鋁合金真空釬焊的原理與釬焊用料

鋁合金在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用非常廣泛，而真空釬焊在一些鋁合金產(chǎn)品加工中非常重要。今天，我們就來(lái)談一談鋁合金真空釬焊的原理與釬焊用料。

鋁合金的優(yōu)點(diǎn)

鋁合金以其重量輕、耐腐蝕性好、導(dǎo)熱導(dǎo)電性優(yōu)良等特點(diǎn)廣泛用于航空航天、建筑、電器、汽車(chē)、船舶等部門(mén)，并且用量不斷增加，長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是制作熱交換器、波導(dǎo)及其它許多復(fù)雜構(gòu)件的結(jié)構(gòu)材料。鋁合金的加工工藝在其產(chǎn)品制造 中起著非常重要的作用，而重要方法之一就是不需任何釬劑的真空釬焊工藝。因其具有許多優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需焊前和焊后的復(fù)雜清理工作，操作簡(jiǎn)化，避免了因釬劑造成的夾渣，在結(jié)構(gòu)中不殘留釬劑而保證其耐腐蝕性、生產(chǎn)率高等，從現(xiàn)在和未來(lái)的環(huán)境保護(hù)觀念考慮，鋁合金真空釬焊的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。

鋁合金真空釬焊的原理

鋁合金表面有一層致密且十分穩(wěn)定的氧化膜 Al2O3，是熔化釬料潤(rùn)濕母材的主要障礙。單純依靠真空條件難以去除氧化膜，必須同時(shí)借助于某些金屬活化劑，如鎂Mg，鉍Bi 等。早期有人認(rèn)為通過(guò) Mg 的作用可達(dá)到去膜的目的。這是因?yàn)椋?/span>

從這幾個(gè)反應(yīng)式得出的觀點(diǎn)認(rèn)為一方面 Mg 與真空中殘 存的 O2 和 H2O 反應(yīng)，消除它們對(duì)鋁的有害作用；另一方面， 也是最重要的就是反應(yīng)式 (3)，Mg 與母材表面的 Al2O3 起還原反應(yīng)而達(dá)到直接去除氧化膜的目的。但此后的大量研究表明， 母材氧化膜并未去除，故對(duì)去膜提出了新的觀點(diǎn)，Mg 除 了起消除環(huán)境中 O2 和 H2O 的作用外，Mg 蒸汽滲入膜下表材層與擴(kuò)散的 Si 一起，使表層形成低熔點(diǎn)的 Al-Si-Mg 合金而熔化，從而破壞了表面氧化膜與母材的結(jié)合，使熔化的釬料得以潤(rùn)濕母材，在膜下母材上鋪展，并將表面膜浮起而去除。

雖然已有大量的研究和試驗(yàn)使鋁合金真空釬焊在工業(yè)中得到普遍應(yīng)用，但是對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的許多報(bào)廢釬焊接頭，卻無(wú)法作出合理的解釋。鋁合金真空釬焊對(duì)參數(shù)的細(xì)微變化很敏感，不同廠家預(yù)制的釬焊合金包覆層盡管成分都在規(guī)定的范圍內(nèi)，也經(jīng)常出現(xiàn)釬焊接頭的明顯不同。至今，由于對(duì)鋁合金真空釬焊機(jī)理 缺乏真正準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，制定理想的真空釬焊工藝就受到了很大的限制，在很大程度上仍根據(jù)平常所積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。

鋁合金真空釬焊用釬料

大多數(shù)釬焊合金都是基于 Al-Si 系統(tǒng)，其中 w(si) 一般在 7% ~ 12% 。這一系列的釬料無(wú)論在釬焊性、強(qiáng)度和母材色澤一致性、鍍覆性和抗腐蝕性都很佳，是少有的優(yōu)良釬料，特別是這類(lèi)釬料可以進(jìn)行變質(zhì)處理，大大增加釬焊接頭的韌性和抗彎強(qiáng)度。 w(si) 為 11.7% 時(shí)的 Al-Si 系統(tǒng)為共晶體系，共晶溫度為 577°C ，這一成分的釬料是生產(chǎn)中常用的標(biāo)準(zhǔn)釬料， 適于釬焊多種熔點(diǎn)相對(duì)較高的鋁合金，如 3A21。在 Al-Si 釬料 中加入 Mg 及其它元素可以配制新的釬焊合金，但鋁釬料中不能加入Zn 等低沸點(diǎn)元素，否則，會(huì)對(duì)真空釬焊爐造成極大的污染。常用的釬料成分及釬焊溫度范圍見(jiàn)下表1：

此外，釬焊復(fù)合板也是普遍采用的方法，即在結(jié)構(gòu)母體金屬上單面或雙面包覆一層釬焊合金，其有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表2：

真空釬焊復(fù)合板比線材、帶材或粉末等使用起來(lái)要方便得 多，可方便地用來(lái)制作復(fù)雜部件。當(dāng)釬焊板上的包覆金屬熔化時(shí)可以直接潤(rùn)濕結(jié)合母材，立刻填隙。接頭只需輕微擴(kuò)散就可形成。

為了降低鋁釬料的熔點(diǎn)，研制了 Al-Si-Ge 系釬料，這類(lèi)釬料最多可將其熔點(diǎn)降低到 423°C ，且釬料的流動(dòng)性好，鋪展性很佳，但是 Ge 的加入則使釬料的脆性大大增加，抗腐蝕性能變壞，且色澤較深，根本不能作為實(shí)用的真空釬焊用釬料。 相關(guān)資料認(rèn)為該體系合金經(jīng) Na、Sr、La 等元素變質(zhì)處理后性能有較大改善，證明是很有意義的釬料合金，釬焊工藝甚佳。若深入研究，應(yīng)該會(huì)得到綜合性能更好的釬料合金。

此外，還有文獻(xiàn)報(bào)道了 Al-Si-Ge 釬料，這個(gè)體系的相圖表明此體系中有一個(gè)包晶共晶點(diǎn)， w(Si)=13%，w(Be)=0.5%. 所取的成分即包晶共晶點(diǎn)，其溫度 571°C 比 Al-Si 共晶要低 6°C 。經(jīng) Sr 和 La 的聯(lián)合變質(zhì)后，釬料的強(qiáng)度明顯提高。但其熔點(diǎn)仍然較高，不適合于釬焊如 6061 等高強(qiáng)鋁合金。如能進(jìn)一步降低熔點(diǎn)，該體系的釬料將是很有前途的。

目前，雖然配制出一些試驗(yàn)室中可用的低熔點(diǎn)真空釬焊用釬料合金，但真正具有一定耐腐蝕性和較好力學(xué)性能的釬料合金仍然未達(dá)到適合工業(yè)生產(chǎn)的要求。