粘结剂对铝钎剂性能影响研究+文献综述(2)
致 谢 23
参考文献 24
1 前言
铝及其合金以其优异的性能在宇航、化工、建筑、交通等行业得到了广泛应用。钎焊技术既精密又方便，且加热均匀，适合批量生产，是铝及其合金焊接加工中的一种重要方法。但是铝合金钎焊也存在一些缺点，如母材和钎料在成分及组织上差异较大，可能引起焊缝电化学腐蚀；钎焊过程中铝及其合金极易氧化，而且氧化膜难以去除，此外，如果采用钎剂，焊后有可能因钎剂清除不尽而引起腐蚀。因此，铝及其合金的钎焊具有不同于其他金属的特点，正确地选择钎剂是得到合格焊接产品的关键之一。以下对铝用钎剂的研究现状及其存在的问题进行综合评述。
铝用钎剂根据使用温度分成两类：低于450℃为软钎剂，高于450℃为硬钎剂。根据去除氧化膜的方式，软钎剂又可分为有机软钎剂和反应软钎剂[1]。
1.1 有机软钎剂
有机软钎剂的主要成分为三乙醇胺，其优点是腐蚀性较小，活性较差，当温度高于300℃时，三乙醇胺会发生碳化而失去钎剂的作用。通常在软钎剂中添加适量的NH4BF4 、Cd(BF4)以及Zn(BF4)等氟硼酸盐以提高钎剂活性，其去膜机理是: 氟硼酸按在110℃左右发生热分解，NH4BF4-NH3+H+BF3 ，生成高活性的HF和BF3。HF可以破除铝表面的氧化膜。BF3与三乙醇胺可以生成有机氟硼化物，也能够有效去除氧化铝膜。钎剂中氟硼酸盐能够与铝反应，在铝表面析出Cd和Zn促进钎料铺展，提高润湿能力。其作用机理为:
（1.1）
1.2 反应软钎剂
反应软钎剂的主要成分为Zn 、Sn等重金属氯化物。为提高活性，添加少量的Li、Na 、K的卤化物以及NH4Cl或NH、Br改善润湿性。这种钎剂活性较强，去膜能力较好，但这种钎剂本身及其残渣的腐蚀性也很强，钎焊后需要进行彻底清洗。反应钎剂在使用时会产生大量的白色有刺激性和腐蚀性的烟雾，因而在使用时应注意通风。其去膜机理为:重金属氯化物通过母材表面氧化膜的裂缝或薄弱环节渗入母材，温度高于270℃时，在母材和氧化膜界面处发生反应，生成AlCl3挥发冲破氧化铝膜，同时重金属被还原析出沉积在母材表面，促进润湿。
（1.2）
近几年，关于软钎剂的研究主要是在基本成分保持不变的基础上采用添加剂进一步提高钎剂的性能。苏娟等研究了一种铝灯头有机酸及其衍生物缓性钎剂， 它是有机系钎剂和无机系钎剂的有机结合，其产品形式为带钎剂的线材。围绕活性剂和缓蚀剂的选择、表面活性剂和金属盐助剂的影响制备出了铝用膏状软钎剂。这种钎剂中加人了50%HF、0.1 %的氟表面活性剂、10 %增粘剂以及0.15%自配SC-201缓蚀剂，此外，还加人了适量的Ag、Zn 或Cd，提高了钎焊接头的强度和耐蚀性[1]。
1.3 硬钎剂
氯化物钎剂是一种传统的铝用硬钎剂，成分为KCl 、NaCl 、LiCl等碱金属和碱土金属的氯化物。通常还加入KF 、NaF等碱金属及碱土金属的氟化物ZnCl2、CdCl2，它们分别起到破膜和界面活性剂的作用。其主要优点是活性高、流动性好，且基本不与铝发生反应，被大量应用于铝及其合金的硬钎焊。但这类钎剂极易吸潮， 特别是残余钎剂吸潮后会形成酸液腐蚀。S.Tieree等在研究AA4/AA3003结构焊接管的腐蚀性时发现，腐蚀速率随着冷却液中氯化物离子含量的增加而增大。这说明焊后钎剂残留很容易加速腐蚀。针对KCl-LiCl系钎剂腐蚀严重的问题对这种钎剂的成分进行了调整，并配以其它成分的Al基钎剂，降低了此类钎剂的腐蚀性。
目前人们关于此类钎剂的去膜机理观点尚不一致，被较多研究人员接受的一种观点认为，在Al/Al2O3界面处发生了电化学反应，如图1.1所示，在阳极上越失去电子，在阴极上氧得电子，导致界面结合破坏，同时Al3+从膜下渗出时力的作用和熔融钎剂表面张力的作用，使氧化铝膜从铝表面剥脱，成为细小的碎片进人熔化的钎剂中。