真空钎焊知识

真空钎焊是将比母材的熔点低的金属材料作为钎料，将钎料（母材）和钎料加热到比钎料的熔点高的温度，但在比母材的熔点低的温度下，使用液状钎料润湿母材，填充接头间隙，与母材相互扩散而连接焊接材料的方法。钎焊接头的形成有三个基本过程。真空扩散焊接加工原理图片大全集

1）液状钎料能够润湿焊接部件金属，扩大焊接部件的表面

2）通过毛细管作用致密地填埋接头间隙

3）钎料与焊接件金属作用，从而可实现良好的冶金结合。

真空钎焊机构

扩散流

扩散流也被称为扩张或扩张，它是一种物理现象，遵循一般的力学规律，没有金属化学的变化。通常，低表面能材料在高表面能材料上扩散。如上所述，扩散过程是减少整个系统的表面自由能的过程。一个系统的两个元素的自由能同时，不产生扩散流。在电子锡焊结合中，我们讨论的一般是液相体在固体表面上的扩散，扩散与液体的表面能、固体的表面特性等有关。这是液体没有固体表面的流动，即流体动力学问题，同时也有毛细管作用。扩散是浸润的前提条件。真空扩散焊接加工原理图片大全集

浸润

焊接的第一个条件是在熔融的焊料充分扩散到要连接的固体金属的表面之后使其一体化，这样的过程称为“浸润”（或湿润）。外观粗，金属表面光滑。但是，用显微镜放大看的话，可以看到无数的凹凸、晶粒界面和划痕等，如果没有熔融的焊锡的凹凸和伤痕，就会产生毛细管作用，引起扩散浸润。

浸润发生条件：为了使熔融焊料浸润到固体金属表面，必须具备一定的条件。条件之一是焊料和固体金属面必须“清洁”，为了清洁，焊料和母材的原子间距离小，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，这个原子就会被推到远离这个原子的位置，不会产生浸润。如果氧化物或污物附着在固体金属或熔化的金属表面上，这些东西就会成为障碍，不会产生润湿作用，有充分的条件必须清洁金属表面。

表面张力

表面张力是液体表面分子的凝聚力，将表面分子吸引到液体内部，形成收缩状（表面积最小的形状）。液体内部的各分子被其他分子包围，被平均引力所吸引而处于平衡状态。然而，液体表面的分子并非如此，其上有异质层，该层的分子密度小，平均受到垂直于液面且方向指向液体内部的引力。其结果，在液体表面出现一层形成薄膜的现象，表面面积收缩到最小，呈球状。这是因为相同体积、表面积最小的形状是球体。这种自收缩的力是表面自由能，这种现象称为表面张力现象，这种能量称为表面张力或表面能。这种表面能是在焊料润湿中起重要作用的因素之一。真空扩散焊接加工原理图片大全集

毛细管现象

如果将熔化的纯净焊料放置在洁净的固体金属表面上，焊料会扩散到固体金属表面上，直到固体金属润湿。这种现象是由于焊料由于毛细管现象产生的毛细管力，沿着固体金属表面上的微小的凸凹面和晶体的间隙向四方扩散而产生的。

液体金属不同于固体金属，其晶格排列不规则，以原子或分子的形态进行布朗运动。因此，处于该状态的金属比强度更具有粘性和流动性。此时，金属的熔点附近的体积变化为3～4%左右。

关于毛细管现象，用各种各样的图表被说明，不过，初中的物理教科书的水银和水在细小的玻璃管壁的平衡的形态，是好的解说。毛细管原理是液态金属与固态金属之间润湿的基础，根据著名的托马斯·杨公式，大致在液态金属原子之间的作用力、液态金属与固态金属原子之间的作用力、液态金属原子与环境（空气、通量等）原子的作用力之间、三者的合力与液态球面线的夹角、指液态金属的扩展方向，有润湿倾向，夹角越大，润湿能力越高。

扩散

首先，对作为焊接中的重要条件的浸润问题进行了说明，与该浸润现象同时发生的是由焊锡引起的固体金属的扩散现象。通过该扩散，在固体金属和焊料的边界层上形成金属化合物层（合金层）的情况较多。

通常，金属原子在晶格晶格晶格中处于热振动状态，因此温度上升时，从一个晶格晶格晶格自由移动到其他晶格晶格晶格，将该现象称为扩散现象。此时的移动速度和扩散量取决于温度和时间。例如，把金放在干净的铅面上，常温加压状态下放置几天，就会结合成一体，这样的结合也是通过扩散形成的。真空扩散焊接加工原理图片大全集

一般的晶体内扩散，即使扩散的金属原子少，也成为固溶体进入基体金属中。在不能形成固溶体的情况下，认为仅扩散到晶界。常温加工时，由于在接近晶界的地方晶格紊乱，所以容易扩散。

固体之间的扩散被认为是在相邻晶格晶格上的交换位置处的扩散。除此之外，也可以用复杂的空穴说进行说明。将固体金属投入熔融金属中搅拌混合时，有时形成两个液相。通常，在固体金属和熔融金属之间发生扩散。接下来，介绍在这些金属之间产生的扩散。

扩散分类：扩散程度随焊料成分和母材金属种类及不同加热温度的不同而不同，可分为从简单扩散到复杂扩散几种。通常，扩散可分为自扩散（Self-diffusion）、异质原子间扩散、化学扩散（Chemical diffusion）两种。自扩散是指同种金属原子之间的原子转移，化学扩散是指异种原子之间的扩散。从扩散现象来看，扩散可分为三类：晶内扩散、晶界扩散和表面扩散。通过扩散形成的中间层改变结合部分的物理特性和化学特性，特别是增大机械特性和耐腐蚀性等的变化。

分类

根据钎焊过程中的加热方式和保护条件的不同，钎焊可分为盐浴钎焊、火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、烧灼钎焊、浪头钎焊等。根据钎料熔点而不同，钎焊方法可以分为钎焊和钎焊两种

1.钎焊

钎焊钎料的熔点为450℃以上，常用铜系钎料和银系钎料。钎焊接头强度高（大于200MPa），主要用于接头受力大、工作温度高的焊接件，如各种零件的连接、工具的焊接等。

2.焊接

焊接的钎料的熔点为450℃以下，通常使用的是锡系钎料。钎焊接头强度低（小于70MPa），主要用于接头力弱、动作强度低的焊接件，如电子元件与线路的连接等。

特征

与钎焊和真空扩散焊接相比，加热温度低，接头金属组织和性能变化小，焊接变形小，焊接件尺寸容易保证，接头光亮，气密性好，生产效率高，易于实现机械化和自动化，可焊接异种金属或连接金属与非金属。也可以焊接形状复杂的接头。但钎焊接头强度低，耐热能力差，焊前准备工作要求高。目前，钎焊主要用于电子元器件、精密仪表机械等的焊接。真空扩散焊接加工原理图片大全集

钎焊剂

钎焊剂，即钎焊时使用的溶剂。蜡剂的作用

（1）除去母材及钎料表面的氧化物及其他杂质

（2）工件金属和钎料表面以液体薄膜的形式覆盖，隔离空气发挥保护作用：保护钎料和钎料不氧化。

（3）改善液态钎料对工件金属的浸润性，增大钎料的填充能力。

钎剂通常大致分为软钎剂、硬钎剂、铝、镁、钛用钎剂3种。

（1）蜡软化剂

根据其成分无机钎料（具有高化学活性，去除氧化物能力强。可显著促进液态钎料对母材的润湿。成分为无机酸和无机盐。可使用一般的黑色金属和有色金属、不锈钢、耐热钢、镍铬合金等，但其残渣具有腐蚀性，焊接后应清除干净）和有机钎料两种。

其残渣对钎焊接头的腐蚀作用可分为腐蚀性、弱腐蚀性、无腐蚀性三种，其中无机钎料均为腐蚀性钎料，有机软钎料属于后两种。

通常使用的钎焊剂有磷酸水溶液（仅限于300℃以下使用，适用于含Cr不锈钢或锰青铜的钎焊的钎焊剂）、氯化锌水溶液、松香（仅适用于300℃以下的钎焊表面氧化不严重的金、银、铜等金属）等。真空扩散焊接加工原理图片大全集

（2）硬钎料：

作为通常使用硬钎料，可以使用硼砂、硼酸（活性温度高，均为800℃以上，仅配合铜系钎料使用，氧化除去能力差，不能除去Cr、Si、Al、Ti等氧化物）、KBF4（氟硼酸钾、熔点低、氧化除去能力强、熔点低于750℃的银系钎料的适合的钎料）等。