从而使Cu6Sn5层减薄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钎焊接头的金属学形态钎焊接头的金属学形态。