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真空钎焊基础知识:钎剂|钎料

作者:蔡东俊 人气:145673 日期:2020-09-24 10:03:20
 
 
 
真空钎焊基础知识:钎剂|钎料
 
       真空钎焊技术是采用比母材熔点低的材料作钎料,在真空统计下将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔化的温度(使母材仍保持为固态),利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙,与母材相互扩散实现被焊工件连接的一种方法。与熔焊相比,真空钎焊的优点是加热温度低、工件变形小、接头平整美观、可连接不同的材料、生产效率高等;缺点是钎焊接头强度低、接头装配要求高,应保证严格的装配间隙。
1 钎焊方法的分类
       钎焊接头的质量与所选用的钎焊方法、钎焊材料(钎剂、钎料等)和工艺参数等有关。按照不同的特征和标准,钎焊方法有以下几种分类方法。
①按照所采用钎料的熔点   可分为软钎焊和硬钎焊,钎料熔点低于450℃时称为软钎焊,高于450℃时称为硬钎焊。
②按照钎焊温度的高低   可分为高温钎焊、中温钎焊和低温钎焊,温度的划分是相对于母材熔点而言。例如,对钢件来说,加热温度高于800℃称为高温钎焊,550~800℃之间称为中温钎焊,加热温度低于550℃称为低温钎焊;但对于铝合金来说,加热温度高于450℃称为高温钎焊,300~450℃之间称为中温钎焊,加热温度低于300℃称为低温钎焊。
③按照热源种类和加热方法的不同   可以分为火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、浸渍钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊及超声波钎焊等。
④按照去除母材表面氧化膜的方式   可以分为钎剂钎焊、无钎剂钎焊、自钎剂钎焊、气体保护钎焊及真空钎焊等。
⑤按照接头形成的特点   可分为毛细钎焊和非毛细钎焊。液态钎料依靠毛细作用填入钎缝的情况称为毛细钎焊;毛细作用在钎焊接头形成过程中不起主要作用的称为非毛细钎焊。接触反应钎焊和扩散钎焊是最典型的非毛细钎焊过程。
⑥按照被连接的母材或钎料的不同   可分为铝钎焊、不锈钢钎焊、钛合金钎焊、高温合金钎焊、陶瓷钎焊、复合材料钎焊,以及银钎焊、铜钎焊等。
常用的钎焊方法分类、原理及应用见表1。
常用钎焊方法分类、原理及应用
钎焊方法
分    类
原    理
应    用
烙铁钎焊
外热式烙铁
使用外热源(如煤气、气体火焰等)加热
  适用于以软钎料钎焊不大的焊件,广泛应用于无线电、仪表等工业部门
电烙铁
普通电烙铁
靠自身恒定作用的热源保持烙铁头一定温度
带陶瓷加热器
可调温度
弧焊烙铁
烙铁头部装有碳头,利用电弧热熔化钎料
超声波烙铁
  在电加热烙铁头上再加上超声波振动,靠空化作用破坏金属表面氧化膜
  适用于铝、铝合金(含Mg多的除外)、不锈钢、钴、锗、硅等钎焊
火焰钎焊
氧乙炔焰
  用可燃气体与氧气(或压缩空气)混合燃烧的火焰来进行加热的钎焊,火焰钎焊可分为火焰硬钎焊和火焰软钎焊
主要用于钎焊钢和铜
  压缩空气雾化汽油火焰或空气液化石油火焰或煤气等
  适用于铝合金的硬钎焊
炉中钎焊
空气炉中钎焊
  把装配好的焊件放入一般工业电炉中加热至钎焊温度完成钎焊
  多用于钎焊铝、铜、铁及其合金
保护气氛炉中钎焊
还原性气氛
  加有钎料的焊件在还原性气氛或惰性气氛的电炉中加热进行钎焊
  适用于钎焊碳素钢、合金钢、硬质合金、高温合金等
惰性气氛
  真空炉中钎焊
热壁型
  使用真空钎焊容器,将装配好钎料的焊件放入容器内,容器放入非真空炉中加热至钎焊温度,然后容器在空气中冷却
  钎焊含有Cr、Ti、Al等元素的合金钢、钛合金、铝合金及难熔合金
冷壁型
  加热炉与钎焊室合为一体,炉壁作成水冷套,内置热反射屏,防止热向外辐射,提高热效率,炉盖密封。焊件钎焊后随炉冷却
感应钎焊
高频(150~700kHz)
  焊件钎焊处的加热是依靠在交变磁场中产生感应电流的电阻热来实现
  广泛用于钎焊钢、铜及铜合金、高温合金等的具有对称形状的焊件
中频(1~10kHz)
工频(很少直接用于钎焊)
浸渍钎焊
  盐浴浸渍钎焊
外热式
  多为氯盐的混合物作盐浴,焊件加热和保护靠盐浴来实现。外热式由槽外部电阻丝加热;内热式靠电流通过盐浴产生的电阻热来加热自身和进行钎焊。当钎焊铝及铝合金时应使用钎剂作盐浴
  适用于以铜基钎料和银基钎料钎焊钢、铜及其合金、合金钢及高温合金。还可钎焊铝及其合金
内热式
  熔化钎料中浸渍钎焊(金属浴)
  将经过表面清洗,并装配好的钎焊进行钎剂处理,再放入熔化钎料中,钎料把钎焊处加热到钎焊温度实现钎焊
  主要用于以软钎料钎焊铜、铜合金及钢。对于钎缝多而复杂的产品(如蜂窝式换热器、电机电枢等)用此法优越、效率高
电阻钎焊
  直接加热式
  电极压紧两个零件的钎焊处,电流通过钎焊面形成回路,靠通电中钎焊面产生的电阻热加热到钎焊温度实现钎焊
  主要用于钎焊刀具、电机的定子线圈、导线端头以及各种电子元器件的触点等
  间接加热式
  电流或只通过一个零件,或根本不通过焊件。前者钎料熔化和另一零件加热是依靠通电加热的零件向它导热来实现。后者电流是通过并加热一个较大的石墨板或耐热合金板,焊件放置在此板上,全部依靠导热来实现,对焊件仍需压紧
特种钎焊
红外线
钎焊
红外线钎焊炉
  用红外线灯泡的辐射热对钎焊件加热钎焊
  适于钎焊电子元器件及玻璃绝缘子等
小型红外线聚光灯
  连接磁线存储器、挠性电缆等
  氙弧灯光束钎焊
  用特殊的反光镜将氙弧灯发出的强热光线聚在一起,得到高能量密度的光束作为热源
  适于钎焊半导体、集成电路底板、大规模集成电路、电平表、磁头、晶体振子等小型器件以及其他微型件高密度的插装端子
特种钎焊
  激光钎焊
  利用原子受激辐射的原理使物质受激面产生波长均一、方向一致以及强度非常高的光束,聚焦到105W/cm2以上的高功率密度的十分微小的焦点,把光能转换为热能实现钎焊
  适用于钎焊微电子元器件、无线电、电信器材以及精密仪表等零部件
  气相钎焊
  利用高沸点的氟系列碳氢化合物饱和蒸气的冷凝汽化潜热来实现钎焊
  往印刷电路板上钎焊绕接用的线柱,往陶瓷基片上钎焊陶瓷片或芯片基座外部引线等
  脉冲加热
钎焊
  平行间隙钎焊法
  利用电阻热原理进行软钎焊的方法,以脉冲的方式在短时间内(几毫秒~1s)供给钎焊所需热量
  往印刷电路板上装集成电路块及晶体管等元件
  再流钎焊法
  通过脉冲电流用间接加热的方法在被焊的材料上涂一层钎料或在材料间放入加工成适当形状的钎料,并在其熔化瞬间同时加压完成钎焊
  在印刷电路上装集成电路块、二极管、片状电容等元器件,以及挠性电缆的多点同时钎焊等
  热压头式再流钎焊法
  采用了热压头方式同时吸收了脉冲加热法的优点来实现钎焊
  适于将大型的大规模集成电路或漆包线等钎焊到各种基板上
  波峰式钎焊法
  钎焊时,印刷电路板背面的铜箔面在钎料的波峰上移动,实现钎焊
  作为印刷电路板批量生产钎焊方法
  平面静止式钎焊法
  钎焊时,使印刷电路板沿水平方向移动而同时使钎料槽或印刷电路板作垂直运动来完成钎焊
 
 
 
 
 
 
 
 
2 钎剂的分类及特点
钎焊熔剂(钎剂)是钎焊过程中用的熔剂,与钎料配合使用,是保证钎焊过程顺利进行和获得致密接头不可缺少的。钎剂的作用是清除熔融钎料和母材表面的氧化物,保护钎料及母材表面不被继续氧化,改善钎料对母材的润湿性能,促进界面活化,使其能顺利地实现钎焊过程。钎剂与钎料的合理选用对钎焊接头的质量起关键作用。
2.1  对钎剂的基本要求
a、钎剂的熔点和最低活性温度比钎料低,在活性温度范围内有足够的流动性。在钎料熔化之前钎剂就应熔化并开始起作用,去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜,为液态钎料的铺展润湿创造条件。
b、应具有良好的热稳定性,使钎剂在加热过程中保持其成分和作用稳定不变。一般说来钎剂应具有不小于100℃的热稳定温度范围。
c、能很好地溶解或破坏被钎焊金属和钎料表面的氧化膜。钎剂中各组分的汽化(蒸发)温度比钎焊温度高,以避免钎剂挥发而丧失作用。
d、在钎焊温度范围内钎剂应黏度小、流动性好,能很好地润湿钎焊金属、减少液态钎料的界面张力。
e、熔融钎剂及清除氧化膜后的生成物密度应较小,有利于上浮,呈薄膜层均匀覆盖在钎焊金属表面,有效地隔绝空气,促进钎料润湿和铺展,不致滞留在钎缝中形成夹渣。
f、熔融钎剂残渣不应对钎焊金属和钎缝有强烈的腐蚀作用,钎剂挥发物的毒性小。
2.2  钎剂的分类
钎剂的组成物质主要取决于所要清除氧化物的物理化学性质。构成钎剂的组成物质可以是单一组元(如硼砂、氯化锌等),也可以是多组元系统。多组元系统通常由基体组元、去膜组元和活性组元组成。
钎剂的分类与钎料分类相适应,通常分为软钎剂、硬钎剂、铝用钎剂等,分别适用于不同的场合。各种钎焊熔剂和气体钎剂的分类见表2。
各种钎焊熔剂和气体钎剂的分类
钎剂大类
钎剂小类
物质分类
物  质  组  成
软钎剂
无机软钎剂
(腐蚀性钎剂)
无机酸
盐酸、氢氟酸、磷酸
无机盐
氯化锌、氯化铵、氯化锌-氯化铵
有机软钎剂
(弱腐蚀和无腐蚀)
弱有机酸
乳酸、硬脂酸、水杨酸、油酸
有机胺盐
盐酸苯胺、磷酸苯胺、盐酸肼、盐酸二乙胺
胺和酰胺类
尿素、乙二胺、乙酰胺、二乙胺、三乙醇胺
天然树脂
松香、活化松香
硬钎剂
硼砂或硼砂基
硼酸或硼酐基
硼砂-硼酸基
氟盐基
铝用钎剂
铝用软钎剂
铝用有机软钎剂(QJ204)
铝用反应钎剂(QJ203)
铝用硬钎剂
氯化物
氧化物-氟化物
氟化物
气体钎剂
炉中钎焊用气体钎剂
活性气体
氯化氢、氟化氢、三氟化硼
低沸点液态化合物
三氯化硼、三氯化磷
低升华固态化合物
氟化铵、氟硼酸铵、氟硼酸钾
火焰钎焊用气体钎剂
(硼有机化合物蒸气)
硼酸甲酯蒸气
硼甲醚酯蒸气
(1)软钎剂
软钎剂是指在450℃以下钎焊用的钎剂,由成膜物质、活化物质、助剂、稀释剂和溶剂等组成,可分为无机软钎剂和有机软钎剂两类。
无机软钎剂具有很高的化学活性,去除氧化物的能力很强,热稳定性好,能促进液态钎料对钎焊金属的润湿,保证钎焊质量。这类钎剂适应钎焊温度范围较宽,但其残渣有强烈的腐蚀作用,故又称为腐蚀性软钎料,钎焊后必须清除干净。无机软钎剂可用于不锈钢、耐热钢、镍基合金等。有机软钎剂有水溶性和天然树脂(松香)之分,对母材几乎没有腐蚀性,故称非腐蚀性软钎剂。常用软钎剂的成分和性能见表3。
(2)硬钎剂
硬钎剂是指在450℃以上钎焊用的钎剂。黑色金属常用的硬钎剂的主要组分是硼砂、硼酸及其混合物。为了得到合适的熔点和增强去除氧化物的能力,可以添加各种碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐等。
常用软钎剂的成分和性能
类 别
钎剂名称
(或型号)
化学成分/%
钎焊温度
/℃
特         点
无机盐
软钎剂
氯化锌溶液
(FS312A)
ZnCL2 40,H2O 60
290~350
  ZnCl2去除氧化膜的作用在于形成络合酸而溶解氧化物,氯化铵为活化剂,可提高钎焊性能,但去除氧化膜的能力有限,故主要是锡铅钎料焊钢、铜及铜合金时使用
氯化锌-氯化铵溶液(FS311A)
ZnCL2 40,H2O 55,
NH4ClO 5
180~320
钎剂膏
ZnCL2 20,凡士林75,
NH4ClO 15
180~320
氯化锌盐酸溶液FS322A
ZnCL2 25,H2O 50,
HClO 25
180~320
  有较强的去除氧化物能力。当锡铅钎料钎焊铬钢、不锈钢、镍铬合金时应选用这类钎剂或ZnCl2-NH4Cl-HCl溶液钎剂
剂205
ZnCL2 50,H2O 5,
NH4ClO 15,CdCl2 30
250~400
  是在ZnCl2-NH4Cl钎剂基上加入CdCL2和NaF而成,可提高钎剂的熔点,配合镉基、锌基钎料钎焊铝青铜、铝黄铜等
无机酸
软钎剂
磷酸
FS321
H3PO4 40~60
水60~40
  无机酸钎剂有磷酸、盐酸和氢氟酸等,通常以水溶液或酒精溶液形式使用,也可与凡士林调成膏状使用
  磷酸使用起来方便、安全,具有较强的去除氧化物的能力,钎焊铝青铜、不锈钢等合金时最为有效,也是最常用的无机酸软钎剂。盐酸、氢氟酸,能强烈腐蚀金属,析出有害气体,故很少单独使用,一般仅作钎剂的添加成分
水溶性
有机软
钎剂
FS213
  乳酸15,水85(活性
温度180~280℃)
  盐酸肼5,水95(活
性温度150~330℃)
  水溶性有机软钎剂的组成物质包括有机酸(如乳酸、水杨酸、柠檬酸等),有机胺和酰胺类(如乙二胺、乙酰胺等)、胺基盐酸盐(盐酸乙二胺等),醇类(如乙二醇、丙三醇)和水溶性树脂及其他一些附加成分等
  有机酸和有机胺盐类有机软钎剂有较强的去除氧化物的能力,热稳定性尚好,残渣有一定的腐蚀性,属弱腐蚀性钎剂,主要用于电气零件的钎焊
松香类
有机钎剂
松香
FS111B
FS111A
松香100,松香25,
酒精75
150~300
  松香是一种天然树脂,能溶于酒精、甘油、丙酮苯等而不溶于水,在温度高于150℃时,能溶解银、铜、锡的氧化物,适用于铜、镉、锡、银的钎焊
FS113A
松香30,水杨酸2.8,三乙醇胺1.4,酒精余量
150~300
  适用于铜及铜合金的焊接
RJ12
松香30,氯化锌3,氯化氨1,酒精66
290~360
  适用于铜、铜合金、镀锌铁及镍等的钎焊
FS112A
松香24,三乙醇氨2,
盐酸二乙胺4,酒精70
200~350
硼砂(Na2B4O7·10H2O)是单斜类白色透明晶体,易溶于水,加热到200℃以上结晶水可全部蒸发。硼砂应在脱水后使用。硼砂中的硼酐与金属氧化物作用形成易熔的硼酸盐,并进一步分解形成偏硼酸钠与硼酸盐形成熔点更低的混合物,而达到去除氧化物的目的,故可用作钎剂。
常用硬钎剂的成分、特点及用途见表4。其中FB102钎剂是应用最广泛的通用钎剂;FB103钎剂的钎焊温度最低,特别适用于银铜锌镉钎料;FB104钎剂不含KBF4,钎剂不易挥发,在加热速度较慢情况下仍可保持较长时间的活性。
表4  常用硬钎剂的成分、特点及用途
牌 号
化 学 成 分 / %
熔点
/℃
钎焊温度
/℃
特  点  及  用  途
YJ-1
硼砂100
741
850~1150
  现有硬钎剂主要是以硼砂、硼酸以及它们的混合物作基体,为了得到合适的熔点,增强去除氧化物的能力,而由添加的各种碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐等组成,硼砂或硼砂与硼酸的混合物主要用于铜基钎料钎焊铜及铜合金、碳素钢等
YJ-2
硼砂25,硼酸75
766
YJ-6
硼砂15,硼酸80,CuF2 5
YJ-7
硼砂50,硼酸35,KF15
650~850
QJ101
H3BO3     30~31
KBF4       68~71
500
550~850
  银基钎料钎焊铜及铜合金、合金钢、不锈钢和高温合金等的钎剂,能有效地清除各种氧化物,促进钎料漫流,但易吸潮。钎焊后用质量分数为15%的柠檬酸水溶液刷洗钎焊的接头处,以防止残余钎剂的腐蚀
QJ102
KF(脱水)   40~44
B2O3(硼干)  33~37
KBF4       21~25
550
600~850
QJ103
KBF4>95
K2CO3<5
530
550~750
QJ104
Na2B4O7    49~51
Na2BO3      34~36
KF         14~16
650
650~850
  银基钎料炉中钎焊铜及铜合金、钢和不锈钢等,能有效地清除各种金属的氧化物,促进钎料漫流,易吸潮
201
(前苏联)
H3BO3  80
Na2B4O7  14.5 CaF2 5.5
850~1150
  铜基钎料钎焊不锈钢、合金钢、高温合金等
284
(前苏联)
KF(脱水) 35
KBF4 42  B2O3 23
500~850
  银基钎料钎焊铜及铜合金、合金钢、不锈金刚和高温合金等
FB101
硼酸30,氟硼酸钾70
550~850
银钎料钎剂
FB102
无水氟化钾42,氟硼酸钾25,
硼酐35
600~850
  应用最广的银钎料钎剂
FB103
氟硼酸钾>95,碳酸钾<5
550~750
  用于银铜锌镉钎料
FB104
硼砂50,硼酸35 ,氟化钾15
650~850
  银基钎料炉中钎焊
硼砂和硼酸的混合物是应用很广泛的钎剂,但它们的活性温度很高,均在800℃以上,因此也只适合于800℃以上的钎焊,一般只能配合铜基钎料使用。去除氧化物的能力不强,不能去除Cr、Si、Al、Ti等的氧化物,故不能用于钎焊含这些元素的合金钢、不锈钢和高温合金等。这类残渣呈玻璃硬壳状,不溶于水,虽腐蚀性不大,但清除困难。
(3)铝用钎剂
铝表面的氧化膜致密、稳定。钎焊铝及铝合金时必须专门的铝用钎剂。铝合金用钎剂按其使用温度分为铝用软钎剂和铝用硬钎剂两类。铝用软钎剂又分为有机钎剂和反应钎剂,其成分、特点及用途见表5。铝用硬钎剂的基本组成是碱金属及碱土金属的氯化物,其成分、特点及用途见表6。
常用的铝用软钎剂成分、特点及用途
类 别
牌号
名称
化学成分/%
熔点
/℃
钎焊温度
/℃
特 点 及 用 途
有机软钎剂
QJ204
FS212-
BAL
三乙醇胺82.5
氟硼酸胺5
氟硼酸镉10
氟硼酸锌2.5
180~275
  铝用有机钎剂是以三乙醇胺作溶剂加入几种氟硼酸盐,可在180~270℃温度下破坏Al2O3膜,残渣对焊件有一定的腐蚀性,主要用于钎焊铝及铝合金,也可用于钎焊铝青铜和铝黄铜
FS212-
BAL
三乙醇胺83
氟硼酸10
氟硼酸镉7
1060X
三乙醇胺62
乙醇 20
Zn(BF4)28
Sn(BF4) 5
NH4BF4 5
250
1160U
三乙醇胺37
松香 30
Zn(BF4)210
Sn(BF4) 8
NH4BF4 15
250
反应软钎剂
FS311-
BAL
ZnCl2 90
NaF 2
NH4Cl 8
300~400
反应钎剂主要组成为Zn、Sn等重金属氯化物。为提高活性,添加了少量锂、钠、钾的卤化物。一般都含NH4Cl或NH4Br以改善润湿性及降低熔点
当温度大于270℃时能有效地破坏Al2O3膜,其作用是重金属氯盐渗过氧化铝膜裂缝并发生反应而破坏氧化铝与铝的结合。极易吸潮而失去活性,应密封保存。主要用于钎焊铝及铝合金,也可用于铜及铜合金、钢件等
QJ203
铝电缆钎焊用钎剂
ZnCl2 53~58
SnCl2 27~30
NH4Br 13~16
NaF 1.7~2.3
≈160
270~380
φ220A
(前苏联)
ZnCl2 90
NH4Cl 8
KF 1.2
LiF 0.6
NaF 0.2
320~450
φ134
KCl 35
LiCl 30
ZnF2 10
CdCl2 15
ZnCl2 10
390
常用的铝用硬钎剂成分、特点及用途
牌号
名称
化学成分/%
熔点
/℃
钎焊
温度℃
特 点 及 用 途
QJ201
铝钎焊
钎剂
LiCl 24~35
KCl 47~51
ZnCl2 6~10
NaF 9~11
420
450~620
极易吸潮,能有效地去除Al2O3膜,促进钎料在铝合金上漫流。活性极强,适用于在450~620℃温度范围火焰钎焊铝及铝合金,也可用于某些炉中钎焊,是一种应用较广的铝钎剂,工件须预热至550℃左右
QJ202
铝钎剂
LiCl 40~44
KCl 26~30
ZnCl2 19~24
NaF 5~7
350
420~620
极易吸潮,活性强,能有效地去除Al2O3膜,可用于火焰钎焊铝及铝合金,工件须预热至450℃左右
QJ206
高温铝
钎剂
LiCl 31~26
KCl 31~33
ZnCl 7~9
SrCl2 25
LiF 10
540
550~620
高温铝钎焊钎剂,极易吸潮,活性强,适用于火焰或炉中钎焊铝及铝合金,工件须预热至550℃左右
QJ207
高温铝
钎剂
KCl 43.5~47.5
CaF2 1.5~2.5
NaCl 18~22
LiF 2.5~4.0
LiCl 25~29.5
ZnCl 1.5~2.5
550
560~620
  与Al-Si共晶类型钎料相配,可用于火焰或炉中钎焊纯铝、LF21及LD2等,能取得较好效果。极易吸潮,耐腐蚀性比QJ201好,黏度小,湿润性强,能有效地破坏Al2O3膜,焊缝光滑
Y-1型
高温铝
钎剂
LiCl 18~20
KCl 45~50
NaCl 10~12
ZnCl 7~9
NaF 8~10
AlF3 3~5
PbCl3 1~1.5
580~590
  氟化物-氯化物型高温铝钎剂。去膜能力极强,保持活性时间长,适用于氧-乙炔火焰钎焊。可顺利地钎焊工业纯铝、LF21、LF1、LD2、ZL12等,也可钎焊LY11、LF2等较难焊的铝合金,若用煤气火焰钎焊,效果更好
No.17
(YT17)
LiCl 41,KCl 51
KF·AlF3 8
500~560
  适用于浸沾钎焊
LiCl 34,KCl 44
NaCl 12,
KF·AlF3 10
550~620
QF
氟化物共晶钎剂
KF 42,AlF3 58
(共晶)
562
>570
  具有“无腐蚀”的特点,纯共晶(KF-AlF3)钎剂可用于普通炉中钎焊,火焰钎焊纯铝或LF21防锈铝
氟化物
钎剂
KF 39,AlF3 56
ZnF2 0.3
KCl 14.7
540
  是我国近年来新研制的钎焊铝用钎剂,活性期为30s,耐腐蚀性好。可为粉状,也可调成糊状,配合钎料400适用于手工、炉中钎焊
129A
LiCl-NaCl-KCl-
ZnCl2-CdCl2-LiF
550
  可用于LY12、LF2铝合金火焰钎焊
171B
LiCl-NaCl-KCl-
TiCl-LiF
490
注:1、钎焊时,焊前应将工件钎焊部分洗刷干净,工件还应预热。
2、钎剂不宜沾得过多,一般薄薄一层即可,焊缝宜一次钎焊完。
3、钎焊后接头必须用热水反复冲洗或煮沸,并在50~80℃的质量分数为2%的酪酐(Cr2O3)溶液中保持15min,再用冷水冲洗,以免发生腐蚀。
 
(4)气体钎剂
气体钎剂是一种特殊类型的钎剂,按钎焊方法可分为炉中钎焊用气体钎剂和火焰钎焊用气体钎剂。这类钎剂最大的优点是钎焊后没有钎剂残渣,钎焊接头不需清洗。但这类钎剂及其反应物大多有一定的毒性,使用时应采取相应的安全措施。常用气体钎剂的种类和用途见表7。
常用气体钎剂的种类和用途
气  体
适用方法
钎焊温度/℃
适  用  材  料
三氟化硼
三氯化硼
三氯化磷
硼酸甲酯
炉中钎焊
炉中钎焊
炉中钎焊
火焰钎焊
1050~1150
300~1000
300~1000
≥900
  不锈钢、耐热合金
  铜及铜合金、铝及铝合金、碳钢及不锈钢
  铜及铜合金、铝及铝合金、碳钢及不锈钢
碳钢、铜及铜合金
在炉中钎焊中可用作钎剂的气体主要是气态的无机卤化物,包括氯化氢、氟化氢、三氟化硼、三氯化硼和三氯化磷等气体。氯化氢和氟化氢对母材有强烈的腐蚀性,一般不单独使用,只在惰性气体保护钎焊中添加少量来提高去膜能力。
三氟化硼是最常用的炉中钎焊用气体钎剂,特点是对母材的腐蚀作用小。去膜能力强,能保证钎料有较好的润湿性,可用于钎焊不锈钢和耐热合金。但去膜后生成的产物熔点较高,只适合于高温钎焊(1050~1150℃)。三氟化硼可以由放在钎焊容器中的氟硼酸钾在800~900℃完全分解产生,并添加在惰性气体中使用,其体积分数应控制在0.001%~0.1%的范围内。
三氯化硼和三氯化磷气体对氧化物有更强的活性,且反应生成的产物熔点较低或易挥发,可在包括高温和中温的较宽温度范围(300~1000℃)进行碳钢及不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金的钎焊。该气体钎剂也应添加到惰性气体中使用,并使体积分数控制在0.001%~0.1%的范围内。
火焰钎焊时,可采用硼有机化合物的蒸气作为气体钎剂,如硼酸甲酯蒸气等。该蒸气在燃气中供给,并在火焰中与氧反应生成硼酐,从而起到钎剂作用,可在高于900℃的 的钎焊碳钢、铜及铜合金等。
2.3  钎剂的型号与牌号
(1)钎剂型号
硬钎焊用钎剂型号由字母“FB”和根据钎剂的主要组分划分的四种代号“1,2,3,4”及钎剂顺序号表示;型号尾部分别用大写字母S(粉末状、粒状)、P(膏状)、L(液态)表示钎剂的形态。钎剂主要化学组分的分类见表8.8。
钎剂主要化学组分的分类
钎剂主要组
分分类代号
钎剂主要组分
钎焊温度/℃
钎剂主要组
分分类代号
钎剂主要组分
钎焊温度/℃
1
2
硼酸+硼砂+氟化物≥90%
卤化物≥80%
550~850
450~620
3
4
硼砂+硼酸≥90%硼酸三甲酯≥60%
800~1150
>450
 
 
 
 
 
 
 
钎剂型号举例:
 
 
 
 
 
钎焊|钎剂
 
 
 
(2)钎剂牌号
钎剂牌号前加字母“QJ”表示钎焊熔剂;牌号第一位数字表示钎剂的用途,其中,1为银焊料钎焊用,2为钎焊铝及铝合金用;牌号第二、第三位数字表示同一类型钎剂的不同牌号。
 
钎剂的品种很多,应根据钎焊温度及钎焊工艺要求合理选用。常用钎焊熔剂的牌号及用途见表9。常用硬钎剂的牌号、成分及用途见表10。
表9  常用钎焊粉剂的牌号及用途
牌  号
名    称
用        途
QJ101
QJ102
QJ103
QJ104
QJ201
QJ203
QJ207
银钎焊熔剂
银钎焊熔剂
特制银钎焊熔剂
银钎焊熔剂
铝钎焊熔剂
铝电缆钎焊熔剂
高温铝钎焊熔剂
  在550~850℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等
  在600~850℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等,活性极强
  在550~750℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等
  在650~850℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等
  在450~620℃范围钎焊铝及铝合金,活性极强
  在270~380℃范围钎焊铝及铝合金、铜及铜合金、钢等
  在560~620℃范围钎焊铝及铝合金
表10  常用钎焊熔剂的牌号及用途
牌 号
成  分  / %
钎焊温度
/℃
用    途
YJ1
YJ2
硼砂100
硼砂25,硼酸75
800~1150
850~1150
  铜基钎料钎焊碳钢、铜、铸铁、硬质合金等
YJ6
  硼砂15,硼酸80,氟化钙5
850~1150
  铜基钎料钎焊不锈钢和高温合金
YJ7
  硼砂50,硼酸35,氟化钾15
650~850
  用银基钎料钎焊钢、铜合金、不锈钢和高温合金
YJ8
  硼砂50,硼酸10,氟化钾40
>800
  用铜基钎料钎焊硬质合金
YJ11
  硼砂95,过锰酸钾5
>800
铜锌钎料钎焊铸铁
QJ-101
QJ-102
  硼酐30,氟硼酸钾70
氟化钾42,硼酐35,氟硼酸钾23
550~850
650~850
银基钎料钎焊铜合金、钢、不锈钢和高温合金
QJ-103
  氟硼酸钾>95
550~750
银铜锌镉钎料钎焊
粉301
200
硼砂30,硼酸70,硼酐66±2,脱水硼砂19±2,氟化钙15±1
850~1150
  同YJ1和YJ2
201
 硼酐77±2,脱水硼砂12±1,氟化钙10±0.5
850~1150
铜基钎料或镍基钎料钎焊不锈钢和高温合金
剂105
  氯化镉29~31,氯化锂24~26,氯化钾24~26,氯化锌13~16,氯化铵4.5~5.5
450~600
钎焊铜和铜合金
铸铁钎剂
  硼酸40~45,碳酸锂11~18,碳酸钠24~27,氟化钠+氯化钠10~20
  (NaF:NaCl=27:73)
650~750
  活性温度低,适于银基钎料和低熔点铜基钎料钎焊和修补铸铁
钎 剂 与 钎 料
 
 
(二)
 
 
钎料的分类及特点
钎料是钎焊时的填充材料,钎焊件依靠熔化的钎料连接起来,钎料自身的性能及其与母材间的相互作用在很大程度上决定了钎焊接头的性能,因此钎焊接头的质量主要取决于钎料。
3.1  对钎料的基本要求
a、具有适当 的熔点,钎料的熔点至少应比母材的熔点低几十摄氏度。二者熔点过分接近使钎焊过程不易控制,甚至导致母材晶粒过烧或局部熔化。
b、具有良好的润湿性,应能在母材表面充分铺展并充分填满钎缝间隙。为保证钎料良好润湿和填缝,在钎料流入接头间隙之前就应处于完全熔化状态。应将钎料的液相线看作钎焊时可采用的最低温度,接头的整个截面必须加热到液相线温度或更高的温度。
c、能与母材发生溶解、反应扩散等相互作用,并形成牢固的冶金结合。钎料与母材界面适当的相互作用可以使钎料发生合金化反应,提高钎焊接头的力学性能。
d、应具有稳定和均匀的成分,在钎焊过程中应尽量避免出现偏析现象和易挥发元素的烧损。
e、得到的钎焊接头应能满足使用要求,如力学性能和物理化学性能等方面的要求。还应考虑钎料的经济性,在满足工艺性能和使用性能的前提下,尽量少用或不用稀有金属和贵金属,降低生产成本。
3.2  钎料的分类
钎料通常按其熔化温度范围分类,熔化温度低于450℃的称为软钎料,高于450℃的称为硬钎料,高于950℃的称为高温钎料。有时根据熔化温度和钎焊接头的强度不同,将钎料分为易熔钎料(软钎料)和难熔钎料(硬钎料)。
根据组成钎料的主要元素,软钎料分为铋基、姻基、锡基、铅基、镉基、锌基等;硬钎料分为铝基、银基、铜基、锰基、金基、镍基等;各类钎料的熔化温度范围见表11。
11  各类钎料的熔化温度范围
软  钎  料
硬  钎  料
软  钎  料
硬  钎  料
组  成
熔点范围/℃
组  成
熔点范围/℃
组  成
熔点范围/℃
组  成
熔点范围/℃
Zn-Al钎料
Cd-Zn钎料
Pb-Ag钎料
Sn-Zn钎料
380~500
260~350
300~500
190~380
镍基钎料
钯钎料
金基钎料
铜钎料
780~1200
800~1230
900~1020
1080~1130
Sn-Ag钎料
Sn-Pb钎料
Bi基钎料
In基钎料
210~250
180~280
40~180
30~140
黄铜钎料
铜磷钎料
银钎料
铝基钎料
820~1050
700~900
600~970
460~630
 
3.3  钎料的型号与牌号
(1)钎料的型号
根据GB/T 6208—95《钎焊型号表示方法》标准规定,钎料型号由两部分组成,钎料型号两部分之间用短划“-”分开。钎料型号中第一部分用一个大定英文字母表示钎料的类型:首字母“S”表示软钎料,“B”表示硬钎焊。
钎料型号中的第二部分由主要合组分的化学元素符号组成。在这部分中第一个化学元素符号表示钎料的基体组分;其他化学元素符号按其质量分数(%)顺序排列,当几种元素具有相同的质量分数时,按其原子序数顺序排列。
软钎料每个元素符号后都要标出其公称质量分数;硬钎料仅第一个化学元素符号后标出公称质量分数。公称质量分数取整数误差±1%,若其元素公称质量分数仅规定最低值时应将其取整数。公称质量小于1%的元素在型号中不必标出,但如某元素是钎料的关键组分一定要标出时,软钎料型号中可仅标出其化学元素符号,硬钎料型号中将其化学元素符号用括号括起来。
每个钎料型号中最多只能标出6个化学元素符号。将符号“E”标注在型号第二部分之后用以表示是电子行业用软钎料。对于真空级钎料,用字母“V”表示,以短划“-”与前面的合金组分分开。既可用作钎料又可用作气焊焊丝的铜锌合金,用字母“R”表示,前面同样加一短划“-”。
软钎料型号举例:
S-Sn63Pb37E,表示一种含锡63%、含铅37%的电子工业用软钎料。
硬钎料型号举例:
钎料
 
(2)钎料的牌号
在GB/T 6208—95颁布前,我国另有一套钎焊牌号表示方法,长期使用已成习惯,上述国标颁行后仍常见到。钎料俗称焊料,以牌号“HL×××”或“料×××”表示,其后第一位数字代表不同合金类型(见表12;第二、第三位数字代表该类钎料合金的不同编号。
12  焊料牌号条一位数字的含义
牌   号
合金类型
牌   号
合金类型
HL1××(料1××)
HL2××(料2××)
HL3××(料3××)
HL4××(料4××)
CuZn合金
CuP 合金
Ag基合金
Al基合金
HL5××(料5××)
HL6××(料6××)
HL7××(料7××)
 
Zn基、Cd基合金
SnPb合金
Ni基合金
近几年颁布和实施的有关钎料的国家标准中,钎料型号表示方法未完全按GB/T 6208统一起来,例如,GB 4906—85《电子器件用金、银及其合金钎焊料》中用“DHLAgCu28”牌号表示,D表示电子器件用;GB 8012—87《铸造锡铅焊料》中用“ZHLSnPb60”牌号表示,Z代表铸造;GB 3131—88《锡铅焊料》中用“HLSn60Pb”牌号表示。由于我国钎料型号、牌号的表示方法目前在国家标准中尚不统一,后面表中的钎料型号、牌号随着来源不同,表示方法也不同。
3.4  常用钎料的成分及熔化温度
(1)银基钎料
银基钎料适用于气体火焰钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等工艺方法,用途较广泛。根据GB 10046《银基钎料》标准规定,银基钎料的分类、型号及熔化温度见表13。
13  银基钎料的分类、型号及熔化温度
,, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
分   类
钎料型号
熔化参考温度/℃
固相线温度
液相线温度
钎焊温度
银铜
Bag72Cu
779
779
770~900
银基
Bag94Al
780
825
825~925
银铜锂
Bag72CuLi
766
766
766~871
Bag72CuNiLi
780
800
800~850
银铜锌
Bag10CuZn
815
850
850~950
Bag25CuZn
700
800
800~890
Bag45CuZn
665
745
745~845
Bag50CuZn
690
775
775~870
银铜锡
Bag60CuSn
600
720
720~840
银铜锌镉
Bag35CuZnCd
605
700
700~845
Bag45CuZnCd
620
620~760
Bag50CuZnCd
625
635
635~760
Bag40CuZnCdNi
595
605
605~705
Bag50CuZnCdNi
630
690
690~815
银铜锌锡
Bag34CuZnSn
730
730~820
Bag56CuZnSn
620
650
650~760
Bag40CuZnSnNi
634
640
640~740
Bag50CuZnSnNi
650
670
670~770
银铜锌锰
Bag20CuZnMn
740
690
790~845
Bag49CuZnMnNi
625
705
705~850
银基钎料的化学成分应符合表14的规定。钎料表面应光洁,不应有影响钎焊性能的油污、夹杂物、起皮、针孔分层和裂纹等缺陷。钎料应具有良好的钎焊工艺性能。每批钎料应在不同部位取三个代表性试样进行化学分析,在常规分析中如发现有其他杂质时须作进一步分析,杂质元素的总量不得超过0.15%。
14  银基钎料的化学成分/%
型号
Ag
Cu
Zn
Cd
Ni
Sn
Li
Al
Mn
Bag72Cu
Bag94Al
Bag72CuLi
Bag72CuNiLi
Bag10CuZn
Bag25CuZn
Bag45CuZn
Bag50CuZn
Bag60CuSn
Bag35CuZnCd
Bag45CuZnCd
Bag50CuZnCd
Bag40CuZnCdNi
Bag50CuZnCdNi
Bag34CuZnSn
Bag56CuZnSn
Bag40CuZnSnNi
Bag50CuZnSnNi
Bag20CuZnMn
Bag49CuZnMnNi
71.0~73.0
余量
71.0~73.0
71.0~73.0
9.1~11.0
24.0~26.0
44.0~46.0
49.0~51.0
59.0~61.0
34.0~36.0
44.0~46.0
49.0~51.0
39.0~41.0
49.0~51.0
33.0~35.0
55.0~57.0
39.0~41.0
49.0~51.0
19.0~21.0
48.0~50.0
余量
余量
余量
52.0~54.0
40.0~42.0
29.0~31.0
33.0~35.0
余量
25.0~29.0
14.0~16.0
14.5~16.5
15.5~16.5
14.5~16.5
35.0~37.0
21.0~23.0
24.0~26.0
20.5~22.5
39.0~41.0
15.0~17.0
36.0~38.0
33.0~35.0
23.0~27.0
14.0~18.0
19.0~23.0
14.0~18.0
14.5~18.5
17.3~18.5
13.5~17.5
25.0~29.0
15.0~19.0
29.5~31.5
26.0~28.0
33.0~37.0
余量
17.0~19.0
23.0~25.0
17.0~19.0
25.1~26.5
15.0~17.0
0.8~1.2
0.1~0.3
2.5~3.5
1.30~1.65
9.5~10.5
2.5~3.5
4.5~5.5
2.7~3.3
0.7~1.3
0.25~0.50
0.40~0.60
4.5~5.5
0.7~1.3
4.5~5.5
6.5~8.5
 
(2)铜基钎料
铜基钎料适用于气体火焰钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等工艺方法,用途较广泛。根据GB/T 6418—93《铜基钎料》标准规定,铜基钎料分类(分为纯铜钎料、铜锌钎料和铜磷钎料)和型号见表15。
15  铜基钎料的分类和型号
分  类
钎料标准型号
样本牌号
分  类
钎料标准型号
样本牌号
铜钎料
BCu
铜磷钎料
BCu93P
料201或HL201
铜锌钎料
BCu54Zn
料103或HL103
BCu92PSb
料203或HL203
BCu58ZnMn
料105或HL105
BCu86SnP
BCu60ZnSn-R
丝221
BCu91PAg
BCu58ZnFe-R
丝222
BCu89PAg
BCu48ZnNi-R
BCu80AgP
料103或HL103
BCu57ZnMnCo
BCu80SnPAg
BCu62ZnNiMnSi-R
 
 
 
铜基钎料的化学成分应符合表16、表17规定。丝状、带状、条状钎料表面应光洁,不应有影响钎焊性能的油污、夹杂物、起皮、分层和裂纹等缺陷。每批钎料应在不同部位取三个代表性试样进行化学分析,在分析中如发现有其他元素时须作进一步分析,以确定杂质总量是否超过规定的要求。如分析结果不符合表16、表17规定应加倍取样复验分析。铜基钎料的熔化温度见表18。
16  铜和铜锌钎料的化学成分
型号
化学成分%
Cu
Zn
P
Sn
Si
Fe
Mn
Ni
Al
Pb
Co
BCu
99.9
0.075
0.01*
0.02
BCu54Zn
53.0~55.0
余量
0.015*
BCu58ZnMn
57.0~59.0
0.15
3.7~4.3
0.015*
BCu60ZnSn-R
59.0~61.0
0.8~1.2
0.15~0.35
0.10*
BCu58ZnSn-R
57.0~59.0
0.7~1.0
0.05~0.15
0.35~1.20
0.03~0.09
0.10*
0.20*
BCu48ZnFe-R
46.0~50.0
0.25
0.04~0.25
9.0~11.0
0.10*
0.05*
BCu57ZnMnCo
56.0~58.0
1.5~2.5
1.5~2.5
BCu62ZnNiMnSi-R
61.0~63.0
0.1
0.1~0.3
0.1~0.3
0.3~0.5
注:1、表中单值数表示最大值。
2、杂质总量中,BCu≤0.10%,铜锌钎料≤0.50%,杂质总量包括标有“*”元素的含量。
 
17  铜磷钎料的化学成分
型  号
化学成分/%
杂质总量
Cu
Sb
P
Ag
Sn
Si
Ni
BCu93P
余量
6.8~7.5
0.15
BCu92PSb
1.5~2.5
5.8~6.7
BCu86SnP
4.8~5.8
7.0~8.0
0.4~1.2
BCu91PAg
6.8~7.2
1.8~2.2
BCu89PAg
5.8~6.7
4.8~5.2
BCu80AgP
4.8~5.3
14.5~15.5
BCu80SnPAg
4.8~5.5
4.5~5.5
9.5~10.5
18  铜基钎料的熔化温度
型    号
熔 化 温 度℃
型    号
熔 化 温 度℃
固相线
液相线
固相线
液相线
BCu
BCu54Zn
BCu58ZnMn
BCu60ZnSn-R
BCu58ZnFe-R
BCu48ZnNi-R
BCu57ZnMnCo
BCu62ZnNiMnSi-R
885
880
890
865
921
890
853
1083
888
909
905
890
935
930
870
BCu93P
BCu92PSb
BCu86SnP
BCu91PAg
BCu89PAg
BCu80AgP
BCu80SnPAg
 
710
690
620
645
645
645
560
 
800
800
670
790
815
800
650
 
(3)锰基钎料
锰基钎料适用于气体保护的炉中钎焊、感应钎焊和真空钎焊等工艺方法。根据GB/T 13679—92《锰基钎料》标准规定,锰基钎料的分类、型号、熔化温度和钎焊温度见表19。
19  锰基钎料的分类、型号及钎焊温度
分    类
钎料型号
熔化温度℃
钎焊温度℃
锰镍铬
BMn70NiCr
1035~1080
1140~1180
BMn40NiCrCoFe
1065~1135
1160~1200
锰镍铬
BMn68NiCo
1050~1070
1120
BMn65NiCoFeB
1010~1035
1040~1100
锰镍铜
BMn52NiCuCr
1000~1010
1060
BMn50NiCuCrCo
1010~1035
1080
BMn45NiCu
920~950
1000
锰基钎料的化学成分应符合表20规定。带状及丝状钎料表面应光洁,不应有影响钎焊性能的油污、氧化膜、夹杂物、分层和裂纹等缺陷。每批钎料不超过200㎏应在不同部位随机抽取三个试样进行化学分析,在分析中如发现有其他杂质元素时须作进一步分析。如分析结果不符合表20规定应加倍取样对该项目进行复验。
20  锰基钎料的化学成分/%
型  号
Mn
Ni
Cu
Cr
Co
Fe
B
C
S
P
其他
BMn70NiCr
余量
24.0~26.0
4.5~5.5
≤0.10
≤0.20
≤0.20
≤0.30
BMn40NiCrCoFe
40.0~42.0
11.0~13.0
2.5~3.5
3.5~4.5
BMn68NiCo
21.0~23.0
9.0~11.0
BMn65NiCoFeB
15.0~17.0
15.0~17.0
2.5~3.5
0.02~0.01
BMn52NiCuCr
27.5~29.5
13.5~15.5
4.5~5.5
BMn50NiCuCrCo
26.5~28.5
12.5~14.5
4.0~5.0
 
BMn45NiCu
19.0~21.0
34.0~36.0
 
(4)铝基钎料
铝基钎适用于火焰钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊和真空钎焊等工艺方法。根据GB/T13815—92《铝基钎料》标准规定,铝基钎料的分类、型号、形状及熔化温度范围见表21。
21  铝基钎料的分类、型号、形状及熔化温度
分  类
钎料型号
熔化温度℃
钎焊温度℃
形   状
铝硅
  BAl88Si
577
580
丝、带、条、粉
  BAl90Si
577
590
丝、带
BAl92Si
577
615
丝、带
铝硅铜
  BAl67CuSi
525
535
BAl86SiCu
520
585
丝、带、条
铝硅镁
  BAl86SiMg
559
579
丝、带
  BAl88SiMg
559
591
丝、带
BAl89SiMg
559
582
丝、带
BAl90SiMg
559
607
丝、带
铝基钎料的化学成分应符合表22规定。丝状、带状、条状钎料表面应光洁,不应有影响钎焊性能的油污、夹杂物、起皮、分层和裂纹等缺陷。每批钎料应在不同部位取三个代表性试样进行化学分析,在分析中如发现有其他元素时须作进一步分析。如分析结果不符合表22规定应加倍取样对该项目进行复验。
22  铝基钎料的化学成分/%
型  号
Mn
Si
Cu
Zn
Fe
Mg
Cr
Ti
Mn
其他
  BAl88Si
余量
11.0~13.0
<0.30
<0.20
<0.8
<0.10
<0.05
0.15
  BAl90Si
9.0~11.0
<0.25
<0.10
<0.15
0.20
<0.05
BAl92Si
6.8~8.2
27~29
<0.20
<0.10
  BAl67CuSi
5.5~6.5
3.3~4.7
<0.15
BAl86SiCu
9.3~10.7
<0.15
  BAl86SiMg
11.0~13.0
<0.10
  BAl88SiMg
9.0~10.5
BAl89SiMg
9.5~11.0
0.20~1.0
BAl90SiMg
6.8~8.2
2.0~3.0
(5)镍基钎料
镍基钎料适用于炉中钎焊、感应钎焊和电阻钎焊等工艺方法。根据GB10859—89《镍基钎料》标准规定,镍基钎料的分类、型号和钎焊参考温度见表23。
23  镍基钎料的分类、型号和钎焊参考温度
类  别
钎料型号
固相线℃
液相线℃
钎焊参考温度℃
镍铬硅硼
BNi74CrSiB
975
1040
1065~1205
BNi75CrSiB
975
1075
1075~1205
BNi82CrSiB
970
1000
1010~1175
镍铬钨硼
BNi68CrWB
970
1095
1150~1250
镍硅硼
BNi92SiB
980
1040
1010~1175
BNi93SiB
980
1065
1010~1175
镍铬硅
BNi71CrSi
1080
1135
1150~1250
镍磷
BNi89P
875
875
925~1025
镍铬磷
BNi76CrP
890
890
925~1040
镍锰硅铜
BNi66MnSiCu
980
1010
1010~1095
镍基钎料的化学成分应符合表24规定。钎料可以棒状、箔带状、粉状等形式供货,棒状钎料应表面光洁,没有影响钎焊性能的夹杂物及氧化皮等缺陷。粉状钎料外观应呈金属光泽,不得有其他夹杂物和油污。钎料应具有良好的钎焊工艺性能,在合适的钎焊工艺条件下,钎缝表面不应在未熔化的残留物。
24  镍基钎料的化学成分
型  号
Ni
Cr
B
Si
Fe
C
P
W
Mn
 
其他
BNi74CrSiB
余量
13.0~15.0
2.75~3.50
4.0~5.0
4.0~5.0
0.60~0.90
0.02
0.50
BNi75CrSiB
0.06
BNi82CrSiB
6.0~8.0
2.5~3.5
BNi68CrWB
9.5~10.5
2.20~2.80
3.0~4.0
2.0~3.0
0.30~0.60
11.5~12.5
BNi92SiB
2.75~3.50
40~5.0
0.5
0.06
BNi93SiB
1.50~2.20
3.0~4.0
1.5
BNi71CrSi
 
0.03
9.75~10.50
0.10
BNi89P
0.20
0.10
10.0~12.0
BNi76CrP
 
0.01
0.10
0.08
9.7~10.5
0.04
BNi66MnSiCu
 
6.0~8.0
 
0.10
0.02
21.0~24.5
4.0~5.0
注:除规定外,单个值表示最大值质量分数;如果测定钴,最大值为1.0%。
 
(6)膏状钎料
膏状钎料是由钎料合金粉末、钎剂及黏结剂所构成的膏体,优点在于容易实现钎料量的控制,便于复杂结构的装配和易于实现钎焊过程的自动化。在实际生产过程中,经常会遇到需要将粉末状钎料与钎剂混合并用溶剂调成糊状来使用,这也可称之为膏状钎料。近年来随着微电子组装技术的发展和推广应用,对膏状钎料的需求量越来越大。
电子膏状钎料(也称钎料膏)通常由钎料粉和钎料载体(软钎剂、溶剂、活化剂和调节流变特性的介质等)组成。钎料粉是钎缝金属的主要来源,钎料粉的形状以球形为主,粉末的颗粒度要均匀一致。颗粒度一般取149μm(100目)、74μm(200目)、63μm(250目)、46μm(300目)、和45μm(320目)等几级,以适应不同的涂覆方式。钎料膏中的钎料粉的质量分数通常在75%~90%左右,为了获得钎焊后较高的金属沉积量,常取质量分数为85%~90%。
钎料载体在室温下应是液体或凝胶体,在85℃以下迅速干燥,并在钎焊温度下维持其活性。载体主要由松香或树脂、溶剂、活化剂和流变改性剂组成。松香是钎剂的主体,常用水白松香。活化剂可以是有机胺、有机酸或氨基盐酸盐等,根据其活性程度可分为“R”级(无活性)、“RMA”级(中度活性)、“RA”级(完全活性)和“OA”级(较高活性)等几个级别。“RA”和“OA”级因具有较高的腐蚀性很少用于微电子领域。溶剂主要用于调节液体的流动性和黏度,为保证钎膏长期使用,溶剂可选用单种或多种有机物系统。
根据钎料合金粉末的成分,可将钎料划分为许多种。
①锡铅系钎料膏   应用最广泛,尤其以60Sn/40Pb和63Sn/37Pb的应用最多。5Sn95Pb及10Sn90Pb用于较高温度的钎焊,因为其富含铅而比较便宜。
②锡铅银系钎料膏   主要用于镀银材料的钎焊,钎料中添加银是为了减小厚膜中银的溶解。常用的有62Sn/36Pb/2Ag和5Sn/93.5Pb/1.50Ag。
③锡银系钎料膏   典型的为95Sn/5Ag和96.5Sn/3.50Ag,其优点在于接头强度高,抗热疲劳性能好。
表25给出了国内市场上销售的钎料膏品种。
25  国内市场上销售的钎料膏品种
名    称
使用方式
活度等级
适用范围
无卤素钎料膏
印刷用
航天及军用电子设备
轻度活化钎料膏
印刷用
RMA
军用及专业电子设备
活化松香钎料膏
印刷用
RA
消费品电子设备
常温保存钎料膏
印刷用
RMA
专业电子设备
定量分配器用钎料膏
定量分配器用
RMA
适合定量分配器使用
调制膏状钎料时,用陶瓷器皿盛装适量钎料粉,缓缓倒入黏结剂,加倒边搅拌,直到稀稠度合适为止。如果太稀,不易控制注射量,且易漫流散失;加之黏结剂含量高,加热后大量挥发,会引起钎料剧烈飞溅,出现因钎料不足引起的缺陷。如果太稠,不易注射,附着性差,干燥后容易脱落。稀稠程度的辨别可用搅拌的玻璃棒将钎料膏沾起来,如果下垂连续长度约15~20mm即可。
可采用尼龙注射器注射钎料膏,注射量根据接头尺寸间隙而定。推荐注射的膏状钎料体积应为接头装配间隙最大容积的4倍。注射好的钎料膏,根据所用黏结剂种类,分别在室温下干燥或干燥箱中干燥。对于一次未用完或黏附于容器、注射器、搅拌棒等处的膏状钎料,要进行回收,溶解于丙酮中,反复过滤,直到黏结剂被全部清除,然后烘干收藏,下次使用。
为了限制液态钎料的随意流动,防止组件间相互熔结在一起以及组件与钎焊夹具之间的钎接,有时需要使用阻钎剂。阻钎剂是一种能够阻止液态钎料流动的有机溶剂,基本成分是一些对钎焊无害的非常稳定的氧化物,如氧化铝、氧化钛、氧化镁和某些稀土氧化物,或与钎料不能润湿的非金属物质(如石墨、白垩等)。用适当的黏结剂调成糊状或液体,钎焊前预先涂在接头附近,在钎焊温度下,附着在工件表面的残留物阻止钎料的溢流,钎焊后再将残留物去除。
表26  列出几种常用阻钎剂的成分和使用范围。这几种阻钎剂再钎焊过程中,热稳定性好,涂覆性能也好,化学稳定性优良,对工件无腐蚀作用。
26  常用阻钎剂的成分及使用范围
溶  剂
阻钎剂组分
使用范围
/℃
溶  剂
阻钎剂组分
使用范围
/℃
黏结剂
填充物
黏结剂
填充物
甲苯
酒精
有机硅树脂
水玻璃
TiO2、SiO2
Al2O3
600~1200
300~1100
酒精
醇溶性树脂
陶土、膨润土
Cr2O3、石墨
300~1000
800~1200
(7)非晶态钎料
非晶态钎料是近年来发展起来的一种新型钎料。所谓“非晶态”是相对于晶态而言的,其特征是保留了液态金属的原子无序排列的结构和各向异性,但原子之间仍以金属键结合。获取非晶态金属的最常用的方法是快速急冷技术,对于硬而脆,无法用压延方式成形的金属或合金,可将其加热熔化,然后浇到高速旋转的铜质水冷飞轮上,使其以极高的速度冷却,即可得到非晶态合金箔。
国内已经进入标准的非晶态钎料有7K301(镍基钎料)、7K701(Cu-Si-Ni系钎料)、7K702(Cu-Ni-Sn-P)和7K703(Cu-Ag-Sn-P)四个系列,其他一些非晶态钎料也时有报道。国外已经开发出铜基、铜磷基、钯基、锡基、铅基、铝基、钛基、钴基等九大系列几百种牌号的非晶态钎料。
国内研制的镍基和铜基非晶态钎料的化学成分和熔化温度见表27和表28。
27  非晶态镍基钎料的化学成分和熔化温度
钎料编号
化  学  成  分  / %
固相线/℃
液相线/℃
Ni
C
B
Cr
Fe
Si
Co
其他
QGNi-1001
0.03
2.0~3.5
4.2~4.6
980
1050
QGNi-1002
0.02
2.3~2.6
5.4~7.6
980
1010
QGNi-1003
0.02
1.3~1.7
18~19.5
6.0~8.0
1020
1075
QGNi-1004
0.02
2.4~3.0
3.8~4.5
18.5~20.0
970
1087
QGNi-1005
0.01
3.3~4.2
14.5~16
1025
1080
QGNi-1006
0.04
2.7~3.5
, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 13.0~15.0
4.0~5.0
4.0~5., , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 0<, /DIV>
1010
1100
QGNi-1007
, 余,, <, /,, , V I, D,>, <, TD, , w, th,="4" 6 id,>, ,, 0, .,, 0, 4, , <, TD, , wid, th,="7" 8,>, ,, 2, .,, 5, ~, 3., 2<, /D, V, I,,>,, &, lt;, ;,, /T, D>
12.0~14.0
, 3.5~5.0
0~5
1.0
1005
1100
QGNi-1008
0.02
2.7~3.5
6.5~7.5
2.5~3.0
3.0~5.0
972
1000
QGNi-1009
0.02
3.5~4.0
9.7~10.7
5.3~5.7
22.5~23.5
Mo 6.7~7.3
1015
1075
QGNi-1010
0.02
2.0~2.5
11.0~12.2
3.9~4.9
1.2~1.7
W 7.5~8.5
1060
1110
QGNi-1011
0.02
1.5~2.0
4.5~5.5
2.0~2.5
5.6~6.0
3.0~
Cu 5.0~6.0
Mn 4.5~5.5
948
976
QGNi-1012
0.02
1.5~2.0
5.0~6.0
Cu 5.0~6.0
Mn 19~21
980
960
27  非晶态铜基钎料的化学成分和熔化温度
钎料编号
化  学  成  分  / %
固相线
/℃
液相线
/℃
Cu
Ni
Sn
P
In
QGCu-200B
19~21
730
925
QGCu-200C
1.5~2.5
19~21
1.5~2.5
775
880
QGC-2001
9.0~10.0
9.5~10.5
6.5~7.1
585
660
QGC-2002
9.0~10.0
4.0~5.0
7.2~7.8
601
630
QGC-2003
13.0~15.0
9.0~10.0
6.5~7.1
533
640
QGC-2005
4.8~5.8
9.0~10.0
6.5~7.0
553
630
 
非晶态钎料具有以下几方面的特点。
a、化学成分均匀,杂质含量少,纯度高,钎料各组分不分离,能显著改善钎焊接头的强度。
b、不含黏结剂,加热速率不受限制,钎缝无非金属夹渣,钎焊接头质量高。
c、钎料可按工件结构需要冲剪成各种精确的形状,从而能严格控制钎料的用量和抑制液态钎料的溢流。
d、由于非晶态钎料箔通常是预置在钎焊间隙内的,因此对其填充间隙的能力要求不高,为较大面积平面接头的钎焊提供了较高的可靠性。
e、与含黏结剂钎料相比,不受存储时间和存储条件的限制。
 

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