钎焊钎焊————————钎焊接头形成过程钎焊接头形成过程主讲：杨建国先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨工业大学第一章第一章钎焊接头的形成过程钎焊接头的形成过程§1.1钎料的润湿与铺展过程§1.2钎料的毛细填缝过程§1.3影响钎料润湿性的因素§1.4钎料润湿性的评定§1.5液态钎料与母材的相互作用第一章第一章钎焊接头的形成过程钎焊接头的形成过程钎剂有无及作用钎料的润湿与铺展过程钎料的润湿与铺展过程z固体金属的表面结构z润湿的分类zYoung氏方程z钎剂覆盖条件下熔融钎料与母材的界面张力的变化固体金属的表面结构固体金属的表面结构固体纯金属的表面结构：最外层表面为0.2--0.3nm的气体吸附层。随着金属性质的不同，吸附气体的种类和厚度有一定差别，一般主要吸附的是水蒸气、氧、二氧化碳和硫化氢等气体。固体金属的表面结构固体金属的表面结构固体纯金属的表面结构：次表层为3--4nm厚的氧化膜层，常由氧化物的水合物、氢氧化物和碱式碳酸盐等成分组成。z致密氧化膜呈低结晶态，能保护基底金属免于进一步的氧化，如γ-Al2O3、Cu2O(红色)等；z疏松氧化膜膜疏松多孔，不能隔绝空气，避免氧化，如Fe2O3、CuO等。固体金属的表面结构固体金属的表面结构固体纯金属的表面结构：在氧化膜之下是一层厚度约为1-2μm厚的微晶组织，其下层是1--10μm的变形层，这一层则是由于金属在成形加工（如压力加工）时所形成的晶粒变形的结构。固体金属的表面结构固体金属的表面结构合金表面结构更为复杂：通常表面能较低的亲氧的组元在固态情况下也会扩散并富集于表面，形成复杂多元组成的表面膜。随着存储期的延长，这层膜还会进一步增厚。固体金属的表面结构固体金属的表面结构z在实际钎焊过程中，所涉及到的母材表面都会有一层前述的表面的结构。z为使钎焊过程得以顺利进行，要根据膜的基本性质，采用还原性酸（如HCl、HF、稀硫酸、有机酸）、氧化性酸（如HNO3）或碱（如NaOH、KOH）等来去除。z经过酸洗的表面仍不是理想表面或清洁表面，它在钎焊前还可能氧化，并形成一层较薄的氧化膜。z钎焊过程通常就是在这样的表面上进行的。润湿的分类润湿的分类z附着润湿z浸渍润湿z铺展润湿润湿的分类润湿的分类z附着润湿指固体与液体接触后，将液气相界面和固气相界面变为固液相界面的过程。在此过程中系统的表面自由能将发生变化z如果钎料是预先放置在钎缝间隙中的,在钎附着润湿示意图料熔化并润湿母材时,情况与附着润湿相近。润湿的分类润湿的分类z浸渍润湿指固体浸入液体的过程。在此过程中固气相界面为固液相界面所取代,而液相表面没有变化。z在浸渍钎焊过程中(如盐浴钎焊、金属浴钎焊),所发生的现象即为浸渍润湿。润湿的分类润湿的分类z铺展润湿是液滴在固体表面上铺开的过程,即以液固相界面和新的液气相界面来取代固气相界面和原来的液气相界面的过程。YoungYoung氏方程氏方程基本假设：z过程发生在理想表面上z系统达到平衡状态z体系的温度、压力和组成均不发生变化则体系的总自由能变化仅取决于表面自由能的变化。YoungYoung氏方程氏方程sgσ−σsl−σcoslgθ=0由此即得Young氏方程:cosθ=sgσ(−σsl)/σlgcosθ又称为“润湿系数”。显然，θ和cosθ均可用来衡量润湿程度的大小。YoungYoung氏方程氏方程YoungYoung氏方程氏方程Young氏方程的推导是假定在恒温、恒压和组成不变的平衡条件下得到的,但在实际钎焊过程中,温度和组成都可能发生变化,并且在钎料铺展的过程中,铺展面积不断扩大,当然没有达到平衡状态,因此,严格地说,Young氏方程是不适合用来描述钎料铺展过程的,但在用来进行一般的定性判断时,则可借助于Young氏方程。钎剂覆盖条件下钎剂覆盖条件下熔融钎料与母材间界面张力的变化熔融钎料与母材间界面张力的变化由Young方程可知，要促进润湿则需要使σsg增加，或使σlg和σsl下降．而在实际钎焊过程中，最常采用的方法是用第二种液体(钎剂)覆盖在钎料与母材的表面上，从而使界面的情况发生变化．此时有：sfσ−σsl=σcoslfθ如果在使用钎剂后可以使σsf＞σsg或使σlf＜σlg，就可以促进润湿。使用钎剂时的界面张力的情况钎剂覆盖条件下钎剂覆盖条件下熔融钎料与母材间界面张力的变化熔融钎料与母材间界面张力的变化研究发现，界面有传质作用发生时，界面张力会下降。