真空釬焊知識

真空釬焊是將比母材的熔點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高的溫度，但在比母材的熔點低的溫度下，使用液狀釬料潤濕母材，填充接頭間隙，與母材相互擴散而連接焊接材料的方法。釬焊接頭的形成有三個基本過程。真空擴散焊接加工原理圖片大全集

1）液狀釬料能夠潤濕焊接部件金屬，擴大焊接部件的表面

2）通過毛細管作用致密地填埋接頭間隙

3）釬料與焊接件金屬作用，從而可實現(xiàn)良好的冶金結(jié)合。

真空釬焊機構(gòu)

擴散流

擴散流也被稱為擴張或擴張，它是一種物理現(xiàn)象，遵循一般的力學規(guī)律，沒有金屬化學的變化。通常，低表面能材料在高表面能材料上擴散。如上所述，擴散過程是減少整個系統(tǒng)的表面自由能的過程。一個系統(tǒng)的兩個元素的自由能同時，不產(chǎn)生擴散流。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散，擴散與液體的表面能、固體的表面特性等有關。這是液體沒有固體表面的流動，即流體動力學問題，同時也有毛細管作用。擴散是浸潤的前提條件。真空擴散焊接加工原理圖片大全集

浸潤

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

浸潤發(fā)生條件：為了使熔融焊料浸潤到固體金屬表面，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，這個原子就會被推到遠離這個原子的位置，不會產(chǎn)生浸潤。如果氧化物或污物附著在固體金屬或熔化的金屬表面上，這些東西就會成為障礙，不會產(chǎn)生潤濕作用，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。這是因為相同體積、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濕中起重要作用的因素之一。真空擴散焊接加工原理圖片大全集

毛細管現(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，焊料會擴散到固體金屬表面上，直到固體金屬潤濕。這種現(xiàn)象是由于焊料由于毛細管現(xiàn)象產(chǎn)生的毛細管力，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)進行布朗運動。因此，處于該狀態(tài)的金屬比強度更具有粘性和流動性。此時，金屬的熔點附近的體積變化為3～4%左右。

關于毛細管現(xiàn)象，用各種各樣的圖表被說明，不過，初中的物理教科書的水銀和水在細小的玻璃管壁的平衡的形態(tài)，是好的解說。毛細管原理是液態(tài)金屬與固態(tài)金屬之間潤濕的基礎，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)金屬的擴展方向，有潤濕傾向，夾角越大，潤濕能力越高。

擴散

首先，對作為焊接中的重要條件的浸潤問題進行了說明，與該浸潤現(xiàn)象同時發(fā)生的是由焊錫引起的固體金屬的擴散現(xiàn)象。通過該擴散，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狀態(tài)，因此溫度上升時，從一個晶格晶格晶格自由移動到其他晶格晶格晶格，將該現(xiàn)象稱為擴散現(xiàn)象。此時的移動速度和擴散量取決于溫度和時間。例如，把金放在干凈的鉛面上，常溫加壓狀態(tài)下放置幾天，就會結(jié)合成一體，這樣的結(jié)合也是通過擴散形成的。真空擴散焊接加工原理圖片大全集

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

固體之間的擴散被認為是在相鄰晶格晶格上的交換位置處的擴散。除此之外，也可以用復雜的空穴說進行說明。將固體金屬投入熔融金屬中攪拌混合時，有時形成兩個液相。通常，在固體金屬和熔融金屬之間發(fā)生擴散。接下來，介紹在這些金屬之間產(chǎn)生的擴散。

擴散分類：擴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，可分為從簡單擴散到復雜擴散幾種。通常，擴散可分為自擴散（Self-diffusion）、異質(zhì)原子間擴散、化學擴散（Chemical diffusion）兩種。自擴散是指同種金屬原子之間的原子轉(zhuǎn)移，化學擴散是指異種原子之間的擴散。從擴散現(xiàn)象來看，擴散可分為三類：晶內(nèi)擴散、晶界擴散和表面擴散。通過擴散形成的中間層改變結(jié)合部分的物理特性和化學特性，特別是增大機械特性和耐腐蝕性等的變化。

分類

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

1.釬焊

釬焊釬料的熔點為450℃以上，常用銅系釬料和銀系釬料。釬焊接頭強度高（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

焊接的釬料的熔點為450℃以下，通常使用的是錫系釬料。釬焊接頭強度低（小于70MPa），主要用于接頭力弱、動作強度低的焊接件，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，易于實現(xiàn)機械化和自動化，可焊接異種金屬或連接金屬與非金屬。也可以焊接形狀復雜的接頭。但釬焊接頭強度低，耐熱能力差，焊前準備工作要求高。目前，釬焊主要用于電子元器件、精密儀表機械等的焊接。真空擴散焊接加工原理圖片大全集

釬焊劑

釬焊劑，即釬焊時使用的溶劑。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)揮保護作用：保護釬料和釬料不氧化。

（3）改善液態(tài)釬料對工件金屬的浸潤性，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)其成分無機釬料（具有高化學活性，去除氧化物能力強?？娠@著促進液態(tài)釬料對母材的潤濕。成分為無機酸和無機鹽?？墒褂靡话愕暮谏饘俸陀猩饘佟⒉讳P鋼、耐熱鋼、鎳鉻合金等，但其殘渣具有腐蝕性，焊接后應清除干凈）和有機釬料兩種。

其殘渣對釬焊接頭的腐蝕作用可分為腐蝕性、弱腐蝕性、無腐蝕性三種，其中無機釬料均為腐蝕性釬料，有機軟釬料屬于后兩種。

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重的金、銀、銅等金屬）等。真空擴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、熔點低、氧化除去能力強、熔點低于750℃的銀系釬料的適合的釬料）等。