钎焊手册2

第二章：硬钎焊 2．1铝及铝合金的钎焊

铝及铝合金密度较小，一般在2.7±0.1g/㎝3之间，对于铝合金则视其中重金属或轻金属的含量而密度略有起伏。纯铝的电导率与退火铜相比约为后者的60%，铝合金则约为50%，含Mg量高的铝合金其比电导率则还要低一些。铝合金的热力学性质一般比较接近，比热容在0.9J/g·℃(20℃)左右，线膨胀系数在23μm/m·℃左右，与纯铜、黄铜、钢相比比较大。 2．1．1铝及铝合金的钎焊性

纯铝和铝锰合金的硬钎焊性最好，表面氧化物可以用钎剂清除。对于铝镁合金来讲，其钎焊性受到含镁量的影响。当含镁量ω（Mg）﹥1.5%时，随着含镁量的增加，钎焊性变坏；当含镁量ω（Mg）﹥2.5%时，钎焊困难，不推荐用钎焊方法来连接。

硬铝的钎焊性很差，主要问题是发生过烧。以LY12为例，加热温度超过505℃后，由于发生过烧，合金的强度和塑性均显著下降，因此，钎焊温度必须控制在505℃以下。由于缺少合适的钎料，导致其钎焊性很困难。

LC4超硬铝在温度超过470℃时就发生过烧，故除采用快速加热的钎焊方法（如浸渍钎焊）外，不宜进行硬钎焊。

锻铝合金中LD2硬钎焊性比较好。它的固相线温度为593℃，故应在低于590℃的炉中进行钎焊为宜。LD6合金的含镁量也不高，对焊接性没有影响。但它的固相线温度在555℃左右，因此过烧的敏感性比LD2大得多。LD6的硬钎焊温度以500～550℃为宜，但在600℃以下进行的浸渍钎焊，对其力学性能无不良影响。这是由于浸渍钎焊加热速度快，过烧过程来不及发展。LD9、LD10合金虽然含镁量并不高，但其固相线温度低而使钎焊困难。

ZL102铸铝合金是非热处理强化合金，固相线温度577℃，故必须在低于577℃温度下钎焊。由于它的含硅量高，使钎料难以润湿。ZL202铸铝合金含铜量比较高，固相线温度低，钎焊温度高于550℃就容易出现过烧现象，因此难以钎焊。ZL301铸铝合金由于含镁量高，不能钎焊。 2．1．2铝的钎剂钎焊

2．1．2．1 铝的氯化物钎剂钎焊

（1） 铝的氯化物钎剂

这是目前应用较广的一类钎剂。它的组成原理是：以碱金属或碱土金属的氯化物的低熔点混合物为基本组分，加入氟化物作为去膜剂，经常还加入某些以溶重金属的氯化物充当活性剂[2]。 采用碱金属或碱土金属氯化物的二元或三元混合物作基本组分，首先是它们的熔点能满足钎焊铝的要求；其次，它们和铝没有明显的作用，能很好的润湿铝和铝的氧化物。其中，碱金属的氯化物还具有小的表面张力。可供选择的低熔点氯盐混合物有两类：一类含氯化锂；另一类不含氯化锂。二者熔点虽均能满足要求，但从钎剂的其它性能看存在差别。含氯化锂的钎剂活性较强，粘度较小，熔点较低，有利于保证钎焊质量。不含或含氯化锂过少的钎剂，粘度较大，熔点较高，流动性较差，使用中还容易产生变质或产生沉渣，不利于钎焊。因此目前广泛使用的是含氯化锂的钎剂，它们通常以LiCl-KCl二元系或LiCl-KCl-NaCl三元系为基体。在二元系和三元系中，熔盐的粘度均随氯化锂的浓度增大而减小。虽然氯化锂的钎剂在性能上有显著的优点，但由于氯化

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锂价格昂贵，提高了生产成本。因此不含氯化锂的钎剂也仍然得到重视和一定范围的采用。 为了使钎剂具有去除氧化膜的能力，必须加入氟化物。这类钎剂去除氧化膜的速度和效果与加入的氟化物去膜剂的种类和数量有关。例如，氟化钠和氟化钾在一定含量范围内能显著地提高钎剂的去膜能力，促进钎料铺展。但添加量过多，使钎剂熔点升高，表面张力增大，反而使钎料铺展变差，即钎料的流动系数K下降。添加AlF3、LiF、Na2AlF6也存在类似情况。因此，钎剂中的氟化物添加量是受到的。

为了增加钎剂的去膜能力，需要加入一些易熔重金属的氯化物来提高钎剂的活性。用得较多的是氯化锌、氯化亚锡和氯化镉。钎焊时，其中的锌、锡和镉被还原析出，沉积在母材表面，促进去膜和钎料铺展。

1)氯化物钎剂去膜机理

氯化物钎剂一般都以碱金属和碱土金属的氯化物为载体，以重金属氯化物为反应剂，少量氟 化物作为抑制剂，在钎剂中起抑制作用。如NaF、KF等。钎剂在铝表面熔化铺展后，由于铝表面的Al2O3与Al热膨胀系数有差异，造成氧化膜上形成微细裂纹，促使钎剂中反应成分如ZnCl2与铝发生反应：

ZnCl2+Al→AlCl3+Zn↓

反应结果在铝表面出现一层Zn置换层,Zn在钎焊温度下成熔融状，并与Al合金化。这样就可去除铝（或铝合金）表面的氧化膜薄膜。同时形成的AlCl3沸点为193℃，钎剂中产生大量泡沫。抑制剂NaF(或KF)即与AlCl3反应： AlCl3+NaF→AlF3+NaCl 这样就大大减少泡沫的有害作用。

2)钎剂的实际配方

钎剂的实用效果与组元有害杂质（Fe、Mg等）的含量和配制工艺有很大关系。如果组元中特别是LiCl、ZnCl2、SnCl2等脱水不尽或发生水解将大大降低钎剂的活性。钎剂应当采用熔炼方法配制，然后在密闭下球磨粉碎。直接用原组元不经熔融迳直在室温球磨混匀是不允许的。

在表2-1 中序号为17，18的171B和172B钎剂对于含Mg量较高的铝合金有特殊的活性，其中应用了界面活性剂Tl+。它的特殊活性机制尚未有深入研究，看来它与镁无论在液相或固相都有很大的互溶度以及它与镁间很大的熔盐电位差是促成它易被镁还原并合金化的原因。其它所有界面活性剂离子，除Zn略强外，都不具备这以条件。可能这是它去除镁氧化膜活性较强的原因。遗憾的是Tl+离子，包括所有的铊盐都是管制的B级剧毒品，这就了它的使用。在特殊条件下使用时也要特别注意它的安全防护。此外，Cd2+离子也是有毒的，它的特殊优点在于容易脱水，不易吸湿也不易水解，比Zn2+，Sn2+稳定得多。这时它难于被完全取代的主要原因。

表2-1 铝用硬钎剂的配方和应用 序钎剂代成 (质量分数)（%） 钎剂组熔化温度/℃

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特殊应用 文献 号 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 QJ201 QJ202 211 YJ17 H701 Ф3 Ф5 Ф124 ФB3X H701LiCl32-KCl50-NaF10ZnCl28 LiCl42-KCl28-NaF6-ZnCl224 LiCl14-KCl47-NaCl27-AlF35-CdCl24-ZnCl23 LiCl41-KCl51-KF3.7-AlF34.3 LiCl12-KCl46-NaCl26-KF-AlF310-ZnCl21.3-CdCl24.7 NaCl38-KCl47-NaF10-SnCl25 LiCl38-KCl45-NaF10-CdCl24-SnCl23 LiCl23-NaCl22-KCl41-NaF6-ZnCl28 LiCl36-KCl40-NaF8-ZnCl216 LiCl(33-50)-KCl(40-50)-KF(9-13)-ZnF2(3)-CdCl2(1-6)-PbCl2(1-2) LiCl80-KCl14-K2ZrF66 ZnCl2(20-40)-CuCl2(60-80) LiCl(30-40)-NaCl(8-12)-KF(4-6)-AlF3(4-6)-SiO2(0.5-5) LiCl11.8-NaCl33.0-KCl49.5-LiF1.9-CdCl22.2-ZnCl21.6 LiCl18.6-NaCl24.8-KCl45.1-LiF4.4-CdCl24.1-ZnCl23.0 LiCl11.2-NaCl31.1-KCl46.2-LiF4.4-CdCl24.1-ZnCl23.0 LiCl24.2-NaCl22.1-KCl48.7-LiF2.0-TlCl23.0 LiCl23.2-NaCl21.3-KCl46.9-LiF2.8- TlCl2.2-CdCl22.0)-ZnCl2(1.6) ≈460 ≈440 ≈550 ≈500 ≈390 ≈380 [19.1] ≈370 漫沾钎焊 10 11 12 13 14 129A 15 1291A 16 1291X 17 171B 18 1712B ≈560 长时加热 ≈300 反应钎剂 ≈560 表面生成Al-Si层 550 560 490 485 ≈570 19 5522M CaCl233.1-NaCl16.0-KCl39.4-LiF4.4-ZnCl23.0-CdCl24.1 20 5572P 21 1310P 22 1320P SrCl228.3-LiCl60.2-LiF4.4-CdCl24.1-ZnCl23.0 LiCl41.0-KCl50.0-ZnCl23.0-CdCl21.5-LiF1.4-NaF0.4-KF2.7 LiCl50-KCl40-LiF4-SnCl23-ZnCl23.0 ≈570 少吸湿 524 350 360 中温铝钎剂 适料 用Zn-Al钎

（2）钎料 1）Al-Si系钎料

Al-Si系钎料主要是指以Al-Si共晶成分为基的钎料。也包括亚共晶、过共晶以及添加元素不高于5%的Al-Si合金。这一系列的钎料强度、钎焊性能、抗腐蚀性能好，并且和母材色泽一致。这一系列钎料可以进行变质处理，大大增加钎料和钎缝的韧性和折弯性能。

Al-Si合金系为共晶系，共晶点含Si12.6%，温度577℃。共晶组织中的Si相在铸态成蜷曲的

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片状，金相的界面成线状，力学性能较差，可对其进行某些微量元素得变质处理，因此变成树枝状，金相的截面呈蠕状，如再经一定的保温处理则相会进一步变成球粒状[4]。变质的钎料在钎焊后仍能保持某些变质结构[5]，钎缝的强度因此大大提高。

图 2-1 Al-Si系相图

钎焊后的冷却速度对Al-Si共晶钎料钎缝的结构有很大的影响。在添加某些变质剂元素后这种影响更加敏感。Al-Si共晶随着冷却速度加快，一般只是Si相组织变细，但并不改变其片状晶的外形，在加入某些微量杂质元素后随着冷却速度加快，Si相形貌开始由片状转变为树枝状。许多种元素都可作为变质剂，其中Na、Sr、La为比较敏感，其添加量只需0.1%~0.01%。通过钎焊后较快的速度冷却有利于钎缝强度的增加。钎料的加工性能优良可以方便的加工成丝或箔。 2）Al-Si-Cu-Zn系钎料

在Al-CuAl2-Si的赝三元系中有一个三元共晶点[6]，含(Cu)26.7%，ω(Si)5.0%，温度525℃。这一组成常用作液相点较低的钎料。在Al-Si钎料中加入Cu后钎料的流动性显著增加。此三元共晶钎料由于CuAl2金属间化合物的含量很高，因而很脆，只适于铸成条而难于加工成丝和箔。如果ω(Al)含量增加3%～5%，进入Al的液相区则可以提高此钎料的热加工性能，但液相点则相应提高至约0℃左右。Al-Si-Zn的相图三元共晶点E的组成为ω(Si)0.04%，ω(Al)5.10%，ω(Zn)94.86%，Al-Si。共晶钎料加入Zn后，钎料的润湿性和流动性均有加强。随着Zn浓度增加，Si的溶解度迅速下降。 该钎料体系中由于没有生成化合物，加工性能比较好，可以制成丝或带的形状。

3）Al-Cu-Ag-Zn系钎料

在Al-Al2Cu-Ag2Al的赝三元系中有一个三元共晶点[7]，含ω(Al)40.0%,ω(Cu)19.3%，ω(Ag)40.7%，温度500℃。此共晶点成分作钎料有很大的优点，流动性极好，镀覆性能也很好，

4

色泽与Al母材较一致。缺点是比较脆。 4）Al-Ge-Si系钎料

本钎料的基本合金是Al-Ge系。它的相图见图2-2 。它是一简单共晶系共晶点成分为ω（Ge）55%，温度为423℃。流动性很好，铺展性极佳。体系内虽无化合物生成，但因共晶点含Ge量高达55%，极脆，铸条几乎无强度，落地便碎。由于共晶温度423℃处于难得的中温铝钎焊范围内，且钎焊工艺性能极佳，仍为人重视。使用时采用一些特殊措施，例如间隙应该减小，不要超过0.1mm。钎后钎缝在钎焊温度下作适当保温处理，可以得到较高的强度。Ge和Si在周期系中同族，物理化学性质极为相似，而且Al-Si和Al-Ge同为共晶系，前者通过添加某些变质剂元素获得变质结构，从而大大提高钎料和钎缝的强度。而后者却从实践和理论上都证明不可能获得Si的那种变质结构，但溶入Ti等难熔金属对Ge片状晶有聚集成块状晶的趋势[8]。

图2-2 Al-Ge系相图 图2-3Al-Ge-Si系相图[9]

Al-Ge-Si系由于添加了Si而能改善Al-Ge系合金性能。本系的相图见图2-3所示。由于Ge-Si二元系是一连续固溶体体系，所以相图中只有一条二元共晶线由Al-Si系的e1联至Al-Ge系的e2为止。这条联系线上各点的组成与温度的关系见表2-13所例。由e1 -e2诸点Si，含量逐渐增加，Ge-Si固溶体分散相能被变质的倾向也随之加强。含（Ge）量少于41.8%组成的合金已有可能产生较明显的变质结构[9]。本系中序号从3至6的各组成合金，经Na，Sr或La变质后都证明是有很大意义的钎料合金，钎焊工艺性能甚佳。液相点温度覆盖范围从480℃～550℃。 （3）钎焊方法 1）火焰钎焊。

火焰钎焊应用很广。它通用性大，工艺过程较简单，又能保证必要的钎焊质量；所用设备简 单轻便，又容易自制；燃气来源广，不依赖电力供应。主要用于铜基钎料、银基钎料钎焊碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金的薄壁和小型焊件。也用于铝基钎料钎焊铝及铝合金。 这种钎焊方法，是用可燃气体或液体燃料的气化产物与氧或空气混合燃烧所形成的火焰来进行钎焊加热的。

最常用的是氧乙炔焰。氧乙炔焰的温度内焰区最高，可达3000℃以上，因此广泛应用于气焊。但钎焊时只需把母材加热到比钎料熔点高一些的温度即可，故常用火焰的外焰区来加热，因为该区火焰温度较低而横截面较大。由于氧乙炔焰的高温对钎焊来说不中是必要的，有时甚至是有害的，因此用压缩空气来代替纯氧，用其他可燃气代替乙炔，如雾化汽油、煤气、石油气等。不论使用何种火焰，应调节成轻微还原性火焰，这种火焰能防止母材氧化，又具有较软的加热特性。

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焊炬的喷嘴应设计成多孔型，使火焰分散，有利于均匀加热，这与普通的气焊炬是不同的。

火焰钎焊操作时，可预先将钎剂、钎料放置于被焊处，同时加热；也可以采取先加热工件到接近钎焊温度，然后手工送近蘸有钎剂的钎料棒到被钎焊处。火焰加热时，应采用还原性火焰的外焰均匀地加热工件，切忌直接加热钎剂和钎料。待钎剂与钎料熔化后，视钎料均匀添缝后，慢慢撤去加热火焰。

铝及铝合金的钎焊温度往往接近母材的熔点，因此在火焰加热时应严格掌握加热温度，以防止母材的熔化。 2）空气炉中钎焊

空气炉中钎焊铝及铝合金时，一般应预置钎料，并将钎剂溶解在蒸馏水中，配成质量分数为50%~75 %的稠溶液[3]，并将它涂敷或喷射在钎焊面上，也可以将适量的粉末钎剂覆盖于钎料及钎焊面处，然后把装配好的焊件放到炉中加热钎焊。为了严格控制加热温度，炉温波动应控制在±5℃范围内。

然而，这种普通的空气炉中钎焊方法对钎剂的效用有不利的影响， 即在钎料熔化前的加热过程中大部分钎剂因空气中的水分作用而失效，使在钎焊温度下真正起去膜作用的只是一小部分钎剂。如果在干燥空气炉中钎焊，可以节省钎剂的用量。

这种钎焊方法加热均匀，焊件变形小，所需用的设备简单通用，成本较低。虽然加热速度较慢，但一炉可同时钎焊多件，生产效率仍很高。其严重的缺点是：由于加热时间长，又是对焊件整体加热，因此焊件在钎焊过程中会遭到严重氧化，钎焊温度高时尤为显著。因此其应用受到。目前较多的用于钎焊铝和铝合金。 3） 浸沾钎焊

铝和铝合金的浸沾属于盐浴浸沾钎焊，是把焊件浸入熔化的钎剂中实现的。它具有加热快而 均匀、焊件不易变形、去膜充分的优点，因而钎焊质量好、生产效率高。特别适用于大批量生产，尤其适用于复杂结构，例如热交换器和波导的钎焊。 铝合金浸沾钎焊的主要工艺特点可简述如下：

①．钎焊材料 铝的浸沾钎焊不宜使用粒状或丝状钎料。因为焊件浸入时，熔化钎剂的粘滞作用和浮力易使钎料错位或失落。一般宜适用膏状或箔状钎料，可以方便地把它们敷在或夹在钎焊间隙中。这不但可防止钎料失落，而且可避免钎料过早熔化。最佳的方式是敷钎料板，它是表面压敷有钎料层的铝板或铝合金板。使用这样的敷钎板可以简化装配工艺、减少氧化膜的生成，使钎料更易流动形成接头。钎料的数量可通过调节包覆层的厚度加以控制：一般板厚小于1.6mm时，每侧包覆层厚度占总厚度的10%；板厚大于1.6mm时，每侧包覆层厚度可降至5%。早期多使用铝硅共晶成分的包覆层，它对温度和间隙的敏感性较大，钎焊温度稍高或是装配间隙过大，就难以保证钎焊质量。同时含硅量高增大了硅向板芯金属的扩散，使板的强度和塑性下降。相比之下，亚共晶成分的包覆层具有一定的熔化温度区间，如将钎焊温度控制在它的固、液相温度范围内，由于钎料未完全熔化、粘度比较大，不易流失，因而对温度及间隙的敏感性较小，钎焊工艺容易掌握。另外，由于含硅量低，硅向板芯金属扩散少，对板材的机械性能影响不大，因而采用越来越多。

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浸沾钎焊时，钎剂不但起去膜作用，而且是加热介质。由于焊件在钎焊时要与大量的熔化钎剂接触，因此其成分中应避免使用重金属氯化物钎剂用量主要决定于焊件的最大尺寸和重量，以及所要求的生产率。首先，应保证在要求的生产率下最大的焊件浸入使，钎剂温度下降不致过多；其次，应保证焊件与盐槽之间有必要的间隔。这是由于铝比熔盐的导电性高得多，故必须防止焊间接触盐槽的电极和处于电极间所形成的电场中，否则，电流将经过焊件传导，使焊件有过热的危险。同时焊件也必须避开槽底的沉渣。

正常的钎剂溶液应呈微酸性，PH值介于5.3～6.9之间。钎焊过程中，钎剂一直处于熔化状态。钎剂组分的挥发、与焊件的作用以及从外界混入的其它脏物，都会引起钎剂成分和性能的变化。不正常的钎剂盐浴往往呈碱性、PH值高于7。另外，钎焊中焊件会带走部分钎剂。因此，必须经常补充钎剂并控制杂质含量，以保证钎剂正常的成分、性能和数量。 ②钎焊工艺

预热 装配好的焊件在钎焊前应进行预热，使其温度接近钎焊温度，然后浸入钎剂中钎焊。预热是为了干燥零件，避免盐浴温度降低过多，以缩短浸沾时间。同时防止钎剂在焊件上凝固阻塞焊件中的通道。预热温度一般在0～560℃范围内。预热时间主要根据焊件大小确定，应保证焊件各部分都达到规定的预热温度。预热时间过长，将使氧化膜厚度激增；钎料层中的硅向板芯金属中扩散，使钎料层成分变化、有效厚度减薄，熔点升高，影响钎焊质量。

钎焊 完成预热的焊件立即浸入盐浴中钎焊。钎焊时要严格控制钎焊温度、时间和焊件浸入方式等。钎焊温度应根据焊件的材料、厚度、尺寸大小，钎料的成分和熔点，并考虑具体工艺情况来确定。一般介于钎料液相线温度和母材固相线温度之间。对于亚共晶钎料层，也可取介于钎料结晶区间的温度。钎焊温度越高，钎料的润湿性、流动性越好。但是，温度过高，母材易被熔蚀，钎料也有流失的危险。温度过低，钎料熔化不够，可能产生大面积脱钎。同时盐浴的温度波动应控制在±3℃以内。

焊件在钎焊中的浸沾时间应保证钎料充分的熔化和流动，但时间不宜过长。否则，钎料中的硅可能扩散到板芯金属中去，使之变脆，且使钎缝钎角缩小。因此浸沾时间要严格控制。 钎焊时焊件应以一小角度的倾斜浸入钎剂溶液中。浸入的角度和速度要适当，以免零件变形和错位。同时要使钎剂容易进入焊件内部，使其中的空气能自由排出。如焊件的不同部位质量相差较大，则应将质量大的部分首先浸入并保持一定时间，然后再将其余部分浸入，以求得加热均匀。对于大焊件，在浸入数分钟后，宜以一定倾角吊出盐浴表面，排除焊件内的钎剂熔液后再次浸入，即采用两次浸沾工艺。它不仅有利于去除焊件表面的氧化膜，而且有助于使焊件内部在较短的时间内达到钎焊温度。更大的焊件还可以采用多次浸沾方式。

当钎料已充分熔化填缝形成接头钎角后，即将焊件仍以微小倾角、缓慢平稳的吊离盐浴一小距离，保持到钎料凝固后再移开，进行钎焊后处理。

钎焊后处理 主要使进行清洗以彻底清除残余的钎剂。清洗质量好坏对产品使用寿命影响很大。对清洗质量应进行检查；将清洗过的焊件存放12小时，取水样化验氯离子，要求≤20ppm。不合格者应重新清洗。最后进行钝化处理。 2．1．2．2铝的氟化物钎剂（Noclock钎剂）钎焊

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氯化物钎剂钎焊时残留的钎剂具有腐蚀性，要进行焊后处理，进行清除；同时，氯化物钎剂容易吸潮，保管和适用不方便。使用氟化物钎剂进行钎焊就可以克服以上的缺点。氟化物钎剂是利用AlF3-KF共晶作为钎剂。它首先是在二十世纪六十年代提出，在七十年代得到迅速发展[10]，后来Alcan公司将它付诸应用并取名Noclock方法，表示无腐蚀之意。此种钎剂呈白色粉末状，主要是通用分子式为K1-3AlF4-6的氟铝酸钾盐的混合物。钎剂有一确定的熔点范围：560～572℃℃，低于Al-Si合金的熔点。这种钎剂不具腐蚀性，不吸湿，微溶于水（0.2～0.4%）。因此该钎料可长期存储和使用。在室温下，钎剂不与铝发生反应，仅在熔化状态下才具有反应活性。

图2-4 KF-AlF3系相图

[1]

[1]

氟铝酸钾钎剂的制备方法，综合文献报道约有以下7种：

（1）用定量的AlF3和KF加水磨成糊，然后在低于200℃烘干1小时，或将AlF3和KF加入50℃的水中，充分搅拌使反应完全，产物在100～550℃温度下蒸发至干并加热； (2)用定量的AlF3和KF加热熔融，冷却物磨细至150～200筛目；

（3）分别合成K3AlF6和KalF4然后将它们按比例混匀成图 中E2点的组成； （4）将无水AlF3和KF脱水后的干粉按比例混匀研细，在300℃下焙烧酸度PH＜4

[12，13]

[11]

；

（5）将定量的Al(OH)3溶于HF中，然后用定量已知浓度的KOH溶液处理。温度保持30～100℃，

;

[14]

(6)用无定性的Al(OH)3加入到HF和KF(或KOH，K2CO3)的混合液中。温度50～60℃，PH=5～10。由此可得到粒度细，比表面大，易于在水中悬浮的钎剂的HF转化为氟铝酸钾钎剂

[15]

；

(7)将定量的Al(OH)3或金属铝屑溶在定量的KOH溶液中，生成KalO2和KOH的混合液，再用过量

。

8

氟铝酸钾钎剂熔化之后，可以溶解掉铝表面难溶的氧化物，并且防止表面进一步的氧化。同时，氟铝酸钾钎剂润湿待焊铝（或铝和金）的表面，使得熔化钎料通过毛细作用顺利流入接头，实现钎焊连接。冷却之后，残留钎剂在表面形成很薄的一层，通常厚度为1～2μm。该层不吸潮、防腐蚀，而且在热循环中不易碎裂。 (1)钎焊方法 ① 火焰钎焊

使用氟化物钎剂的火焰钎焊方法与使用氯化物时基本一致。但有几个问题要注意一下：首先氟铝酸钾盐的熔点只是略低于钎料的熔点，而且钎焊温度接近铝和铝合金的熔点，因此在加热时，要进行均匀加热，必须避免钎缝表面温度过高。这样在钎焊时，一旦钎剂干燥后，用强火进行钎焊时，钎焊火焰不应长时间的对准部件上的某一点，火焰必须不断地在钎缝前后来回移动，以使整个焊缝部位同步达到钎焊温度，避免出现过热和烧穿现象。一旦钎料完全熔化，应立即移开火焰使被钎焊的钎缝部位冷却。其次，一旦熔化，钎剂仅在干结前短时间内具有反应活性，建议在钎焊前先将钎料添加到钎缝中；但对于有足够经验的钎焊操作人员，也可在钎剂熔化后才添加钎料。另外，一般说来，在火焰钎焊时，较高的含镁量是可以接受的，因为加热速度较快，使得扩散的镁没有足够的事件发生作用来显著降低钎剂的钎焊效果。含镁量高达1%时，可轻易进行钎焊。超过1%时，须通过某些方法（增加钎剂在重量、提高加热速率）进行钎焊。 ② 炉中钎焊

氟铝酸钾钎剂的炉中钎焊是比较好的方法。当在炉中钎焊对于含镁的合金进行钎焊时。这时， 镁扩散到合金表面并与氧化膜反应生成难溶于NOCOLOCK钎剂的氧化镁与氧化镁与三氧化二硅的尖晶石。此外，镁和（或）氧化镁与钎剂反应，从而降低钎剂效率。因此炉中钎焊的首要原则是镁的总含量低于0.5%重量比。含镁高时，可考虑采用火焰钎焊。对于NOCOLOCK钎剂钎焊，使用不活泼气氛进行钎焊是最好的选择。通常情况下，一般采用氮气的保护气氛下进行钎焊。为了获得最佳的钎焊效果，炉中气氛一般要求露点≦-40℃，氧气的浓度低于100ppm。在530～560℃区间内，少量KAlF4蒸发，与少量存在于气氛中的潮气反应，生成少量的HF，这样，可以严格的控制气氛的露点，为钎焊提供一个良好的气氛，也可以减少HF的产生量。使用氮气氛钎焊时，NOCOLOCK钎剂一般在565～570℃之间熔化，去除铝或铝合金表面的氧化物薄膜。在577～605℃，钎料熔化，钎焊接头形成。

(2)氟铝酸钾钎剂的改性(modification)

在应用氟铝酸钾钎剂的基础上，近年来发表了大量的文献讨论Nocolok方法的改进。有两个方面：

一是在氟铝酸钾钎剂中加入第三种或更多种盐以增加钎剂的活性及其它性能，另一是发展氟铝酸钾钎剂的新的应用方法。

硅的存在可以使氟铝酸钾钎剂的活性大为增加[15]。比较理想的方式是以K2SiF6的形式加入，但要计算多余的KF量。在w（Si）的含量超过钎剂的2%时可以自钎，无需另加钎料。加入K2GeF6有更高的活性。加入SnF2[16]、PbF2[17]、ZnF2[17]和KBF4[18]都报导能有效提高钎剂的活性。这道理很明显，因为这些添加物的主元素钎焊时都被母材还原析出液态的金属或合金，起了传质的作用。

9

但过量重金属离子和B的存在将使接头的颜色变暗。

Nocolok方法的改进上，一些专利文献报导了将氟铝酸钾钎剂与钎料粉末混合后使用，例如用锌粉[19

，20]

，Al-Zn合金粉[21

，22]

与钎剂调成浆料喷涂与工件表面，加热熔化后就使工件变面形成相

应的锌层或Al-Zn层以利进一步的钎焊。

近年来将KALF4当作气相钎剂的方法逐渐发展起来。一种是直接在低压非氧气氛中混入KALF4蒸气进行铝合金的钎焊[23]，另一种则是在铝零件外面用真空沉积一层KAIF4[24]然后再根据需要拼装组合再钎焊

在Al-Si共晶钎料的表层用漂浮法（Floating method）沉积一层AlF4钎剂而形成复合的钎料[25]，可以用有机溶剂，例如正 醇调成焊膏使用。Takemoto[26]研究了Al-Si共晶钎料粉与Nocolok钎剂调成焊膏的各种影响因素，指出钎焊结果主要取决于钎料分得含氧化物量。提出：除去钎料粉中粒径小于30um的粉粒，是获得优良钎缝的关键。 (3)中温氟铝酸盐钎剂

常规的Nocolok方法应用氟铝酸钾钎剂配合铝硅钎料时，由于钎剂和钎料熔化温度较高（分别为558℃和577℃），通常要在600℃下进行钎焊操作。这样，对于一多半的铝合金，由于其过烧温度低于600℃而不能用氟铝酸钾钎剂进行钎焊。特别是对于硬铝来讲，钎焊时的温度不能超过500℃。这样对钎剂的熔化温度就要求低于480～490℃。因此要求开发无腐蚀、水不溶而熔化温度又低于480～490℃的钎剂。

CsF-AlF3是Nocolok钎剂的改进型。图2-5中可用作钎剂的共晶点E2含AlF342.0mol%,CsF56.0mol%,熔化温度471℃。Suzuki指出此钎剂有较高的钎焊效率，对火焰的稳定性比氟铝酸钾剂要高，最大的优点是对含镁量的合金有特殊的活性。董健利用Ag-Al-X-Y钎料、Zn-Al-Y(1)钎料和Zn-Al-Y(2) 配合CsF-AlF3钎剂，采用中温火焰钎焊技术，对LY12铝合金在开始过烧温度下（≤503℃），实现了对LY12铝合金的钎焊连接。防止LY12铝合金母材过烧缺陷产生，同时，钎缝抗剪强度τ=140Mpa，抗拉强度σb=300Mpa，力学性能满足使用要求。通过实验发现，改进型的CsF-AlF3中温无腐蚀钎剂对含有Mg的LY12铝合金具有很高的活性，它是以溶解方式去除LY12铝合金表面的氧化膜。该钎剂的中，CsF价格很贵，是此钎剂的主要不足

[27]

。

10

图2-5CsF-AlF3系相图[28]

2.1.3铝的无钎剂钎焊

无钎剂钎焊可省掉钎剂和施加钎剂的费用，不需要钎焊后清理组件，还可避免因残余钎剂或钎剂反应生成物对设备可能造成的腐蚀和对空气及水可能造成的污染。

自从发现镁蒸气在真空钎焊中具有促进钎料的流动性以来，这种使用镁作活化剂的方法已成为常规真空钎焊铝的正式工艺。关于镁在真空钎焊中的作用，存在着不同的观点。有的观点认为，在真空条件下，Mg除了进一步消除残存的氧之外，主要作用是还原Al2O3膜使其产生破坏，从而促进钎焊。也有的观点认为，Mg蒸气除起消除环境中氧和水汽的有害作用外，还渗入膜下母材表层，与扩散进入的硅一起，形成低熔点的Al-Si-Mg合金而熔化，从而破坏了表面氧化膜与母材的结合，使熔化的钎料得以润湿母材，在膜下沿母材铺展，并将表面膜浮起而除去。 （1）真空钎焊

铝的氧化膜十分稳定，单靠真空条件不能达到去膜的目的，必须借助于蒸气压较高、对氧的亲和力比铝大的某些金属活化剂的作用，如锑、钡、锶、铋、镁等。这是因为此类金属的蒸气压较高，它们在真空中容易挥发，有利于清除氧化膜，且价格较低，因此目前普遍采用。活性剂镁可以以纯镁小粒直接放在接头旁使用，或以蒸气形式引入钎焊区，也可以将镁作为合金元素加入铝硅钎料中。第一种方式的主要缺点是镁的挥发将在远低于钎焊温度时发生，同时对结构复杂的焊件很难遍布；第二种方式的设备和工艺比较复杂；最后一种方式没有上述缺点，可保证镁的蒸发和钎料的熔化相适应，而且镁蒸气是在接头处就地产生。另外，镁能降低铝硅钎料的熔点，故应用较多。综合考虑，含镁量ω（Mg）=1.0～1.5%为宜。如铝硅钎料中加镁的同时添加质量分数为0.1%左右的铋，可以减少钎料的加镁量，减少钎料的表面张力，改善润湿性，并可降低对真空度的要求。

在铝的真空钎焊中，通过镁的活化剂作用而实现去膜的机理，早期有人认为是，钎焊加热中在钎焊区产生镁蒸气，一方面与真空中残存的氧和水分反应，消除它们对铝的有害作用；另一方

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面，更重要的是对母材表面氧化物起直接还原作用而去膜。但后来进行的研究表明，母材表面氧化膜并未被还原去除，故对去膜提出了新的观点认为，除起消除环境中氧和水气的有害作用外，镁蒸气渗入膜下母材表层，与扩散进入的硅一起，使此表层形成低熔点的Al-Si-Mg合金而熔化，从而破坏了氧化膜与母材的结合，使熔化的钎料得以润湿母材，在膜下沿母材铺展，并将表面膜浮起而去除。

真空钎焊适于采用对接、T形及与之类似的接头形式，装配时宜采用较大的间隙。这些接头形式开敞性较好，间隙内的氧化膜容易排除。搭接接头间隙内的氧化膜较难排除，故不宜采用。

铝的真空钎焊工艺与其它金属真空钎焊工艺基本相同，但铝的真空钎焊时常需要10mPa以上的真空度。但由于其去膜依靠镁活化剂的作用，对于结构复杂的焊件，为了保证母材获得镁蒸气的充分作用，常采取局部屏蔽的补充工艺措施。最通用的方式是将焊件放入不锈钢盒内（通称工艺盒），然后置于真空炉中加热钎焊，这样可明显改善钎焊质量。必要时，盒内还补充使用少量纯镁粒来加强作用。无钎剂炉中真空钎焊具有下列优点：消除了形成钎剂夹杂的可能性；可在组件上设计盲腔、曲折的通道和细小的孔道，不用考虑钎焊后的钎剂去除或夹藏问题。真空钎焊铝件表面光洁，钎缝致密，钎焊后不需要进行清洗。

（2）铝和铝合金的气体保护钎焊

从经济和技术的角度来看，用中性气氛环境来代替真空时进行钎焊有很多优点。例如，对系统渗漏率的要求可以降低、设备比较简单、而且减少了挥发性元素沉积引起的设备维修工作，因此生产成本较低。加热主要依靠对流，速度较快也较均匀，即有利于保证质量又有较高的生产率。因此，近年来中性气体保护钎焊铝的方法受到重视，发展较快，是一种有前途的铝钎焊方法。

在中性气氛中钎焊铝，其表面氧化膜不能靠分解去除，仍然象在真空钎焊时一样，必须借助于镁的活化剂作用来去膜。不同的是取得好的钎焊效果的钎料含镁量却远低于真空钎焊所需数值，ωMg=0.2～0.5%左右即可，高含镁量反将导致不良的接头质量。这是因为在中性气氛中，钎料中蒸发出来的未与母材反应的剩余镁蒸气，由于气体分子的阻挡，被拘留于母材表面而与表面吸附的气体中的氧和水反应，生成氧化镁，妨碍钎料的铺展和润湿。此外，钎料中添加少量的铋，有利于提高钎焊质量。作为中性气体可以使用氩或纯净的氮，其露点温度应低于-40℃。 2.1.4工件的焊前准备和焊后的处理 （1） 接头和夹具的设计

铝和铝合金的钎焊，宜采用搭接接头，推荐的接头形式如图2-6：

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图2-6典型钎焊接头设计[29]

铝钎焊的钎缝间隙影响钎焊工艺和钎缝的质量。间隙逾窄，熔态钎剂钎料在钎缝中的毛细作用愈强，但易夹渣。间隙太宽，钎料难于流布到尽头，钎缝的应力也不均匀。铝钎焊的合适间隙如表2-2所示： 表2-2

浸沾钎料

接头宽度 合适的钎缝间隙 〈6.5 mm 0.05~0.1mm 〉6.5 mm 0.05~0.5mm

火焰、炉中、感应钎焊

〈6.5 mm 0.1~0.2mm 〉6.5 mm 0.1~0.5mm

接头设计应当使零件在钎焊前容易装配。设计密封的组件时，必须为钎焊期间流出气体逸出的孔道。铝合金钎焊零件最好设计成自夹紧形式，夹具和固定装置必须使零件不致因热膨胀的差异而发生错动。通常采用纯镍、因康镍、不锈钢、特种合金钢以及低碳钢来制造夹具和固定装置。低

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碳钢夹具的使用寿命较短，但在其表面上镀铝可延长使用寿命。 （2）工件的预清洗

被钎焊的工件必须仔细除去表面的各种污物、过厚的氧化膜和加工带来的油污，才能获得良好的钎缝。工件表面粘油污最理想的去除方法是在一个密闭舱内用有机溶剂的蒸气冲刷驱除。用三氯乙烷、四氯乙烯或其他商品溶剂的蒸气冲洗，也可用石油类溶剂或氯化烃类溶剂刷洗。水溶液去油的配方最好用磷酸三钠的碱性水溶液加少许洗洁净类的表面活性剂刷洗，最后用水冲净。油污除尽以后，应对铝合金表面氧化膜的厚度进行判断，是否影响钎焊的进行。过厚的氧化膜可用不锈钢擦丝或铜丝刷打、磨等方法局部去除。一定不要用砂纸,谨防砂粒嵌入。大面积清除氧化膜常用化学方法。通常采用5%的ω(NaOH)溶液清洗，温度保持60℃左右。清洗释放出大量氢气夹带大量碱物对呼吸道刺激很厉害并易着火爆炸，应在良好通风处进行。随着清洗反应的进行温度会很快上升，应注意降温以免反应过于剧烈。

同时，碱溶液主要熔去纯铝而留下合金元素形成黑色浮渣或贴在母材表面的沉渣。合金元素量愈大，黑色浮渣愈多，因此清洗铝合金时应注意控制溶液的温度和清洗时间，有时宁可用更稀一些的清洗液。碱洗的时间最好控制在10~15秒以内，碱液在去除氧化膜时不是均匀的蚀去一层，而经常将母材蚀出高低不平的凹坑和留下一些碎屑。碱洗以后应该用清水仔细冲净碱液。残余的微量碱液完全冲净是很难的，合金留下的黑色沉渣也不能靠水冲洗掉，用酸浸泡则很容易都去除。为防止酸对母材的腐蚀应该采用氧化性的酸，通常在室温下使用稀的或铬酸来冲洗。酸浸后应该再用水冲洗，最后一两次应该用去离子水或蒸馏水冲洗以免留下水垢。然后风干或温风吹干。此过程不可用手直接触摸，否则洁净的表面极易留下汗迹和指纹。

如果合金表面比较洁净，氧化膜不厚，可以免去碱洗而直接用酸洗。酸洗可用和氢氟酸的混合液，它不但能去除氧化膜，也能薄薄的削去一层金属，削去速度比碱液慢得多，均匀性也较佳。

清洗干燥后的工件应及时完成钎焊工作，如有储存期超过48小时，则应装入塑料袋中封存。 （3）工件的焊后清洗

焊后粘附钎剂的工件必须彻底清洗干净以防腐蚀。最有效的清洗是焊后趁热浸入沸水中继续煮沸。在清洗釜内的水应该流动循环或吹入气流搅动并且需要定时更换。必要时还需人工或机械刷洗工件。超生振动清洗是极有效的一种方法。复杂的带狭缝或小深孔的工件常需在流动的，不是更换的热水中浸泡好几天。铝工件在这种情况下只要洗水勤于更新，一般不至于引起孔蚀。 钎剂的最后残余常需采用清洗液、-氢氟酸混合清洗液、氢氟酸清洗液以及-重铬酸钠清洗液、铬酸酐-磷酸清洗液等化学方法清除。清洗完毕要用清水将清洗液彻底冲净，否则清洗液本身又会给工件薄弱处酿成穿孔腐蚀。要求高的工件还需要用去离子水或蒸馏水洗涤。清洗槽在用作清洗液时可以使用不锈钢制成，在使用HNO3-HF混合洗液或HF清洗液时需用玻璃钢槽，这种槽也可以用于HNO3-Na2Cr2O7清洗液.热的清洗液也可使用。 2.1.5铝和其它金属的钎焊

铝可以和其它许多金属钎焊。在某些具体场合，要考虑钎焊后涂以油漆或其它适当的涂层，以减少焊后接头区的电化腐蚀。还必须考虑因不均匀膨胀而产生的应力。

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2.1.5.1铝与钢的钎焊

应防止钢在预热及与铝的钎焊过程中被氧化。盐浴钎焊时，通过将不加热的零件浸入熔态的钎剂中可防止氧化，但是这种方法很可能引起零件翘曲或错位，因而其应用受到。电镀钢或涂层钢比无涂层钢较易于钎焊到铝上。采用了钢、镍或锌电镀层和铝、银、锡或热浸锌涂层以促进钢的润湿，并最大限度地减少脆性铝-铁化合物的形成，从而形成一种延性较好的接头。铝涂层钢可以很容易地用铝钎料和钎剂火焰钎焊到铝上。钎焊工艺和铝与铝钎焊时相同，但是预热应迅速，钎焊时间必须尽量的短，以免在界面上形成脆性的铝-铁相。正常间隙为0.25mm左右、搭接长度为12.7～63.5mm的管与管接头的剪切强度为68.94～103.41Mpa。在某些复杂的应用中，必须采用多步连接工艺以便去除钎剂。例如，将一般钢管的一端热浸涂以铝，在将此涂敷铝的一端盐浴钎焊到一段铝管上。在彻底清理钎焊好的分组件从而去除残余钎剂之后，将铝管的一端熔焊到已经炉中钎焊并清理过的铝容器上。钎焊后的组件达到真空密封。 2.1.5.2铝与不锈钢的钎焊

铝及铝合金与不锈钢钎焊时，通常采用Al-Si共晶钎料，钎焊方法可采用高频钎焊、真空钎焊、炉中钎焊和火焰钎焊等。当采用普通空气炉中钎焊或火焰钎焊时，还要配合钎剂，一般采用LiCl-KCl-NaF-ZnCl2系的钎剂或NOCOLOK钎剂。钎焊结果表明，由于不锈钢母材中的铁元素向铝与不锈钢焊缝区扩散，不可避免的形成影响钎缝质量的Al-Fe，Al-Fe-Mn等含铁金属化合物脆性相；并由于两种材料线膨胀系数的差异，导致钎焊冷却后接头形成较大的残留应力，在矫形时常常会导致不锈钢和铝之间开裂，难以满足复合加热结构连接的需要。实际生产中通常采用高频压力钎焊工艺，利用快速加热以减少脆性相的生成；同时，引入压力，可从某种程度上解决上述问题。

压力是实现铝/不锈钢大面积感应钎焊的重要参数，它不仅直接关系到钎接过程能否顺利进行，而且还影响着钎接的热过程和钎缝的质量。 (1)铝/不锈钢的大面积感应钎焊

常规的钎焊工艺（如盐浴钎焊，炉中钎焊），由于熔融钎剂、钎料的不规则、紊乱的宏观填缝流动，势必会形成夹气、夹渣、夹气-夹渣等致密性缺陷，致使钎缝致密性较差，尤其对于铝板/不锈钢板之间的大面积结构，钎着率仅有60~70%。接触反应钎焊是一种依靠材料间的冶金反应(共晶反应)所产生的液相合金来实现连接的“自钎料”钎焊技术，它避免了钎料的宏观填缝行为，可以提高钎缝致密性，同时依靠反应液相层的阻隔延迟效应，可以成功的解决了铝/不锈钢钎焊缝的脆性层问题。同时，Al-Si粉状钎料撒粉法会造成涂撒不均匀，工艺不稳定，生产效率低。为此可采用反应中间层制成钎焊膏，钎焊膏的优点在于容易实现钎料量和料剂比的控制，便于复杂结构的装配和易于实现钎焊过程自动化。

1)、接触反应材料的选择

与基体Al发生共晶反应的元素很多，如Mg、Zn、Ge、Cu、Ag等。但共晶体中Mg、Zn、Ge、Cu、Ag的含量均较高，Mg为35Wt%，Cu为33.2Wt%，Ge为53Wt%，Ag为72Wt%，Zn更高达95Wt%之多，因此钎焊时为了得到足够的液相层来完成连接，必须加入较多的中间层，因此在数量控制方面较差，而且Zn、Cu等与Al之间为互扩散，很容易造成对铝基体的腐蚀，因此

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通常选择Si作为接触反应的中间层材料。

2)、硅钎焊膏的配置 ①钎料的制配

根据反应原理以硅粉为钎料，硅金属粉体的获取方法有很多种，如湿喷、干喷以及机械研磨等。湿喷虽然粉粒在空间停留时间较短，但落入水池冷却后需要经过烘干处理，在干燥的过程中，硅粉会发生氧化，结果造成含氧量高，降低了活性，而且湿喷法颗粒越小，含氧量越高。高的含氧量会阻碍接触反应钎焊的顺利进行。干喷的方法，虽然落粉时间长，但比起湿喷较长时间的高温烘干还是大大减少了氧化的机会，含氧量降低了许多，但粉粒外形极不规则，一般呈多角形，虽经过多次过筛，得到的粉末颗粒仍不均匀，很难涂覆。机械研磨法制粉可以获得低含氧量且表面为球形颗粒大小均匀的粉末。

②钎剂的制配

根据钎焊母材的温度及钎焊温度，改良过的钎剂的主要成分为KAlF4，K2AlF5˙H2O，K3AlF6

以及降低熔点的稀有元素，此钎剂在达到一定的加热温度时能去除铝表面的氧化物及污染物，以保证反应的顺利进行。

③粘接剂的选择

粘接剂采用纤维素粉末经特殊活化处理后与纯水混合进行制配，在搅拌机上搅拌30分钟，静置24小时后使用。该种粘接剂粘度适中，温度达到150℃即能完全挥发不留下痕迹，对焊接不造成任何影响。

④钎焊膏的制配

将钎料、钎剂、粘接剂按比例称量好后，先将钎剂与粘接剂混合在搅拌机内搅拌30分钟直至均匀，再将钎料逐份的加到其中，分10次加入，每次都搅拌均匀后方再加入，最后一起搅拌30分钟直至完全均匀为止，再将配好的焊膏进行分装，密封保存于常温下。

3)钎焊过程

首先将铝板和不锈钢板进行焊前处理。不锈钢采用丙酮去油，再用清水冲洗；铝板用10%的烧碱溶液去氧化膜，然后用清水冲洗，再用5%的溶液进行中和处理，最后再用清水冲洗，晾干。在铝板上均匀的涂上一薄层接触反应钎焊膏，晾干后施焊。

钎焊在LH-30KW的电子管高频感应压力钎焊机上进行。钎焊时使用功率为20KW，压力为3KG/cm2。钎焊时，当钎剂开始熔化时立即停止加热，钎焊膏在余温下与母材反应形成钎缝。

钎焊完成后由于母材线膨胀系数的差异发生挠曲变形，挠度18º左右，变形较大，采用油压机进行矫形。

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图2-7 Al/Si/1Cr18Ni9Ti接触反应区元素线分布

图2-8 Al-Si钎料钎焊接头的金相组织 2.1.5.3铝与铜的钎焊

由于铝-铜共晶的熔化温度低（8℃）、极脆，所以铝与铜很难钎焊。但是快速加热和冷却可得到延性相当良好的接头，例如，此种技术可用于把铜镶入铝铸件，使其作导电体用。此时，可用铝与铝的钎焊常用的钎料和钎剂，如果快速冷却和加热，也可采用银基钎料。以软钎料或银合金钎料给铜表面预处理（挂锡）可改善润湿性，缩短在钎焊温度下的时间。将铝钎焊到铜上的一种更实用的方法是将一小段涂敷铝的钢管的一端钎焊到铝上，然后将管子的另一端用银钎料钎焊到铜上。

铜-铝间在8℃可形成共晶反应，因此可利用接触反应钎焊的方法实现铝-铜间的有效连接。以铝散热器和铜板间的钎焊为例，改进后的CPU散热器由铝合金散热器与铜板钎焊而成，其中铝合金散热器的尺寸大小为长70mm，宽50mm，高30mm，铜板的尺寸为长70mm，宽50mm，厚5mm，如图11所示。在常温及高温下，铝和铜表面都存在阻碍反应进行的氧化膜，因此在钎焊前，必须仔细去除工件待焊面的污染物及氧化膜，焊前处理过程为，铜采用机械去油和氧化膜的方法（即用细砂纸将铜的表面打一遍），然后用清水清洗，晾干；铝采用10%的烧碱溶液去氧化膜，然后用清水清洗，再用5%的溶液中和处理，最后再用清水清洗，晾干，即可涂上Noclok钎剂。涂钎剂时，将钎剂涂很薄的一层在铝的一侧。

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铝合金散热器紫铜板 图2-9 铜铝散热器示意图 图1 铜-铝散热器示意图铝合金散热器与铜板的钎焊过程必须在有一定压力存在的情况下才能完成，可以采用两种加热方式进行钎焊。 （1）气体保护炉中加热 炉膛内的温度设定在570℃左右，将涂敷好焊膏的工件放进炉子，保温8分钟，然后出炉空气冷却。对焊缝的断面进行观察，铝散热器与铜板之间有明显的中间层，据分析，此中间层为铜、铝在合适温度下发生共晶反应所形成的合金相，界面微观组织照片如图12所示。在相同条件下改变保温时间，反应层的厚度与保温时间有关，保温时间越长，中间层越厚；反之，中间层越薄。

（2）高频感应加热

在空气气氛中进行，将涂敷好钎剂的工件置于感应器上，感应器为平面形式，其与工件之间有一带磁性的感应板，热量通过感应板被感应加热，然后在压力的作用下传递到工件上。通过调整电源的输出功率，加热时间及加热后停留的时间来完成钎焊过程。设定电源输出功率为10KW，加热时间28秒，加热后停留时间32秒，在此工艺参数下，可得到钎焊层致密的工件，界面微观组织照片如图13所示。如果增加电源的输出功率，同时减少加热时间，在加热后停留时间不变的情况下，也能获得钎焊效果良好的工件。而且，在功率不变的条件下，中间层厚度也随加热时间的变化而变化，加热时间越长，中间层越厚；反之，中间层越薄。

对于铝-铜散热器的焊接最好采取大功率快速加热，以防止铝散热器温度过高软化。同时钎焊压力要适当，压力大，铝和铜之间接触紧密，两者的温度梯度小，适合钎焊，钎缝缩孔较小，钎缝致密；但钎焊压力也不宜过大，过大的压力会使工件的尺寸难以保证，焊缝挤出的焊料较多，增加加工量。

如果采用炉中钎焊，因为加热时间（包括保温时间）较长，工件表面及钎焊膏容易氧化，因此必须使用惰性气体保护。而在高频感应加热的情况下，由于加热速度很快，氧化已经不是影响钎焊效果的主要矛盾，因此可以在空气气氛中进行。

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（a）铜侧 （b）反应相

（c）铝侧

图2-10铜-铝散热器炉中钎焊接头界面微观组织

2.1.5.3铝与其它有色金属的钎焊

铝-硅钎料不适用于将铝钎焊到无涂敷的钛上，因为会生成脆性的金属间化合物。但是可以将钛热浸涂铝，然后用普通的铝钎料即可将它钎焊到铝上。在正确的钎焊条件下，镍和镍合金与铝的钎焊并不比黑色金属与铝的钎焊更困难。可以将他们直接钎焊或预涂敷铝。虽然蒙乃尔合金可以直接被润湿，但是钎焊接头很有可能是脆性的，因此最好将蒙乃尔合金预先涂敷铝。铍能直接被铝钎料润湿。镁合金可以与铝钎焊，但是钎焊接头的界面上可形成极脆的铝-镁相，因此这种钎焊接头的用途有限。

2．2铜和铜合金的钎焊

铜及其合金具有优良的导电、导热性能、耐腐蚀性能和良好的加工成形性能，因而获得广泛的应用。铜及其合金通常可分为四大类：紫铜、黄铜、青铜和白铜。紫铜是含铜量不低于99.5%

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的纯铜。黄铜是指铜锌合金，它比紫铜具有高得多的强度、硬度和耐腐蚀能力，并保持一定的韧性。为了进一步提高黄铜的力学性能、耐腐蚀性和工艺性能，在黄铜中再加入少量的锡、铅、锰、铝、铁或硅等元素而获得一系列的多元铜合金——特殊黄铜。特殊黄铜的合金元素的总含量一般不超过4%（质量分数）。青铜实际上是除铜-锌、铜-镍合金外所有的铜合金的统称，如锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。为了获得某些特殊性能，青铜中还加入多种其他元素。白铜是铜和镍的合金，它具有较好的综合力学性能和高耐腐蚀性能。 2．2．1铜及其合金的钎焊性 (1)紫铜

紫铜表面可能形成Cu2O和CuO两种氧化物。室温下铜表面为Cu2O所覆盖；高温下的氧化皮分为两层，外层为CuO，内层为Cu2O。铜的氧化物容易去除，所以紫铜的钎焊性是很好的。但纯铜不能在含氢的还原性气氛中钎焊，这是因为铜内的氧化物被还原，从而在固体金属内形成高压水蒸气而发生氢脆的缘故。所以纯铜不能在分解氨、吸热型和放热型还原气氛内进行钎焊。无氧铜则除外，因为它的含氧量极低，不会发生氢脆。 (2)黄铜

当黄铜含锌量低于15%时，表面氧化物主要由Cu2O组成，其中含有ZnO微粒；当含ω(Zn)大于20%时，其氧化物主要由ZnO组成。锌的氧化物也比较容易去除，所以黄铜的钎焊性也是很好的。黄铜不宜在保护气氛和真空中钎焊，这是由于锌的蒸气压较高的缘故。在保护性气氛或真空中钎焊时，黄铜中的锌发生挥发，表面变红，并影响其钎焊性和本身性能。如必须在保护性气氛或真空中钎焊时，应预先在黄铜表面电镀一层铜或镍，以防止锌的挥发。但镀层可能影响接头的强度。钎焊黄铜时必须使用钎剂。 (3)锡黄铜

锡黄铜含ω(Sn)约为1%。锡的存在并不影响表面氧化物的组成。锡黄铜的钎焊性与黄铜相当，容易钎焊。 （4）铅黄铜

铅黄铜的铅在加热时会形成粘渣，破坏钎料的润湿作用和流动性，必须选用合适的钎剂以保证钎料的润湿作用。铅黄铜在加热时有应力开裂的倾向。它对热裂的敏感性与含铅量成正比。所以铅黄铜在钎焊时应尽量减小其内应力，如焊前退火以去除零件的加工应力;加热温度应尽量均匀，以减少热应力等。当含ω(Pb)量大于3%时，钎焊效果就很差了。对于含ω(Pb)量超过5%的铅黄铜不建议进行钎焊。 (5)锰黄铜

锰黄铜的表面由锌的氧化物组成。锰的氧化物比较稳定，比较难以去除，应采用活性强的钎剂以保证钎料的润湿性。 (6)锡青铜

锡青铜QSn6.5-0.1表面形成两种氧化物，内层为SnO2,外层为铜的氧化物。这些氧化物容易去除，合金的钎焊性很好，可以用包括气体保护钎焊和真空钎焊在内的各种钎焊方法。在空气中钎焊时可选用常规钎剂钎焊。为避免出现裂纹，含磷的锡青铜钎焊前应在约290~340℃下消除应

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力。 (7)铝青铜

铝青铜含较多的铝(达10%)，表面形成主要由铝的氧化物组成的氧化层，难以去除，所以铝青铜的钎焊相当困难。铝的氧化物不能在保护气氛中被还原，真空加热也不能去除，所以必须采用专门的钎剂进行钎焊。如在高温下钎焊，则钎焊温度应与淬火温度相适应，然后进行回火处理，使母材达到要求的力学性能，这是在选用钎料时必须考虑的。 (8)铍青铜

铍青铜表面虽形成较稳定的BeO氧化物，但用常规钎剂还能满足去除氧化膜的要求。铍青铜常用于零件要求具有弹性的场合。 (9)硅青铜

含ω(Si)约3%的QSi3-1合金表面的氧化物主要由氧化硅组成。钎焊硅青铜时需使用与钎焊铝青铜时同样的钎剂。处于应力状态下的硅青铜对热脆和熔融钎料作用下的应力开裂相当敏感。为避免开裂，钎悍前合金应在300~350℃温度下消除应力。钎悍时应选用熔点较低的钎料和加热比较均匀的钎悍方法。 （10）铬青铜和镉青铜

铬青铜和镉青铜因含少量的铬或镉，对钎焊性影响不大。钎焊铬青铜时应考虑母材的热处理制度，或者在低于时效温度（460℃）以下钎焊，或者钎焊温度与淬火温度（950～1000℃）相匹配。

（11）锌白铜和锰白铜

白铜含镍，选用钎料时应避免选用含磷的钎料，如铜磷钎料和铜磷银钎料，因含磷的钎料于钎焊后在界面上容易形成脆性镍磷化合物，降低接头的强度和韧性。白铜对热裂和熔融钎料作用下的应力开裂均甚敏感。故零件在钎焊前应去除内应力，并选用熔点较低的钎料和尽量均匀的加热零件，同时使零件在加热和冷却时能自由的膨胀和收缩，以减小钎焊时的热应力。 2．2．3 钎料 (1)银基钎料

银基钎料的熔点适中，工艺性好，并具有良好的强度、韧性、导电性、导热性和抗腐蚀性，是应用极广的硬钎料。银基钎料的主要合金元素是铜、锌、镉和锡等元素。铜是最主要的合金元素，因添加铜可降低银的熔化温度，又不形成脆性相。含铜28%的银铜合金为共晶合金，熔化温度为780℃。添加锌可进一步降低其熔化温度。根据Ag-Cu-Zn合金相图的液相线，该合金系的最低熔化温度为670℃左右。作为钎料用合金，除了熔化温度应尽可能低外，还要考虑到它的组织和性能，即组织中不出现脆性相，至少不出现数量较多的脆性相，以免影响钎料的加工性能和钎焊接头性能。就Ag-Cu-Zn合金而言，希望成分落在Ag(银固溶区)相、Cu(铜固溶体)相或Ag+Cu相区域内，因为Ag和Cu相都是韧性极好的相组织；如果合金成分落在Cu+(Ag,Cu)Zn和Ag+(Ag,Cu)Zn两相内尚可加工，因为(Ag,Cu)Zn相不太脆；如果合金成分落在（Ag,Cu5Zn8）相区内就很难加工了，因为（Ag,Cu5Zn8）相是极脆的相，合金组织内决不允许出现这种相。各种银铜钎料就是以不同含银量为基础，配合不同的含铜量和含锌量以满足熔化温度和力学性能的要求

21

所组成的合金。

银铜锡合金相图2-11如所示。加锡可使银铜锡合金的熔化温度降得很低，但熔化温度低的合金极脆，无实际使用价值。为了避免出现脆性，银铜锡钎料的含锡量一般不高于10%。

图2-11Ag-Cu相图

为了进一步降低银基钎料的熔化温度可在银铜锌合金中加镉。由于四元相图很复杂，故Ag、Cu参照常用钎料的含量选定为几个定量，Zn、Cd则为变量，其结果如图所示

其中Ag表示Ag固溶体，Cu表示Cu固溶体，β1表示Ag-Cd相，β2表示Cu-Cd相，βz表示Ag-Zn相。Ag和Cu相韧性极好，β

1

相的性能也极好，它的熔化温度较低，韧性和强度均比β

2

相好，β2相熔化温度低，但很脆。钎料组织中不易出现大量的β2、βz相。 1)35Ag-25Cu-Zn-Cd 该合金大约从700℃析出初生Cu晶粒，在620℃Ag和β2相凝 Zn、Cd含量的变化基本上不影响合金的液相线、强度和伸长率。

2)Ag-15Cu-Zn-Cd 当含铬量达23%时合金的熔化温度降到630℃。继续提高含镉量，熔化温度基本不变。此组合金因组织中出现较多的β

2

和β

z

相，伸长率比较低。

相，但主要

3)5Ag-15Cu-Zn-Cd 此组合金对成分变化很敏感。当含ω(Cd)量达25%时，熔化温度降到最低点，约620℃；继续提高含镉量，熔化温度又回升。含25%Cd时的含金组织中虽出现β是Ag和Cu固溶体，合金韧性较好。

4)50Ag-15Cu-Zn-Cd 此组合金的熔化温度对成分的变化不太敏感。当含镉量达11%时熔化温度最低，约635℃；但为了减少组织中的βz相，宁愿将ω（Cd）量增大到18%左右。在所有四组合金中，此组合金的强度和韧性最好。

根据以上的研究可以优化银铜锌镉钎料成分。

银铜锌镉钎料是银基钎料中性能最好的一种钎料，因为它的熔化温度低，润湿性和铺展性好，力学性能也好，价格也不算高。唯一的缺点是镉为有害元素，镉蒸气对人体危害极大。从劳保和环保出发，含镉钎料应在被取代之列。根据近二、三十年的研究，发现只有锡可以取代镉。图2-14

22

2

是锡对银铜合金熔化温度的影响。但加锡不能太多，根据钎料含银量的不同，加ω(Sn)量可在2%～5%范围内变更，超过此范围钎料发脆。银铜锌锡钎料虽无毒，但无论在熔化温度、工艺性能、力学性能或者在价格等方面仍无法与银铜锌镉钎料媲美。

图2-12 Ag-Cu-Zn 相图

23

图2-13 Ag-Cu-Sn相图

24

图2-14锡对银铜锌三元系熔化温度的影响 银基钎料的化学成分和主要性能列于表2-3 表2-3

化学成分 钎料 w(Ag) BAg72Cu BAg50Cu BAg70Cu BAg65Cu BAg60Cu BAg50Cu BAg45Cu BAg25CuZn BAg10CuZn BAg50CuZnCd BAg45CuZnCd BAg40CuZnCdNi BAg34CuZnCd 72±1 50±1 70±1 65±1 60±1 50±1 45±1 25±1 10±1 50±1 45±1 40±1 35±1 w(Cu) 余量 余量 26±1 20±1 余量 34±1 30±1 40±1 53±1 15.5±1 15±1 16±0.5 26±1 w(Zn) - - 余量 余量 - 余量 余量 余量 余量 16.5±2 16±2 17.8±0.5 21±2 w(Cd) - - - - 10±0.5 - - - - - - - - w(Sn) - - - - 10±0.5 - - - - - - - w（其它） - - - - - - - - - - Ni0.2±0.1 779~779 779~850 730~755 685~720 602~718 677~775 677~743 745~775 815~850 627~635 607~618 595~605 607~702 熔化温度/℃ /MPa 375 - 353 384 - 343 386 353 451 419 - 392 411 Ω·㎝ 0.022 - 0.042 0.086 - 0.076 0.097 0.069 0.065 0.072 - 0.069 0.069 抗拉强度电阻率/µ钎焊7777886667BAg50CuZnCdNi 50±1 15.5±1 15.5±2 - - Ni3±0.5 632~688 431 0.105 6BAg56CuZnSn BAg34CuZnSn BAg50CuZnSnNi 56±1 34±1 50±1 22±1 36±1 21.5±1 17±2 27±2 27±1 5±0.5 3±0.5 1±0.3 5±0.5 3±0.5 1±0.3 - - Ni0.30~0.65 618~652 630~730 650~670 - - - - - - 676 25

BAg40CuZnSnNi 40±1 25±1 30.5±1 3±0.3 3±0.3 Ni1.30~1.65 630~0 - - 6

BAg72Cu钎料系银铜共晶成分，它对铜和铜合金具有极好的润湿性和铺展能力，导电性高，钎料不含易挥发元素，适用于保护气氛炉中钎焊和真空钎焊。

BAg50CuSn钎料不含易挥发元素，适用于保护气氛炉中钎焊和真空钎焊。BAg50Cu的熔化温度高于BAg72Cu，可用于分步钎焊中的前步钎焊。

BAg60CuSn钎料不含易挥发元素，适用于保护气氛炉中钎焊和真空钎焊。BAg60Cu的熔化温度低于BAg72Cu，可用于分步钎焊中的后步钎焊。

BAg70CuZn钎料的强度和韧性好。由于含银高，是银铜锌钎料中导电性最好的，特别适宜于钎焊要求导电性高的工件。

BAg65CuZn钎料熔化温度较低，强度和韧性好，可用于钎焊性能要求高的黄铜、青铜和钢件。 BAg50CuZn钎料和BAg45CuZn钎料性能相似，但结晶间隔大，适用于钎焊间隙不均匀或要求圆角较大的零件。

BAg45CuZn钎料熔化温度低，含银较低，比较经济，应用甚广，常用于要求钎缝表面粗糙度细，强度高，能承受振动载荷的工件，在电子和食品工业中得到广泛应用。

BAg25CuZn钎料的用途与BAg45CuZn钎料相似，但钎焊温度稍高。钎料具有良好的润湿作用和填充缝隙的能力。

BAg10CuZn钎料的含银量最低价格便宜，但钎焊温度较其它银铜锌钎料都高。钎焊接头韧性较差。主要用于钎焊要求较低的铜和铜合金、钢等。

BAg50CuZnCd和BAg45CuZnCd钎料的用途和性能与BAg40CuZnCdNi相似，但熔化温度和钎焊温度较高。钎料加工性能比BAg40CuZnCdNi好。

BAg40CuZnCdNi钎料是银基钎料中熔化温度最低的一种，钎焊工艺性能非常好，常用于铜和铜合金、钢、不锈钢等材料的钎焊，特别适宜于要求钎焊温度低的材料，如调质钢、铍青铜、铬青铜等以及分步钎焊中最后一步钎焊。由于镉蒸气有毒，熔炼和钎焊时要加强通风措施。

BAg35CuZnCd钎料的结晶温度间隔比较大，适用于不均匀间隙的钎焊，但加热速度要快，以火焰、高频等钎焊方法为宜，以免钎料在熔化和填充间隙时发生偏析。

BAg50CuZnCdNi钎料含镍，它具有良好的抗腐蚀性，对硬质合金的润湿能力强，主要用于不锈钢和硬质合金的钎焊。

BAg56CuZnSn和BAg50CuZnSnNi是两种通用的无镉钎料，它们的性能同BAg50CuZnCd钎料相当，钎焊工艺稍差，可代替BAg50CuZnCd钎料钎焊铜和铜合金、钢和不锈钢等。BAg40CuZnSnNi性能与BAg35CuZnCd钎料相似，可取代后者钎焊各种零件。 (2)铜磷钎料

铜磷钎料由于工艺性能好，价格低，在钎焊铜和铜合金方面得到广泛的应用。磷在铜中起两种作用：根据Cu-P相图，磷能显著降低铜的熔点。当含ω(P)为8.4%时，铜与磷形成熔化温度为714℃的低熔点共晶，其组织由（Cu）+Cu3P组成。Cu3P为脆性相。随着铜的含磷量增加，Cu3P相增多，超过共晶成分的铜磷合金由于太脆而无实用价值。Cu3P相给铜磷钎料带来脆性，它的韧性

26

比银基钎料差得多，只能在加热态下挤压或轧制。磷的另一种功能是空气中钎焊铜时起自钎剂作用。为进一步降低铜磷合金的熔化温度和改进其韧性，可加入银。Cu-P-Ag三原系合金形成一低溶共晶，其成分为ω（Ag）=17.9%，ω(Cu)=30.4%和ω(Cu3P)=51.7%，ω(P)=7.2%，三元共晶点为6℃。该成分合金极脆，无太大实用价值，只能作为铜磷钎料的工件补钎之用。

图2-15 Cu-P相图

图2-15 表明85Cu-5P-15Ag合金具有最好的抗剪强度。铜磷银合金的脆性随着Cu3P相的增加而急剧提高。根据这些数据，可以优化并能兼顾熔化温度和力学性能要求的铜磷银钎料。为了节约银，可在铜磷钎料中加锡，以达到降低熔化温度的目的。图表明，在Cu-6P合金中加入1%ω（Sn）,其液相线明显下降。含锡量继续提高，液相线基本上以直线下降，当含锡量提高到6%时，液相线降低到677℃。Cu-7P和Cu-8P合金具有相同的特性，但比Cu-6P合金的熔化温度更低一些。

图2-16 Cu-Cu3P-Ag三元系的液相线

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图16 Cu-Cu3P-Ag合金抗剪强度与成分的关系

图2-17 Cu-Cu3P-Ag合金韧性与成分的关系

锡可以提高Cu-6P合金的强度，但当含ω（Sn）量超过1%后，抗拉强度的变化是很小的；锡也可以改善Cu-6P合金的延展性，加1%ω(Sn)的合金伸长率最好，加锡量继续增加，伸长率又趋下降。含ω（Sn）=4%的Cu-6P合金的伸长率与Cu-6P合金相当，但Cu-6P-4Sn合金的液相线S已比Cu-6P下降一百多度。为了进一步降低铜磷钎料的熔化温度，可在铜磷合金中同时加入锡和镍，此时钎料的液相线可降低到低于650℃，同银铜锌镉钎料的熔化特性很接近。这种钎料由于组织中含大量脆性相，无法进行加工，只能用快速凝固法制成箔状钎料使用。铜磷和铜磷银钎料只能用来钎焊铜和铜合金，不能用来钎焊钢、镍合金和含镍量大于10%的铜镍合金。这种钎料在加热慢时大都有偏析作用，应尽量采用快速加热的钎焊的方法。 铜磷钎料的化学成分和性能列于表2-4

表2-4

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BCu95P钎料韧性尚好，可以加工成片状使用。钎料的结晶间隔大，流动性差，故该钎料是为预置钎料片的接头而设计的，特别适用于电阻钎焊。

BCu93P钎料的流动性极好，可填充小间隙接头，最适宜的间隙为0.03～0.08mm,该钎料在热态下可挤压成丝，主要用于机电、仪表和制造工业，钎焊不受冲击载荷的铜和铜零件的钎焊。 BCu92PSb钎料性能和用途与BCu93P钎料相仿，但流动性稍差，电阻率稍高，用于间隙较大的接头的钎焊。

BCu91PAg钎料中的银改善了钎料的韧性，使钎料加工较容易。在较低的钎焊温度下能填充较大的间隙，在较高的钎焊温度下流动性又极好。用于制冷、电机、仪表等行业中的铜和铜合金零件

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Bcu95P Bcu93P Bcu92PSb Bcu91Ag BcuAg Bcu80Pag HLAgCu70-5 HLCuP6-3 Cu86SnP Bcu80PSnAg Cu77NiSnP 钎料 Cu P Ag Sn 其它 /℃ /MPa 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 77.6 5±0.3 6.8~7.5 6.3±0.4 7±0.2 5.8~6.7 4.8~5.3 5±0.5 5.7±0.3 5.3±0.5 5.3±0.5 7.0 - - - 2±0.2 5±0.2 15±0.5 25±0.5 - - 5±0.5 9.7 - - - - - - - 3.5±0.5 7.5±0.5 10±0.5 - - - Sb1.5~2.0 - - - - - 0.8±0.4 - Ni5.7 710~924 710~800 690~800 5~810 650~800 0~815 650~710 0~680 620~660 560~650 591~3 - 470.4 303.8 - 519.4 499.8 - - - - - - 0.28 0.47 - 0.23 0.12 - 0.35 - - - 化学成分（质量分数）（%） 熔化温度强度/µΩ·m 抗拉电阻率

的钎焊。

BCuPAg钎料的韧性和导电性又有所提高，可加工成片或丝。因含磷量减少而使流动性降低，适宜于钎焊接头间隙不易控制或较大间隙的接头，最佳间隙值为0.05～0.13mm。此种钎料以预成型环的形式在热交换器的接头钎焊中得到广泛应用。

BCu80PAg钎料的韧性和导电性进一步提高，适宜于钎焊导电要求高和接头间隙不易控制的零件。 HLAgCu70-5钎料的韧性和导电性是铜磷钎料中最好的一种，用于钎焊高导电要求的电器接头。 HLCuP6-3钎料不含银，价格低，钎焊温度比Bcu93P钎料低得多，流动性也很好。该钎料为Bcu93P钎料的代用品。

Cu86SnP钎料比HLCuP6-3稍脆，但流动性稍好一些，用途与HLCuP6-3钎料相同。

Cu77NiSnP钎料的钎焊温度低，与BAg45CuZnCd钎料相当。用该钎料钎焊的铜接头的抗拉强度和抗剪强度与用铜银磷、银铜锌镉钎料钎焊的相当。钎料可用快速冷凝法制成箔状，用来钎焊热交换器和电器接头等。

BCu80PSnAg钎料用途与Cu77NiSnP钎料相同。因含银的缘故价格较高。 2．2．4硬钎剂

现有硬钎剂主要以硼砂、硼酸以及它们的混合物为基体，在添加某些碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐等来获得合适的活性温度和增强去氧化物能力。

硼酸H3BO3加热时分解形成硼酐B2O3

2H3BO3→B2O3+3H2O↑

硼酐的熔点为580℃，它能与铜、锌、镍和铁的氧化物形成易熔的硼酸盐

MeO+B2O3→MeO·B2O3

以渣的形式浮在钎缝上面，既能达到去膜，又能起机械保护作用。但生成的硼酸盐在温度低于900℃时难溶于硼酐，而与硼酐形成不相混的两层液体。另外，在900℃以下温度时硼酐的粘度很大，去除氧化物的效果不好。

硼砂Na2B4O7在741℃熔化，在液态下分解成硼酐和偏硼酸钠

Na2B4O7→B2O3+2NaBO2

硼酐与金属氧化物形成易溶的硼酸盐，而偏硼酸钠又与硼酸盐形成熔化温度更低的复合化合物

MeO+2 NaBO2+ B2O3→(NaBO2)2·Me(BO2)2

容易浮到钎缝表面。因此，硼砂的去氧化能力比硼酸强。但硼砂的熔点比较高，且在低于800℃时粘度较大，流动性不够好。

硼砂和硼酸的混合物是应用很广的钎剂，加入硼酸能减小硼砂钎剂的表面张力，促进钎剂的铺展。硼酸还能改善钎剂残渣的脱渣性。

但硼砂-硼酸钎剂配合银钎料使用时，熔化温度仍嫌太高，粘度太大。为进一步降低其熔化温度，可加入氯化钾。根据B2O3-KF相图，当KF含量达40%时，其熔化温度达600℃。KF更重要的功能是降低钎剂的粘度和提高去氧化物的能力。为了进一步降低其熔化温度和提高其活性，可加入KBF4。KBF4的熔点为0℃，熔化分解为：

KBF4→KF+BF3

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析出的BF3具有极强的去氧化物的能力。 表2-5

牌 号 成 分 (质量分数)（%） FB101 FB102 FB103 FB104

表2-5列出了一些硬钎剂的成分。FB102钎剂是应用最广的通用钎剂。FB103钎剂的作用温度最低，特别适用于银铜锌镉钎料。FB104钎料不含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。钎剂残渣有腐蚀性，焊后必须进行清洗。 2．2．5钎焊工艺 (1)表面准备

溶剂除油或碱液除油都适用于铜和铜合金。机械方法、金属丝刷和喷砂等可用来去除氧化物。铜和铜合金的化学清洗如下：

1） 铜、黄铜和锡青铜 在10%～20%H2SO4冷水溶液中浸洗10～20分钟;或在H2SO4：

HNO3:H2O=2.5:1:0.75溶液中浸洗15～25秒。

2） 硅青铜 先在5% H2SO4的热水溶液中浸洗，再在2%HF和5% H2SO4的冷混和酸水溶液中浸

洗。

3） 铬青铜和铜镍合金 在5% H2SO4的热水溶液中浸洗，然后在15～37g/L重铬酸钠和4% H2SO4

的溶液中浸洗。

4） 铝青铜 先在2%的HF和3%的H2SO4的冷混合酸水溶液中浸洗，然后用5%的H2SO4的溶液

中浸洗。

5） 铍青铜 厚氧化皮应在50%的H2SO4水溶液中于65～75℃下浸洗，也可用8L H2SO4，4LHNO3，

1LH2O和14gHCl溶液浸洗。薄氧化膜可在2%的H2SO4水溶液于71～82℃温度下浸洗，然后在30%的HNO3水溶液中浸一下。 (2)铜钎焊技术

铜及铜合金可用多种方法进行钎焊，如烙铁钎焊、浸渍钎焊、火焰钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊、接触反应钎焊等。但高频钎焊时，由于铜的电阻小，要求加热的电流比较大。

含氧铜暴露在含氢的气氛下能使铜产生脆化。应避免使用火焰钎焊大型组件，炉中钎焊也应避免使用含氢气氛。温度高、时间长会加重发生氢脆的危险。黄铜在炉中钎焊时，锌发生蒸发，使黄铜成分发生变化，故钎焊黄铜最好先镀铜。含锌的钎料在炉中钎焊时，为了防止锌的蒸发，最好加少量的钎剂。含铅的铜合金经长时间加热容易析出铅，因此大型组件的火焰钎焊和炉中钎焊因其加热时间较长，会造成某些困难。如果从合金中（特别是含铅的质量分数高于2.5%）析出大量的铅，由于变脆和钎焊不良，就能造成有缺陷的钎焊接头。铝氢铜钎焊时，为了防止铝向银

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作用温度/℃ 550～850℃ 600～850℃ 550～750℃ 650～850℃ 用途 银钎料钎剂 应用最广的银钎料钎剂 用于银铜锌镉钎料 银基钎料炉中钎焊 硼酸30，氟硼酸钾70 无水氟化钾42，氟硼酸钾25，硼酐35 氟硼酸钾﹥95，碳酸钾﹤5 硼砂50，硼酸35，氟化钾15

钎料扩散，使接头质量变坏，钎焊加热时间必须尽可能短。在铝氢铜表面上镀铜或镀镍也可以防止铝向钎料的扩散。钎焊铍氢铜时，钎焊加热温度应与热处理规范相配合。对于一些容易自裂的合金，如硅青铜、磷青铜、铜镍合金，一定要避免产生热应力，不宜采用快速加热方法。 (3)钎焊后处理

钎焊后要清除钎剂的残渣，清洗工件表面。清除残渣的主要目的是为了防止残渣对工件的腐蚀，有时也是为了获得一个良好的外观或对钎焊后的工件作进一步加工。这些残渣很容易用热水浸泡而溶解掉。

2．3 碳钢低合金钢的钎焊

碳钢以铁为基体，以碳为主要合金元素，其含量一般不超过1.0%。此外，含ω（Mn）低于1.2%，ω(Si)量不超过0.5%者皆不作合金元素。其它元素更是控制在残余量的限度内。碳钢的性能主要取决于含碳量。低合金钢是在碳钢的基础上，添加一定的合金元素所形成的新钢种，但合金元素的总含量ω≤5%。 2．3．1钎焊特点

碳钢钎焊时在表面上往往会形成四种类型的氧化物：即α-Fe2O3、γ- Fe2O3、Fe3O4(FeO· Fe2O3)和FeO。碳钢在室温下可形成γ- Fe2O3的氧化层，其厚度可达2～4个原子层；加热到200℃左右的温度时，生成α-Fe2O3氧化物；加热到较高温度（不超过570℃），会生成氧化物的混合膜：内层为FeO·Fe2O3，表面层为α-Fe2O3；当加热的温度超过570℃时，只生成FeO。但是，如果把碳钢从室温逐渐加热到高于570℃，那么就会在碳钢的表面上一次生成三种氧化物：α-Fe2O3、FeO·Fe2O3和FeO。钢上的氧化物是由空气中的氧气穿过氧化物渗到金属上而生成的。

所有的氧化物均是多孔和不稳定的，容易被还原性气体还原，也容易被钎剂去除。所以低碳钢的钎焊是容易实现的。对于低合金钢来说，如合金元素含量相当低，则金属表面基体上为铁的氧化物，但随着合金元素含量的提高，则还可能生成其它的氧化物，这在选择钎剂时必须加以考虑。在低合金钢表面生成的氧化物中，影响最大的是铬和铝的氧化物，它们的稳定性较大，使钎焊过程较难进行。为了去除它们，就需要使用活性较大的钎剂或用露点较低的保护气氛。

此外，合金钢常在淬火和回火的状态下使用，所以还需考虑钎焊时发生的退火软化等问题。 2．3．2钎焊钎料

碳钢和低合金钢硬钎焊时，主要采用铜基钎料和银基钎料。纯铜由于熔点高，主要用于保护气体钎焊和真空钎焊，也可在碳钢和低合金钢表面电镀铜层作为钎料，其钎焊温度约为1130℃。钎焊时铁有溶于铜中的倾向，而铜又能向铁的晶间渗入，由于钎料和母材的合金化，钎缝强度大大提高。例如铸造状态铜的强度为186~196MPa，而在保护气体中用铜钎焊的低碳钢接头的强度达到294~343 MPa。用铜钎焊钢时，接头间隙应小于0.05㎜，否则钎料难以填满全部间隙。

使用黄铜钎料时，为了防止锌的蒸发，必须采用快速加热方法，如火焰钎焊、感应钎焊、浸渍钎焊等；通常选用含有少量硅的钎料，可有效的减少锌的蒸发。黄铜钎料的钎焊温度比较低，钢不会发生晶粒长大，钎焊接头强度和塑性均比较好。例如，用B-Cu62Zn钎料钎焊的低碳钢接头强度达421 MPa，抗剪强度达294 MPa。

采用银基钎料时，主要采用B-Ag45CuZn、B-Ag40CuZnCd、B-Ag50CuZnCd和B-Ag40CuZn

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钎料。银基钎料的工艺性能好，钎焊温度比铜基钎料低，在钢表面就有良好的铺展性，钎焊接头的强度和塑性都是比较好的。例如，用B-Ag50CuZnCd钎料 钎焊的低碳钢接头强度可达294 MPa。因此，银基钎料都用来钎焊重要的结构。

钎焊淬火的合金钢时，为了保证接头力学性能，防止钎焊过程中发生退火，钎焊温度应在高温回火温度以下。如钎焊30CrMnSiA时，使用熔点较低的B-Ag50CuZnCd钎料，它可以保证得到高质量的接头，使接头的抗剪强度可达349~431 MPa，抗拉强度达476~651 MPa。

钎焊碳钢和低合金钢一般均需用钎剂或适当的保护气体。硬钎焊时，钎剂常有硼砂、硼酸和某些氟化物等组成。如黄铜钎料则选硼砂或硼砂与硼酸的混合物作钎剂；银基钎料可选择硼砂、硼酸和某些氟化物的混合物作钎剂；银基钎料和保护气氛可同时使用。钎剂可采用膏状、粉状和与钎料相结合等形式。在手工送钎料时，手持钎料丝，随时粘着适量的钎剂以备使用。在保护气氛中钎焊时，钎料需预先放置在接头内或安放在接头附近，然后把组件装入钎焊工作室中去，必须控制钎焊的最高温度和保温时间，以保证适当的熔化，使钎料完全渗入接头。 2．3．3钎焊工艺 (1)接头间隙设计

碳钢和低合金钢的接头应是紧密配合的，设计要合理。对于使用无机钎剂时的大多数钎料来说，间隙取0.05~0.13㎜可以保证钎焊质量，接头可获得良好的力学性能。铜基钎料可选择较小的装配间隙，一般采用0.01~0.05㎜。保护气氛炉中钎焊时，大多数钎料所适合的间隙更小些，甚至可以采用轻微的压配合。用锡铅钎料钎焊时，间隙可适当大些，一般可以选择0.05~0.20㎜。为了确定适合已选定钎料的钎焊温度下的接头间隙大小，必须考虑钎焊零件的膨胀系数。对于紧配合的接头需要使用熔化范围相当窄的钎料；反之，间隙较大时，则采用熔化范围较宽的钎料，以获得良好的钎焊接头。 (2)钎焊前清理及表面准备

为了取得最佳效果，钎焊接头接触表面采用机械或化学方法清理，确保氧化物或有机物彻底清除；接头端面不宜过于粗糙，不得粘附金属屑粒或其它污物。 (3)钎焊技术

几乎所有常用的钎焊方法均可进行碳钢和低合金钢的钎焊。常用的钎焊方法有火焰钎焊、烙铁钎焊、浸渍钎焊、炉中钎焊、电阻钎焊、保护气氛及真空钎焊。碳钢及表面不形成氧化物的低合金钢是比较容易钎焊的。对于调质钢的钎焊，为了保持较高的力学性能，通常选择淬火温度或低于回火温度进行钎焊。但在淬火温度下钎焊时，由于钢和有色金属的钎料膨胀系数不同，钢性大的接头在钎焊后的淬火中容易引起钎缝的局部破坏。这类钢的淬火温度不高，回火温度低，通常选用熔点较低的银基钎料在650～700℃下进行钎焊。为了减少焊件的退火软化，采用快速加热的感应钎焊、盐浴浸渍钎焊等。 (4)钎焊后处理

倘若基体金属适合于淬火处理，则可趁焊件还处于高热状态时进行淬火处理。当采用钎剂进行钎焊时，因为钎剂的残渣多数对母材有不良影响，必须彻底清除。但对易产生裂纹或引起变形的焊件，此法应慎重考虑。除去残渣可采用机械或化学的方法来处理。

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2．4不锈钢的硬钎焊

常见的不锈钢可分为四大类：即奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。

1）奥氏体不锈钢 这类钢都是铁、铬和镍（或锰）的合金。加入镍和锰可以使钢中的高温奥氏体稳定到室温。这类钢强度不高，但具有很高的耐热性和耐腐蚀性。典型的牌号有1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等。

2）铁素体不锈钢 这类钢基本上是铁、铬低碳合金。在其中加入了足够量的铬，使钢中的低温相铁素体稳定在一个较宽的温度范围内。典型的牌号有0Cr13、Cr17等。

3）马氏体不锈钢 这是一类铁-碳-铬的合金。马氏体不锈钢与铁素体不锈钢很接近，但它们能够进行热处理强化，经淬火及回火后具有良好的强度、塑性、韧性、耐蚀性等综合性能。典型的型号有2Cr13、1Cr12Ni2W2MoV、1Cr13等。

4）沉淀硬化不锈钢 一般在不锈钢的基础上，加入铝、钛、铜和钼等合金元素，经过特殊的热处理而使这些合金沉淀硬化，形成沉淀强化不锈钢。这类钢具有高强度、耐热、耐腐蚀性的特点。

2．4．1钎焊特点

1）表面氧化膜复杂 不锈钢除含铁外，还有铬、镍、锰、钛、钼、钨、钒等元素，所以它们表面上能形成多种氧化物，甚至是复合化合物。当不锈钢含有钛时，其氧化物非常稳定，很难去除。

2）钎焊温度的选择 对非热处理强化的不锈钢，选择的钎焊温度应使晶粒不致严重长大。对于马氏体不锈钢来说，只有经过适当的淬火和回火才能获得优良的性能，所以钎焊温度的选择更为严格。这类钢的钎焊温度，或选择与其淬火温度相适应，使钎焊过程和淬火加热结合起来；或者选择不高于它们的回火温度。沉淀硬化不锈钢的钎焊与马氏体不锈钢的钎焊相似，钎焊这类钢所用的钎焊热循环也必须与它们的热处理相匹配。

3)奥氏体不锈钢有应力开裂的倾向，应在去除内应力的状态下进行钎焊。 2．4．2钎料

（1）银基自钎剂钎料

除表2-1 所列的银基钎料可用于不锈钢钎焊外，还有一些专门用来钎焊不锈钢的银基钎料，即银基自钎剂钎料。如表2-6所示。在保护气氛下钎焊不锈钢时要求采用高纯的保护气体,并且在足够高的温度下才能去除不锈钢表面形成的Cr2O3、TiO2等氧化物。采用常规的银基钎料不能满足此要求，必须辅加钎剂。采用自钎剂钎料即可在较低的温度下钎焊不锈钢。 表2-6 牌号 成分（%） ω(Ag)

熔点 ω(Ni) 34

钎焊温度 /℃ ω(Cu) ω(Li) /℃ BAg92CuLi

92±1 余量 余量 － 1±0.5 0.5±0.1 0.5±0.1 779～881 780～800 881～980 880～940 BAg72CuNiLi 72±1 自钎剂钎料是指自身含有能起还原作用的微量或一定量元素的钎料。其中的还原剂与母材表面氧化物作用后生成的产物，其熔点应低于钎焊温度，或者还原产物能与母材表面氧化物形成熔点低于钎焊温度的复合化合物；而且还原产物或所形成的复合化合物的粘度要小，能被液态钎料排开，不妨碍钎料的铺展。

在所有还原剂中锂是最理想的元素。表所列的元素都是很强的还原剂，从热力学来说都能还原Cr2O3。但其中大部分元素的还原产物，即它们的氧化物的熔点都大大高于钎焊的温度，妨碍钎料的铺展。B2O3熔点虽然很低，但它的粘度剂大，同样不利于钎料的铺展。锂的氧化物LiO2的熔点虽然很高,但它能与许多氧化物形成低熔点复合化合物，如Li2CrO4的熔点为517℃，大大低于钎焊的温度；而且氧化锂对水的亲和力很大，它同周围气氛中的水分作用，形成熔点为450℃的LiOH，这层熔化的氢氧化锂几乎能溶解所有的氧化物。它呈薄膜覆盖在金属表面上，又能起保护作用。此外，锂是表面活性物质，能提高钎料的润湿性；锂在银中的溶解度很大，锂的加入不会在银中形成脆性相，所以锂是最理想的元素。 （2）高温铜基钎料

除了铜和黄铜钎料可钎焊不锈钢外，还有一些专用的钎焊不锈钢的高温铜基钎料。出现这些钎料的原因是通常使用的银基钎料和黄铜钎料的高温强度和蠕变强度比较低，当温度超过400℃后，钎料接头的强度急剧下降，并且钎料的氧化也很严重，这些钎料不能钎焊在较高温度下工作的工件。表2-7列出了一些高温铜基钎料，它可以满足400～600℃的工作温度要求 表2-7 牌号 ω（Ni） ω(Si) HlCuNi30-2-0.2 Cu69NiMnCoSiB Cu58MnCo Cu40MnNi

H1CuNi30-2-0.2钎料含较多的镍。镍可以提高钎料的高温强度，但镍又使钎料的熔化温度明显提高。为了降低熔化温度加入适量的硅和少量的硼。硅和硼同时又能改善钎料的润湿性，提高钎料在不锈钢上的铺展能力，H1CuNi30-2-0.2钎料在室温和高温下都几乎与1Cr18Ni9Ti不锈钢等强度。钎料在600℃以下的抗氧化性也与1Cr18Ni9Ti不锈钢很相近。它填充间隙的能力强，对接头间隙的要求不高。同时具有良好的延展性，可加工成丝或片。但该钎料的钎焊温度过高（1175～1120℃）。炉中钎焊时不锈钢晶粒猛烈长大，火焰钎焊时近缝区也有晶粒长大现象。并且火焰钎焊时由于钎剂在高温下与不锈钢起作用，在近缝区易产生麻面等缺陷。

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成分（%） 27～30 18 － 20 1.5～2.0 ≦0.2 1.75 － － 0.2 － － ﹤1.5 1 － － － 5 － 40 － 5 － － 余量 余量 余量 余量 熔点 钎焊温度 /℃ ω(B) ω(Fe) ω(Mn) ω(Co) ω(Cu) /℃ 1080～1120 1175～1200 1053～1084 1090～1110 940～950 950～960 1000～1050 1000～1050

Cu59NiMnCoSiB钎料为HlCuNi30-2-0.2钎料的改进型。Cu59NiMnCoSiB钎料的含镍量明显下降，但添加5%Co。钎料的Ni+Co总量有所下降，故钎料的熔化温度低。由于添加了Co，钎料的高温强度变化不大。此外在钎料中又添加了5%ω(Mn)，使钎料的熔化温度进一步下降，达到1053～1084℃，钎焊温度则比HlCuNi30-2-0.2钎料低了80～100℃，钎焊不锈钢时不会产生晶粒长大现象和麻面等缺陷；由于钎料含锰量不高，可用于火焰钎焊和真空钎焊。钎料延展性良好，可加工成丝或片。钎料具有和HlCuNi30-2-0.2钎料似的高温强度和抗氧化性。

图2-18 Cu-Mn系相图

另一种高温铜基钎料为Cu58MnCo。根据Cu-Mn相图，当含ω（Mn）35%时形成熔点为868℃的低熔固溶体。为了提高铜锰合金的室温和高温强度有时加入了钴。根据不锈钢对接钎焊试样的抗拉强度试验得知，加ω（Co）量达9%后接头已同母材等强度，所以出现了这种在铜锰低熔固溶体基础上加入10%ω(Co)的钎料，其液相线为943℃，钎焊温度为1000℃，正好同马氏体不锈钢的淬火温度相匹配，可将钎焊和淬火处理合并进行。Cu58MnCo钎料的延度较好，可加工成片状。这种钎料适用于钎焊在583℃以下工作的接头。由于钎料的含锰量高，而锰既易氧化又易挥发，因此不适用于火焰钎焊和真空钎焊，主要用于保护气氛炉中钎焊。 （3）锰基钎料

对于工作温度高于600℃的不锈钢钎焊接头可采用锰基钎料。锰的熔点为1235℃，为了降低其熔点可加入镍。根据Ni-Mn相图，60%Mn和40%Ni形成熔点为1005℃的低熔点固溶体，延展性优良。锰基钎料就是以Ni-Mn合金为基体，加入不同量的合金元素组成的。如表2-8所示。

表2-8

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化学成分（%） 牌号 w(Mn) w(Ni) 25±BMn70NiCr 70±1 1 41±BMn40NiCrFeCo 40±1 1 22±BMn68NiCr 68±1 1 27.5BMn50NiCuCrCo 50±1 ±1 16±BMn65NiCoFeB 余量 1 20±BMn45NiCr 45±1 1 28.5BMn52NiCuCr 52±1 ±1 0.5 ±1 5±14.5- - - 1000~1010 1060~1080 - 35±1 - - - 920~950 1000 - - 16±1 0.5 0.5 ±1.0 0.5 3±0.2~1.0 1010~1035 1060~1085 4.5±13..5±- - 1010~1035 1060~1080 - - 10±1 - - 1050~1070 1120~1150 12±1 - 0.5 0.5 0.5 3±4±- 1065~1135 1180~1200 W(Cr) 5±- - - - 1035~1080 1150~1180 w(Cu) w(Co) w(Fe) w(B) /℃ /℃ 熔化温度 钎焊温度

Mn70NiCr钎料是在镍锰合金的基础上加入5%铬。铬提高了钎料的抗氧化性。钎料具有良

好的润湿性和填充间隙的能力，对母材的熔蚀能力小。可满足不锈钢波纹板夹层结构换热器的低真空钎焊的要求。

BMn40NiFeCo钎料提高了含铬量，改变了锰与铬的比例，并添加少量钴以改善其性能。钎料的高温性能和耐腐蚀性能稍高于BMn70NiCr钎料，但钎料的熔化温度和钎焊温度也有所上升，易引起不锈钢晶粒长大。钎料的流动性适中，虽然没有BMn70NiCr钎料那样好，但比较容易控制。

BMn68NiCo 钎料含钴量高，高温性能好。钎焊温度低于前两者钎料，适于钎焊工作温度更高的薄件。

BMn50NiCuCrCo钎料利用了锰镍以及铜锰形成低熔组织的特点来调节钎料的熔点，有添加4.5%钴来提高其高温性能。钎料熔化温度较低，钎焊不锈钢时不会发生晶粒长大现象。钎料能填充较大间隙，特别适用于氩气保护下感应钎焊不锈钢接头。

BMn65NiCoFeB钎料在不锈钢上的铺展能力差，适用于钎焊毛细管等易被钎料堵塞的场合，或用于大间隙钎焊。

BMn45NiCu钎料由于大量铜的加入，钎料熔化温度大大降低，适用于分步钎焊的末级钎焊以及补钎焊。

BMn52NiCuCr钎料的高温性能不如其它锰基钎料（BMn45NiCu除外），但熔化温度低，用于钎焊要求钎焊温度低的不锈钢薄件。

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锰基钎料的蒸气压高，不能用于高真空钎焊；锰又容易氧化，也不适用于火焰钎焊。主要用于氩气保护的炉中钎焊和感应钎焊以及较低真空钎焊。 （4）镍基钎料

当要求钎焊件在较高温度下工作时可以采用镍基钎料。镍基钎料以镍为主体，并添加能降低熔点及提高其热强度的元素组成的。镍的熔点虽高（1452℃），但硼、硅、磷等元素能降低其熔点。根据Ni-B相图，硼可使镍硼系的熔化温度迅速下降，当硼达到16.6%时形成一共晶，其熔点为1080℃，其组织由Ni和Ni3B组成。硼几乎不溶于镍。从Ni-Si相图(图2-20)可知，镍同Ni5Si2形成一共晶，其熔点为1150℃，共晶体含ω（Si）11.4%。共晶体在室温下的组织为α镍固熔体和Ni3Si。硅在镍中的饱和溶解度达8.7%。磷能大大降低镍的熔点。根据Ni-P相图（图2-21），在11%P(重量)处形成共晶点为880℃的共晶。磷不溶于镍，磷与镍形成一系列的脆性化合物。铬虽能稍降低镍的熔点，但铬在镍及钎料中的主要作用是提高其抗氧化性，并使镍固溶强化。为达到满意的综合性能，绝大部分镍基钎料由三元或三元以上的合金组成。从Ni-Si-B合金三元相图（见图2-23）可以看出，在镍中同时加入硅和硼可进一步降低其熔化温度，如Ni-10B-10Si（原子百分比）的熔化温度已降到1020℃。作为钎料用的合金成分应落在Ni+NiB或Ni+Ni3B+Ni3Si相的区域内，其它区域的组织太脆。Ni-Cr-Si合金的相图见图2-24。随着铬硅量的增加，三元合金的液相线下降，其中硅对液相线温度的影响比铬更为显著。在Ni-20.5Cr-11.8Si（质量分数）处形成一三元共晶，其熔点为1077℃。由于硅的影响很大，合金成分稍有偏差就会影响其液相线温度。作为钎料合金，组织中不应出现σ、π、T、τ1、τ

2

等相，因为这是些极脆的三元化合物。

钎料成分应落在γ+Ni3Si或γ+Ni5Si2相的区域内。镍铬硼硅系四元合金相图更为复杂。为简便起见，将硼量固定在10%（原子百分比），这样与镍基钎料的实际含硼量比较接近，然后研究它的相图。该图表明，无铬时被硼饱和的镍固溶体最多能溶解7.5%Si；加入铬后硅的溶解度降低，8%Cr时硅的溶解度降到最低值，即6%Si，高于此浓度出现Ni3Si相。硼化铬相的出现与含铬量有关。含铬量超过8%时陆续出现Cr、BCr5、B3Cr2B等相组织。

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图2-20 Ni-Si合金

图2-21Ni-P相图 图2-22Ni-Cr相图

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图2-23 Ni-Si-B合金的液相线和850℃等温面

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图2-24 Ni-Cr-Si系富镍区的液相线

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表2-9镍基钎料

化学成分（质量分数）（%） 牌号 Ni BNi74CrSiB BNi75CrSiB BNi82CrSiB BNi92SiB BNi93SiB BNi68CrWB BNi71CrSi BNiP BNi76CrP 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 Cr 13~15 13~15 6~8 - - 9.5~10.5 18.5~19.5 - 13~15 B 2.75~3.5 2.75~3.5 2.75~3.5 2.75~3.5 1.5~2.2 2.2~2.8 ~10.5 - - 0.01 - - 0.1 - - 0.2 0.10 - 0.08 10.5 Cu4~5 BNi66MnSiCu 余量 - - 6~8 - 0.10 - Mn21.5 ~24.5 1150~1200 - 10~12 9.7~ - 970~1095 925~1040 Si 4~5 4~5 4~5 3.5 4~5 3~4 9.75 2~3 0.06 - ~12.5 - - 877 0 1150~1205 925~1025 0.5 1.5 0.06 0.06 - - - - W11.5 1080~1135 1150~1200 980~1010 970~1095 1010~1175 1150~1205 Fe 4~5 4~5 2.5~ 0.06 - - 970~1000 1010~1175 C 0.6~0.9 0.06 P - - 其它 - - 975~1083 975~1075 1065~1205 1075~1205 熔化温度/℃ 钎焊温度/℃

Ni-Cr-10B-Si(原子%)合金富镍区的硬度表明，含铬和硅量过高的合金，因出现各种硬而脆的化合物相，使合金变得太硬和太脆，已不适宜作钎料用。

BNi74CrSiB钎料含铬量高，钎焊时硼和碳向母材扩散，可以使钎缝的重熔温度提高。它具有很好的高温性能，运用于在高温下受大应力的部件。

BNi75CrSiB钎料的熔化温度比BNi74CrSiB高，流动性较差。但因含碳量低，可减少碳向母材的扩散，钎料和母材的作用程度减弱，可钎焊比BNi74CrSiB稍薄一些的工件。BNi75CrSiB钎料具有很好的高温性能，用途与BNi74CrSiB钎料相似。

BNi82CrSiB钎料的熔化温度比上述两种钎料都低，可在较低温度下钎焊，钎料与母材的作用减弱，可钎焊较薄的工件。钎料的熔化温度间隔小，具有良好的流动性。由于钎料的含铬量低，钎焊接头的抗氧化性比BNi75CrSiB钎料钎焊的稍差。

BNi92SiB钎料的流动性很好，流入和填充接头间隙的能力强，适宜于钎焊搭接量较大的接头。钎焊接头的耐热性比含铬的钎料差。

BNi93SiB钎料含硅和硼的量比BNi92SiB低，熔化温度有所提高，结晶间隔也增大，钎料流动性下降，但钎料的硬度有所改善，因此适用于要求钎缝圆角较大，或者要求钎焊后进行加工的零件。又由于硼量的降低，钎料和母材的相互作用明显减弱，可用来钎焊比较薄的结构部件。

BNi71CrSi钎料不含硼，同母材的作用大大减弱，适宜于钎焊薄件。由于钎料的含铬量高，

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接头的高温强度和抗氧化性均与BNi74CrSiB钎料钎焊的相当。用该钎料钎焊时的钎焊温度很高。此外，因BNi71CrSi钎料不含硼，特别适用于核领域。

BNiP和BNi76CrP使镍基钎料中熔化温度最低的两种钎料，它们属于共晶成分，流动性极好，能流入接触紧密的接头，钎料对母材的熔蚀作用不大。BNi76CrP钎料因含较多的铬，其耐热性比BNiP钎料好。但这两种钎料的高温性能比镍铬硅硼和镍硼硅钎料仍差得多。这两种钎料主要用来钎焊不锈钢薄件。因钎料不含硼，也特别适用于该领域。

BNi66MnSiCu钎料不含硼，含硅量也不算太高，它的加工性能有所改善。这种钎料的使用范畴和BNi76CrP钎料相似，但不如它脆。由于钎料含铜和锰，它的抗腐蚀性和抗氧化性比BNi76CrP的差。

镍基钎料的组织中含大量金属间化合物相，非常脆，无法进行塑性变形加工。因此镍基钎料通常是以粉状、粘带和非晶态箔供应的。粉状钎料在使用时需要加入有机粘接剂制成膏状，才能安装在接头处。粘带钎料使用粉状钎料和有机粘结剂调和，再轧制成粘带。非晶态箔是将熔融状态的镍基钎料以10℃/秒的冷却速度在水冷铜辊上凝固，形成有一定挠性的、成分极为均匀的钎料箔。粘带钎料和非晶态钎料均用于大面积钎焊，但非晶态钎料箔比粘带钎料和粉状钎料在工艺性能方面具有明显的优越性。非晶态钎料和非晶态预晶化处理钎料的润湿性比晶态状钎料和粘带钎料的好。非晶态的钎料由于成分非常的均匀，当加热到液相线时几乎是同时、均一的熔化和铺展；而晶态钎料存在较大的熔析现象。因各相的熔点不一，当加热到液相线时，先是低熔点相熔化和铺展，随后高熔点部分因铺展缓慢而堆积，造成分层现象。其次，非晶态钎料中的杂质及气体含量极低，而晶态钎料的含量较高，尤其是含氧量和含氮量要高出几十倍。因此，非晶态钎料的熔化表面非常洁净；而晶态钎料熔化表面有明显的黑灰色渣块，经分析为Fe、Cr、Si的氧化物。

另一方面，非晶态钎料对不锈钢母材的溶蚀也较小。非晶态钎料的溶蚀程度要明显小于晶态钎料。其原因可能是晶态钎料中的杂质含量较高。由于技术上的原因，非晶态目前只能做得很薄（﹤50μm），在使用上受到一定的。 (5)金基钎料

金基钎料以前几乎全部用来钎焊首饰。近年来，随着电子工业、核能工业、航空和航天工业的发展，金基钎料也扩大了它的应用范畴。金基钎料的成分列于表 1） 金铜钎料

2号到14号是金铜钎料。金和铜能无限互溶，在80Au-20Cu处形成一低熔固溶体，它的熔点是911℃。金铜钎料是由不同比例的金和铜组成，以满足不同钎焊温度的要求。其中5号钎料是4号钎料的改进型。4号钎料80Au-Cu固态时会发生相变，伴随着相变发生体积变化，造成制造上的困难，也可能影响接头性能。5号钎料在4号钎料的基础上加入1%ω（Fe）,防止了固态时的相变。金铜钎料具有以下几个特点：

1） 对铜、镍、铁、钴、钼、钽、铌、钨及其合金具有优良的润湿性； 2） 对上述金属和合金的相互作用小，不会发生熔蚀等缺陷，可以钎焊薄件；

3） 无易挥发组分，可钎焊在高温中于真空下工作的部件。钎料不含能形成难熔氧化物的组分，

在保护气氛或真空中钎焊时对气氛纯度和真空度的要求不高；

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6

4） 抗腐蚀性好，尤其是含金量高的钎料；

5） 延性好，容易加工成丝、片、箔等形状，使用方便。 2） 金镍钎料

同金-铜相图一样，金和镍能无限互溶，并且在82.5Au-17.5Ni处形成易低熔固溶体，其熔点为950℃。金镍钎料的品种没有金铜钎料多，含ω（Ni）量超过35%的金镍合金，不但合金的熔化温度升得过高，更重要的是合金变得很粘，没有用作钎料的价值。18号钎料是17号钎料的改进型，它的含金量低（68%），但具有与17号钎料类似的润湿性、高温强度和抗氧化性。尽管如此，17号钎料，即82.5Au-17.5Ni仍是最广泛应用的金镍钎料。金镍钎料具有金铜钎料的全部优点，尤其是在高温强度和抗氧化性方面比金铜钎料好得多。 3） 金钯钎料

金钯钎料的应用极其有限。它的熔化温度高。主要用于分步钎焊的初级钎焊。 （6）含钯钎料

含钯钎料是在银铜合金和银锰合金的基础上加入钯二组成。含钯钎料具有以下特点： 1） 钯可改善钎料的润湿性。图 为钯对银在钢上润湿性的影响。在银中如1%ω（Pd），它在钢上

的润湿角已明显减小；当加入5%ω(Pd)后，它的润湿角已很小了。

2） 绝大部分含钯钎料的延性好，可以加工成片、丝或箔形状，比镍基钎料使用方便。钎焊接头

的加工性也比镍基钎料钎焊的好；

3） 含钯钎料的溶蚀作用小，并且没有向母材晶间渗入的倾向，可钎焊薄件； 4） 钎料的抗腐蚀性和抗氧化性也很好。

银铜钯钎料（SCP系列钎料）由于较低的蒸气压，特别适用于在真空条件下工作的工件以及润 湿性差的材料，如不锈钢、镍基合金、钨、钼、锆、铍等材料。

银钯锰钎料（SPM系列钎料）的优点是蠕变强度高，其中SPM1钎料的工作温度可达600～700 ℃；SPM2钎料的工作温度最高可达800℃。

银钯锰NMP1钎料是SPM系列钎料的补充型。它的特点是熔化温度比SPM系列钎料的低，而抗剪强度相当高，尤其是对熔融碱金属的侵蚀很稳定，它的工作温度可达800℃。

钯镍PN1钎料的高温性能特别好，同时不含蒸气压低的元素锰，用于钎焊高温合金和难熔金属。 2．4．4硬钎剂

不锈钢表面形成包括氧化铬等比较稳定的氧化物，必须采用活性强的钎剂。用银基钎料钎焊时可采用FB102、FB103、FB104钎剂，其成分见表 用铜基钎料钎焊不锈钢时，钎焊温度已超过上述钎剂的活性温度，必须采用表 所列的钎剂。钎剂中的氟化钙用来去除氧化铬等氧化物。

在保护气氛如氩气中钎焊不锈钢时，如果钎焊温度不够高，或者氩气纯度不够，或者要求改进钎料的润湿性时，可以在保护气氛中掺加少量的气体钎剂。目前应用最广的气体钎剂是三氟化硼。常温下，三氟化硼是无色，不自燃也不助燃的气体，在加压状态或在-110℃时变成液态，故在常温下有钢瓶供应。在钎焊温度下三氟化硼与金属氧化物起反应，生成容易挥发的（BOF）3或易溶的硼酸盐，从而达到去除氧化物的目的。如果没有气态三氟化硼，也可将氟硼酸钾加热到800～900℃，使其完全分解为氟化钾和三氟化硼，然后将三氟化硼与氩气混合，输入钎焊炉。也

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可将氟硼酸钾直接放在钎焊容器内使用。

气体钎剂的使用浓度一般控制在体积分数0.1%～0.001%范围内，这样在钎焊后不形成固态残渣，气体钎剂的气化产物有毒性和腐蚀性，使用时必须采取相应的安全保护措施。 2．4．5钎焊工艺

用银基钎料钎焊铁素体不锈钢，特别是1Cr17钢时，很容易引起界面腐蚀。这种腐蚀是由于钎料与母材电极电位的不同，在腐蚀介质（如潮湿空气、水等）的作用下所形成的电化学腐蚀，导致钎焊接头的破坏。为了防止这种现象的发生应采用含镍的钎料，如BAg50CuZnCdNi(含3%Ni)和美国的BAg-22(63Ag-28.5Cu-6Sn-2.5Ni)钎料钎焊。由于镍的作用，在钎缝与母材之间形成了明显的过渡层，电极电位的过渡比较平缓，接头的抗腐蚀性明显提高。

用银基钎料钎焊马氏体不锈钢时，必须考虑母材的热处理制度。对于淬火回火状态的马氏体不锈钢，如1Cr13、2Cr13等，钎焊温度应低于700℃，以免母材因加热温度过高而使母材发生软化。这时应选择BAg40CuZnCdNi、BAg45CuZnCd、BAg50CuZnCd、BAg56CuZnSn、BAg50CuZnSnNi等钎料钎焊。

用银基钎料钎焊奥氏体不锈钢时，除了不含稳定剂的1Cr18Ni9不锈钢外，因钎焊温度正处于它的敏化温度区域容易造成抗晶间腐蚀性下降外，对母材性能不产生不利的影响，因此选择余地较大。用银基钎料在保护气氛中钎焊奥氏体不锈钢时应选用自钎剂钎料BAg72CuNiLi，钎料中的锂能保证钎料对不锈钢的润湿。在真空或保护气氛中钎焊不锈钢时应选用BAg72、BAg50Cu和BAg60CuSn等不含易挥发元素的钎料，同时为了保证钎料的润湿，母材表面应预先镀铜或镀镍。 银铜钯钎料具有较好的润湿性。用SCP系列钎料在保护气氛或真空中钎焊不锈钢时，即使钎焊温度较低，不锈钢表面也不需预镀铜或镍，钎料就能很好的润湿。用银铜钯和镍锰钯钎料钎焊的奥氏体不锈钢

（1）钎焊前清理和表面准备

不锈钢表面的氧化物在钎焊时更难以用钎剂或还原性气氛加以清除，所以不锈钢钎焊前的清理比碳钢更为严格。焊前的清理包括清除油脂和油膜的脱脂工作。待焊的接头表面还要进行机械清理或酸洗清洗。但是，要避免用金属丝刷子擦刷。清洗之后最好立即进行钎焊，或用塑料袋进行密封保存。 （2）钎焊技术

不锈钢可以用多种钎焊方法进行钎焊，如常见的烙铁、火焰、感应、炉中等钎焊方法。炉中钎焊时用的炉子必须具有良好的温度控制系统，并能快速冷却。硬钎焊时，广泛使用保护气体钎焊。用氢气作为保护气时，对氢气的要求视钎焊的温度和母材成分而定。对于1Cr13和Cr17Ni2等马氏体不锈钢，在1000℃温度下钎焊时要求氢气的露点低于-40℃；对于不含稳定剂的18-8型铬镍不锈钢，在1150℃钎焊时，要求氢气的露点低于-25℃。一般说来，钎焊温度越低，要求的氢气露点越低。国内广泛使用氩气保护钎焊。由于氩气无还原作用，故要求高纯度的氩气。采用氩气保护高频钎焊，可取得良好的效果。氩气保护钎焊时，为了保证去除不锈钢表面的氧化膜，可以采用气体钎剂，常用的有加BF3气体的氩气保护焊。采用含锂或硼等自钎剂钎料时，即使不

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锈钢表面有轻微的氧化，也能保证钎料铺展，从而提高钎焊质量。为了使钎料容易润湿，可以在不锈钢表面镀铜或镀镍，这时对保护气体的纯度要求可降低。

用银基钎料钎焊铁素体不锈钢，特别时1Cr17钢时，很容易引起界面腐蚀。这种腐蚀是由于钎料与母材电极电位的不同，在腐蚀介质（如潮湿空气、水等）的作用下所形成的电化学腐蚀，导致钎焊接头的破坏。为了防止这种现象的发生应采用含镍的钎料，如BAg50CuZnCdNi等。由于镍的作用，在钎缝与母材之间形成了明显的过渡层，电极电位的过渡比较平缓，接头的抗腐蚀性明显提高。

用银基钎料钎焊马氏体不锈钢时，必须考虑母材的热处理制度。对于淬火回火状态的马氏体不锈钢，如1Cr13、2Cr13等，钎焊温度应低于700℃，以免母材因加热温度过高而使母材发生软化。这时，应选择BAg40CuZnCdNi、BAg45CuZnCd、BAg50CuZnCd、BAg56CuZnSn、BAg50CuZnSnNi等钎料钎焊。

用银基钎料焊奥氏体不锈钢时，除了不含稳定剂的1Cr18Ni9不锈钢，因钎焊温度正处于它的敏化温度区域容易造成抗晶间腐蚀性下降外，对母材性能不产生不利的影响，因此选择余地较大。用银基钎料在保护气氛中钎焊奥氏体不锈钢应选用自钎剂钎料BAg72CuNiLi，钎料中的锂能保证钎料对不锈钢的润湿。在真空或保护气氛中钎焊不锈钢时应选用BAg72、BAg50Cu和BAg60CuZn等不含易挥发元素的钎料，同时为了保证钎料的润湿，母材表面应预先镀铜或镀镍。

纯铜钎料主要用于气体保护下钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢。真空钎焊时为了减少铜的挥发，于钎焊保温时间内充以部分氩气。保护气氛炉中钎焊或真空钎焊的钎焊温度为1120℃。保护气氛炉中钎焊时采用氢或分解氨作保护气体，气体露点应低于-40℃，以保证铜钎料的润湿。由于铜具有很好的流动性，接头间隙应控制在0～0.05mm范围内。铜钎料的高温抗氧化性差，不允许在400℃以上的温度下工作。

用黄铜钎焊不锈钢时母材有发生自裂的倾向，建议不用。

当银基钎料不能满足高温性能要求时，可用高温铜基钎料钎焊。用HlCuNi30-2-0.2钎料钎焊时温度高，将使不锈钢晶粒明显长大，如晶粒由焊前的7～8级变成钎焊后的3～4级。Cu69NiMnCoSiB钎料的钎焊温度比HlCuNi30-2-0.2钎料低得多，不会发生不锈钢晶粒长大现象。同时，Cu69NiMnCoSiB钎料向母材的晶间渗入深度小，最大为0.03mm;而HlCuNi30-2-0.2钎料最大为0.17mm，因此接头的疲劳强度高。高温铜基钎料可用火焰，感应加热等方法钎焊。

钎焊马氏体不锈钢使可采用Cu59MnCo、82.5Au-17.5Ni和Ag-21Cu-25Pd等钎料，因为这些钎料的钎焊温度越为1000℃，正好与大多数马使体不锈钢的淬火温度相匹配。用这些钎料钎焊的1Cr13不锈钢接头的抗剪强度列于表 Cu59MnCo钎料的性能比较好，并且它不含贵金属，经济性要好得多。Cu59MnCo钎料主要用于气体保护炉中钎焊。因含锰量高，在1000℃钎焊温度下要求保护气体的露点低于-52℃。钎料对母材的溶蚀小，可用来钎焊薄件。

锰基钎料目前主要用来钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢，其接头强度列于表 BMn70NiCr钎料用于不锈钢波纹板夹层的低真空钎焊。其它钎料尚可用于气体保护钎焊。根据抗氧化性试验，锰基钎料钎焊的工件可在500℃下长期工作。

镍基钎料是钎焊不锈钢时广泛使用的一类钎料，它具有良好的高温性能，价格也不是太贵。

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但镍基钎料钎焊不锈钢时重要特征之一是钎焊接头性能对接头间隙值极为敏感。

镍基钎料由于熔化温度的要求，常加入较多的硼、硅或镍等元素，使钎料含有相当多的脆性金属间化合物相。钎焊过程中，钎料中的硼、硅等元素向不锈钢扩散。当间隙很小时，钎缝中这些元素的量小，扩散距离又短，因此在钎焊时间内得以全部扩散掉，使钎缝组织变为铬在镍中的固溶体，因此接头的强度和延性都很好。反之，间隙较大时，钎缝中的硼、硅量较多，扩散距离也增大，这些元素来不及向母材全部扩散，因此钎缝留下连续的脆性化合物相，接头的强度和延性就下降。由于硼原子直径小，扩散速度比硅和磷快，所以，含硼的镍基钎料钎焊时，随着间隙增大，接头的强度和延性下降稍慢一些；而磷向母材不扩散，钎缝中的磷化物相即使在间隙很小的情况下也不消失，接头的强度和延性就很低了。

由于用镍基钎料钎焊的不锈钢接头内容易出现脆性相，所以有必要了解脆性相的出现于钎缝间隙、钎焊工艺参数和钎料品种之间的关系。如果能知道在一定的钎焊规范下钎缝不出现脆性相的最大间隙，对于设计和制造者来说都是很有意义的。我们把钎缝不出现脆性相的最大间隙称为 最大钎焊间隙。

总之，用镍基钎料钎焊不锈钢时，常出现脆性化合物，使接头性能变坏。因此，要求有较小的装配间隙，一般均在0.04㎜以下，有的甚至为零间隙，这就为零件的装配和制造带来困难，稍不留意就不能保证钎焊接头的质量。若提高钎焊温度或延长钎焊保温时间，均有利于增大最大钎焊间隙。但钎焊温度超过1100℃后，不锈钢晶粒将发生长大，母材性能变坏。为增大最大钎焊间隙，最常用的一种方法是钎后扩散处理，其温度为1000℃，此温度不会使母材性能恶化。图 是钎后扩散处理对不锈钢接头的最大间隙的影响。 （3）钎焊后处理

不锈钢钎焊后的主要工序是清理残余钎剂、残余阻流剂和进行热处理。非硬化不锈钢零件在还原性或惰性气氛炉中进行钎焊时，如果没有使用钎剂和没有必要清除阻流剂的话，则不必清理表面。

根据所采用的钎剂和钎焊方法，残余钎剂的清除可以用水冲洗、机械清理或化学清理。如果采用研磨剂来清洗钎剂或钎焊接头附近加热区域的氧化膜时，应使用砂子或其他非金属细颗粒。不能使用不锈钢以外的其它金属颗粒，以免引起锈斑或点状腐蚀。

马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢制造的零件，钎焊后需要按材料的特殊要求进行热处理。 用镍铬硼和镍铬硅钎料钎焊不锈钢时，常常进行钎后扩散处理。扩散处理不但能增大最大钎缝间隙，而且能改善钎焊接头组织。

2． 5高温合金的钎焊

高温合金是在高温下具有较好的力学性能、抗氧化性和抗腐蚀性的合金。这类合金可分为镍基、铁基和钴基三类；在钎焊结构中用得最多的是镍基合金。镍基合金按强化方式分为固溶强化、实效沉淀强化和氧化物弥散强化三类。固溶强化镍基合金为面心立方点阵的固溶相，通过添加铬、钴、钨、钼、铝、钛、铌等元素提高原子间结合力，产生点阵畸变，降低堆垛层错能，阻止位错运动，提高再结晶温度来强化固溶体。沉淀强化镍基合金钢是在固溶强化的基础上添加较多的铝、

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钛、铌、钽等元素而形成的。这些元素除形成强化固溶体外，还与镍形成Ni3(Al、Ti)γ’或Ni3(NbAlTi)γ”金属间化合物相；同时钨、铜、硼等元素与碳形成各种碳化物。TD-Ni和TD-NiCr合金是在镍或镍铬基体中加入2%左右弥散分布的ThO2颗粒，产生弥散强化效果的新型室温合金。 2．5．1钎焊性 （1） 表面氧化

高温合金均含有较多的铬，加热时表面形成稳定的Cr2O3,比较难以去除；此外镍基高温合金均含铝和钛，尤其是沉淀强化高温合金和铸造合金的铝和钛含量更高。铝和钛对氧的亲和力比铬大得多，加热时极易氧化。因此，如何防止或减少镍基高温合金加热时的氧化以及去除其氧化膜是镍基高温合金钎焊时的首要任务。镍基高温合金钎焊时不建议用钎剂来去除氧化物，尤其是在高的钎焊温度下，因为钎剂中的硼砂或硼酸在钎焊温度下与母材起反应，降低母材表面的熔化温度，促使钎剂覆盖处的母材产生熔蚀；并且硼砂或硼酸与母材发生反应后析出的硼可能渗入母材，造成晶间渗入。对薄的工件来说是很不利的。所以镍基高温合金一般都在保护气氛，尤其是在真空中钎焊。母材表面氧化物的形成与去除与保护气氛的纯度以及真空度密切相关。对于含铝和钛低的合金，热态真空度不应低于10-2Pa；对于含铝钛较高的合金，表面氧化物的去除不仅与真空度有关，而且还与加热温度有关。 （2） 钎焊热循环的影响

无论是固溶强化，还是沉淀强化的镍基高温合金，都必须将其合金元素及其化合物充分固溶于基体内，才能取得良好的高温性能。沉淀强化合金固溶处理后还必须进行时效处理，已达到弥散强化的目的。因此钎焊热循环应尽可能与合金的热处理相匹配，即钎焊温度尽量与热处理的加热温度相一致，以保证合金元素的充分溶解。钎焊温度过低不能使合金元素完全溶解；钎焊温度过高将使母材的晶粒长大，均不利于母材性能。由于钎焊温度过高导致晶粒长大后，即使经过焊后热处理也不能恢复其性能这是在选择钎料和制定钎焊规范时必须考虑的。铸造镍基合金的固溶处理温度都较高，并且晶粒不易长大，一般不会发生因钎焊温度过高而影响其性能的问题。 （3） 一些镍基高温合金，特别是沉淀强化合金有应力开裂的倾向。钎焊前必须充分

去除加工过程中形成的应力，钎焊时应尽量减小热应力，使应力开裂的可能性降低到最低限度。 2．5．2钎料

高温合金通常在恶劣的条件下工作，选用钎料时首先应满足工作条件的要求，也要考虑钎焊加热对母材本身性能的影响以及钎焊接头是否能经受随后的热处理过程。 （1）银基钎料

当工件工作的温度不高时可采用银基钎料。用银基钎料钎焊固溶强化镍基合金时，钎焊的温度对母材性能不起任何影响，可以选用的钎料种类比较多，但从应力开裂的角度出发，以采用熔化温度低的钎料为宜，以减小钎焊加热时形成的内应力。

用银基钎料钎焊沉淀强化镍基合金时，所选用的钎料的钎焊温度不应超过母材的时效强化温度，以免母材发生过时效而降低其性能。另外也可以先将合金固溶处理，再采用熔化温度稍高的钎料，在高于合金的时效温度下钎焊，然后进行时效处理，钎焊件就不会在时效加热过程中因钎料的熔化而发生错位。

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（2）纯铜钎料

用纯铜作钎料时均在保护气氛和真空下钎焊，钎焊温度为1100～1150℃。在该温度下零件的内应力已被消除。又因零件整体加热，热应力小，焊件不会产生应力开裂现象。铜在高温合金上的流动性差，钎料应放在紧靠接头的地方。铜的抗氧化性差，工作温度不能超过400℃。 （3）镍基钎料

镍基钎料是高温合金最常用的钎料，因镍基钎料具有最好的高温性能，钎焊时也不会发生应力开裂，用于高温合金钎焊的镍基钎料列于表2-10 其中BNi74CrSiB、BNi75CrSiB、BNi82CrSiB、BNi92SiB、BNi93SiB和BNi71CrSi在前文不锈钢钎焊中已有较详细的介绍。

BNi68CrWB钎料同Ni-Cr-Si-B钎料相比，它的特点是含ω（B）量降低到2.5%，含ω（W）量高达12%。钎料含硼量的降低可减少硼对母材的晶间渗入，即减弱钎料同母材的反应；钎料中的钨可强化钎料，提高钎料的高温强度。由于硼含量的降低和钨的加入，钎料的熔化温度间隔增大，流动性变差，可填满宽达200μm的间隙，是钎焊高温工作的部件和涡轮叶片补钎时常用的钎料。170钎料的含ω（W）量更高达16%，钎料的液相线也提高到1160℃，钎料的流动性进一步将低，能够填充宽达400μm的间隙。这两种含钨的钎料特别适用于在高温下工作的工件，间隙不易控制或者间隙较大的接头，也适用于钎焊铸造镍基高温合金。

表2-10

化学成分（质量分数）（%） 钎料 Cr BNi74CrSiB BNi75CrSiB BNi82CrSiB BNi92SiB BNi93SiB BNi68CrWB BNi71CrSi 150 160 170 180 200 BCoL 13~15 13~15 6~8 - - 9.5~10.5 18.5~19.5 15.0 10.0 11.5 5.0 7.0 18~20 B 2.75~3.50 2.75~3.50 2.75~3.50 2.75~3.50 1.5~2.2 2.2~2.8 - 3.5 2.0 2.5 1.0 3.2 0.7~0.9 Si 4~5 4~5 4~5 4~5 3~4 3~4 9.75~10.5 - 2.5 3.25 3.50 3.00 1.0 Fe 4~5 4~5 2.5~3.5 0.5 1.5 2~3 - - 2.5 3.75 3.50 3.00 1.0 C 0.6~0.9 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.10 0.10 0.45 0.55 0.25 0.10 0.35~0.45 W - - - - - 11.5~12.5 - - - 16 - 6 3.5~4.5 /℃ 975~1038 975~1075 970~1000 980~1010 980~1135 970~1095 1080~1135 1055~105 970~1160 970~1160 970~1180 975~1040 1121~1149 1065~1205 1075~1205 1010~1175 1010~1175 1150~1203 1150~1200 1150~1205 1065~1200 1150~1200 1150~1200 1175~1230 1065~1175 1149~1232 熔化温度钎焊温度/℃

150钎料为镍铬硼共晶合金成分，它的脆性比镍铬硼硅钎料低。为了使钎焊接头具有良好的加工性能，建议在高于钎焊熔点100℃的温度下钎焊。

160钎料的含硼硅量比较低，因此钎料的硬度较低，钎焊接头的加工性能得到改善。但钎料

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的结晶温度间隔增大，流动性差，可用此钎料钎焊比较宽的间隙，同时可形成较大的钎缝圆角。

180钎料的含ω(B)量很低，只有1%，使钎料同母材的反应减弱，即硼的晶间渗入进一步减少，但钎料的结晶间隙也变得很大，是镍基钎料中熔化温度间隔最大的一种。它的流动性差，可以填充宽达650μm的间隙，特别适用于钎焊间隙大或者不等间隙的工件，同时形成较大的钎缝圆角。

200钎料是在BNi82CrSiB钎料的基体上加入6%ω(W)，钎料的液相线提高不多，但钎焊接头比用BNi82CrSiB钎料钎焊的具有更好的高温持久强度。

BCo1是钴基钎料，具有特别好的高温性能，可钎焊工作温度高达1040℃，甚至1150℃的部件。

2．5．3钎焊工艺 （1）钎焊前的清理

镍剂高温合金钎焊前的清理是保证钎焊质量和接头在高温使用的重要环节。清理的目的在于清除表面的氧化物、油脂、污物、或其它外来杂质，消除焊件在高温时受低熔点元素，尤其是铅和硫的影响。镍剂高温合金表面的油污用温热的肥皂水可清除。矿物油和润滑脂可用三氯乙烯或其它有机溶液去除。高温合金表面的氧化膜是比较坚韧的，用钢丝刷很难清除它们，可用金刚砂布或研磨加以去除。

用镍基钎料钎焊高温合金时，间隙的大小直接影响到接头的强度和塑性。间隙很小时，可以得到均一的固溶体组织，接头强度和塑性都比较好。因此，焊件的装配间隙应在0.05㎜以下。 （2）钎焊技术

镍基高温合金绝大部分是在真空或保护气氛炉中钎焊的。使用保护气氛炉中钎焊时对气体纯度要求很高，使用氩气或氢气作为保护气体时，要求其露点低于-℃。对于铝、钛含量小于0.5%的高温合金，这样高的气体纯度已经足够了。对于焊铝、钛较高的高温合金，很难去除工件表面的氧化膜，此时可用Ar+BF3的混合气体。

高温合金的真空钎焊可获得最好的质量，特别是钎焊焊Al、Ti量高的高温合金，当真空度为65MPa～13 MPa时，可以得到光亮的表面，钎料铺展性很好。用镍基钎料钎焊高温合金时，会发生母材向钎料的溶解。溶解强弱视钎焊温度、钎料数量及钎焊时间而定。尤其使用含硼钎料钎焊时，母材的溶解更显著，必须控制钎焊温度、钎料数量及钎焊时间等，以免引起溶蚀、溶穿等缺陷。

（3）钎焊后处理

在真空气氛及适宜的气保护气氛中钎焊出来的高温合金件，通常不必进行钎后处理。但如果发生了氧化，要对组件进行酸洗处理。对于工作在高温或腐蚀介质中的焊件，如果在钎焊时用了钎剂，则要清除钎剂的残渣。钎焊能时效硬化的镍及合金，可于钎焊后进行时效处理，这种合金所需的钎料的熔化温度一定要高于基体金属时效处理的温度。 2．6铸铁的钎焊

铸铁包括白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。在应用中，常要求将灰铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁的本身或与异种金属相连接，而白口铸铁则很少使用钎焊。

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2．6．1钎焊特点

在铸铁中存在的石墨状态的碳很难被钎料所润湿，妨碍优质的冶金结合。这就给灰铸铁的钎焊带来了困难，而对可锻铸铁和球墨铸铁影响比较小。凡遇到润湿困难的场合，在钎焊前就应该清理工件表面的石墨。当灰铸铁、可锻铸铁或球墨铸铁被加热到临界（相变）温度以上时，正常存在的组织开始转变成奥氏体。若冷速过快，就要转变为马氏体，或者转变成含有网状渗碳体的细微珠光体组织，使热影响区性能变坏。因此钎后应缓冷。它们的临界温度随成分而异，并且随硅含量的增加而逐步升高。在球墨铸铁和可锻铸铁的钎焊中，若温度高于760℃，金相组织可能受到损害，所以钎焊温度应在该温度以下进行。 2．6．2钎料和钎剂

任何适用于铁或钢的钎料均能用于铸铁的钎焊。然而，更宜采用的是熔点较低的银基钎料，含镍的银基钎料对铸铁具有较大的亲和性，因而可获得强度较高的接头。铜和铜锌钎料也可以使用，但因它们的温度范围较大，使用时必须十分小心。含磷的铜基钎料不适于铸铁，这是因为生成脆性的铁磷化合物而使接头变得很脆。 2．6．3钎焊工艺 （1）钎焊前准备

铸件的表皮常含有砂子、油垢等杂物，钎焊前应将其清除。对于油污，可采用有机溶剂擦洗的方法，而夹杂可采用机械的方法，如锉刀及钢丝刷清理等，来清除掉。为了保证获得均匀的接头间隙，通常要求用机器或锉刀来加工铸件表面。接头间隙应根据应用条件来确定，应考虑到待焊金属的热膨胀系数、加热方法和钎料的类型等。推荐的接头间隙为0.05～0.13mm，最大的间隙为0.25mm。 （2）钎焊技术

所有常规的钎焊方法都适用于铸铁的钎焊，具体的方法选择取决于工件的结构形状和尺寸。由于铸铁表面有SiO2，在保护气氛中钎焊效果不好，故一般都使用钎剂。铸铁的钎焊过程与碳钢基本一致。 （3）钎焊后处理

铸铁件硬钎焊后应有一定时间的保温，使接头质量得到提高。钎焊快速冷却不仅会使母材得到不良的金属组织，还会导致钎缝或母材的开裂。因此，在钎焊后应缓慢冷却。钎后过剩的钎剂及残渣一般用温水冲洗即可清除。如难以去处，则可先用10%的硫酸溶液或5%～10%的磷酸水溶液清洗，而后再用清水洗净。

2．7钛及其合金的钎焊

纯钛是一种银白色的金属，它有两种晶体结构，828℃以上为体心立方结构，称为β钛，低于此温度为密排六方结构，成为α钛，随钛中合金元素与杂质含量不同，同素异晶转变温度也不同。

钛是化学活性极高的金属，在高温能同O、N、S、C、卤族元素等发生强烈反应而受污染。

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钛在室温和550℃以下的空气中能形成致密的氧化膜，防止基体继续氧化，并有较高的稳定性，故纯钛可在500～550℃长期工作。但温度高于600℃，氧能迅速透过氧化膜继续氧化。钛在氮气中加热即可燃烧，在室温下还能大量吸收氢气，特别是在550℃以上吸气能力更为强烈。纯钛在大多数介质中，特别是在中性、氧化性和海水等介质中有极高的抗蚀性。在海水中的抗蚀性比铝、不锈钢和镍合金还高。HF、H2SO4、HCl、正磷酸和某些热的有机酸对钛的腐蚀作用较强，特别是HF，不管浓度或温度高低，均有很强的腐蚀作用。因此，HF是钛及其合金金相试样常用的腐蚀剂，也是酸洗液的主要成分。但钛对各种浓度的HNO3和铬酸稳定性极高，在碱溶液和大多数有机酸及化合物中也很耐蚀。纯钛的特点是不发生局部和晶界腐蚀现象，只发生均匀腐蚀，抗腐蚀疲劳性能也较好，但某些钛合金却有明显的缝隙腐蚀现象。

按生产工艺可将钛合金分为变形钛合金、铸造钛合金和粉末钛合金；按性能和用途可分为结构钛合金、耐热钛合金、耐蚀钛合金、低温钛合金等。我国现行标准按钛合金退火状态的室温平衡组织将钛合金分为α钛合金、β钛合金和α+β钛合金三类，分别用TA、TB和TC表示。

2．7．1钛及其合金的钎焊特点

（1）表面氧化物稳定 钛及其合金对氧亲和力很大，具有强烈氧化倾向，从而在其表面生成一层坚韧稳定的氧化膜。钎焊前必须经过非常仔细的清理来充分去除这层氧化膜，并且直到钎焊完成都要保持这种清洁状态。

（2）具有强烈的吸气倾向 钛及其合金在加热过程中会吸收氧、氢和氮，吸气的结果使合金的塑性、韧性急剧下降，所以钎焊必须在真空或干燥的惰性气氛保护下进行。

（3）组织和性能的变化 纯钛和α型钛合金不能进行热处理强化，因此钎焊工序对它们的性能影响很小。但当加热温度接近或超过α→β转变温度，β相的晶粒尺寸会急剧增大，组织显著粗化，随后在冷却速度较快的情况下形成针状α

‘

相组织，使钛的塑性下降。β型钛合金，当为退火状

态时，它们不受钎焊的影响。但是当为热处理状态或以后要热处理时，则钎焊温度可能对它们的性能产生很大的影响。当在固溶处理温度下钎焊时，可获得最佳韧性，随着钎焊温度的升高，母材的韧性会降低。α+β型钛合金的力学性能可由于热处理和显微组织的变化而改变。锻造的α+β型钛合金一般制成等轴细晶的双相组织以获得最高的韧性。为保持这种显微组织，钎焊温度不宜超过β相的转变温度，通常低40～65℃。β相转变温度视具体钛合金成分而定，大约可在900～1038℃范围内变化，钎焊温度越低，对基体金属性能的影响越小。通常α+β型钛合金可在退火固溶处理和时效状态使用，如果钎焊后要求退火，有三种方案可供选择：1）退火后在退火温度或低于退火温度下钎焊；2）在退火温度以上的温度钎焊，并在钎焊热循环中采取分段冷却工序，从而获得退火组织；3）在退火温度以上的温度钎焊，然后进行退火处理。 大多数工业供应的钎料流动温度都超过钛合金的退火温度，因此后两个方案应用最为普遍。

（4）形成脆性化合物 钛可同大多数的熔化钎料发生合金反应，其结果一方面促进了钎料在基体上的润湿铺展，另一方面也会产生合金化现象，导致对机体的溶蚀或在接头中形成脆性金属间化合物。因此用于钎焊其它金属的钎料基本上都不适用于钎焊钛及其合金，是钎料的选择存在一些困难。对此解决方法有两个：一是研究一种只与钛金属起轻微合金化的钎料；二是选择合适的钎

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焊热循环，钎料与钛基体合金化反应程度。 2．7．2钎料

钎焊钛及钛合金的硬钎料有很多种，可分为银基、钯基、铝基、钛基或钛锆基四大类。 （1）银基钎料

银基钎料是最早使用的钎焊钛及钛合金的钎料系，主要用于使用温度较低的构件，有纯Ag、Ag-Cu、Ag-Li、Ag-Mn、Ag-Cu-Ni、Ag-Al、Ag-Pd-Ga等合金系。如表2-11所示。

表2-11

熔化温度 分类 牌号 主要成分（质量分数）（%） /℃ 纯Ag Ag Ag 960 /℃ 970 σb=196~392(Ti+Ti) τ=123 (Ti+Ti) Ag92Cu Ag85Cu BAg72Cu Ag-Cu系 BAg72CuLi Ag-28Cu-0.2Li 766 790 τ=100~117 (TC4+TC4) τ=191 (Ti+Ti) Ag92Cu7.5Li Ag-Li系 Ag97Li Ag77Cu20Ni Ag-Cu-Ni系 Ag77.8Cu20Ni2Li Ag77.6Cu20Ni2Li Ag-Mn系 Ag85Mn Ag-20Cu-2Ni-0.2Li Ag-20Cu-2Ni-0.4Li Ag-15Mn 960~971 920 920 980 τ=137 τ=97.8 BAg95Al Ag-5Al 780~850 900 τ=148~162 τ=143(Ti+Ti) Ag-Al系 Ag94.5Al5Mn τ=145 Ag88Al12Mn Ag65Al30Cu Ag-12Al-0.2Mn Ag-30Al-5Cu - - 732~794 680 760~850 τ=206 τ=470 τ=50~60 Ag-5Al-0.5Mn 780~825 840~903 τ=166 Ag-7.5Cu-0.2Li Ag-3Cu Ag-20Cu-3Ni 779~881 660 779~820 920~950 τ=99~117 (TC4+TC4) 800 820~880 τ=110 (Ti+钢) τ=133~207(Ti+Ti) τ=277~308(Ti+Ti) τ=178.5 τ=160 (Ti+Ti) τ=112 (Ti+Ti) Ag-28Cu 779 780~850 τ=130 (Ti+钢) τ=94~158(TA7+TA7) Ag-8Cu Ag-15Cu 830~0 779~840 950 τ=117 (Ti+钢) 920（1min） τ=370 (Ti+Ti) τ=125 (Ti+Ti) /Mpa τ=110, 钎焊温度 接头强度 53

Ag-Cu-Sn系 BAg60CuSn Ag-30Cu-10Sn 590~720 τ=60~100 τ=65 τ=107 τ=60~130 Ag-Cu-Zn系 Ag80Cu16Zn - Ag-16Cu-4Zn 840 τ=87~118 τ=87~126 Ag68Cu22.5Pd Ag69Cu26.5Pd Ag-Cu-Pd系 Ag52Cu28.Pd Ag-Ga-Pd系 Ag-Cu-In系 Ag82Ga9Pd Ag50Cu25In Ag-28Cu-20Pd Ag-28Cu-20Pd Ag-25Cu-25In - - - 910 900~913 700 σb=470（TC4+TC4） - - τ=370 Ag-26.5Cu-5Pd 805~810 850~920 - Ag-22.5Cu-10Pd 830~860 880~950 τ=240、σb=457 τ=69~86

1）Ag钎料 Ti和Ag有较大的固溶度，Ag在Ti中最大的固溶度达14.5%，形成的金属间化合物TiAg、Ti3Ag具有有序的面心正方结构，不太硬且具有一定的韧性，这是用纯Ag作钎料的依据。但由于Ag本身硬度低，线膨胀系数与Ti相比差别很大，接头在应力作用下易产生裂纹，耐蚀性和抗氧化性也较差。其接头的强度比Ag-Cu系钎料钎焊接头强度低的多，因此通常钎焊钛及钛合金使用较多的是加入Cu、Li、Mn、Zn、Sn、Ni、Pd等合金元素的银基钎料。

2）Ag-Cu系钎料 Ag-Cu系钎料用于钎焊钛合金时，随着钎料中Cu含量的增加，钎料对钛的润湿性下降，这可以通过在Ag-Cu钎料中再加入0.2%～0.5%的ω（Li）加以改善，但Li的加入同时也促使了钎料与钛合金化程度的增加。钎焊接头组织，中心部位几乎使纯Ag,靠近母材的地方，由于钎料中的Cu向钛中优先扩散溶解以及冷却过程析相变的结果，形成了一较宽的、由针状相组成的过渡层。另外，Ag-Cu系钎料钎焊接头的耐腐蚀性也较差。

3）Ag-Li系钎料 Li能大大降低钎料的熔点，并具有强烈的还原作用，因此加入Li的银基钎料能有效的排除Ti表面的氧化物、氮化物及赃物的不良影响，具有自钎剂的作用，适合于保护气氛中钎焊钛及钛合金，而在真空中由于Li的蒸发，起不到添加Li的作用，同时会对真空炉造成污染。

4）Ag-Cu-Ni系钎料 Ag-Cu钎料中当Cu含量超过15%时会形成脆性金属间化合物，使接头性能降低。但在Ag-Cu钎料中加入Ni，再加入少量的Li，钎焊接头的强度和韧性明显上升。 5）Ag-Mn系钎料 Ag85Mn主要作为高温钎料使用。Mn的加入没有降低熔点的作用，主要是为了改善钎料的润湿性和提高接头强度。用这种钎料在真空中高温钎焊时，由于Mn、Ag蒸气压较高，蒸气会阻碍钎料的流动而易产生钎焊缺陷，因此最好在保护气氛中进行。

6）Ag-Al系钎料 与Ag-Cu、Ag-Li系钎料相比，Ag-Al系钎料与钛的合金反应最弱，且具有优良的抗高温氧化和抗盐雾腐蚀性能。为了进一步降低钎料的熔点，人们在Ag-30Al共晶的基础上

又添加了5%ω（Cu）形成Ag65Al30Cu钎料。这种钎料的特点是钎焊接头强度高，接头强度对钎缝间隙的变化不敏感。而且这种钎料填充能力极强，可直接填满0.05mm间隙而不会产生缺陷和缩孔。缺点时钎焊接头的韧性和抗腐蚀性比较差。

7）Ag-Ga-Pd系钎料 Ag-9Ga-9Pd(Ag82Ga9Pd)钎料是一种能填充大间隙的优良钎料，它发生流动的温度范围为900～913℃，可制成薄板或丝的形式使用。用其钎焊的接头在飞机高压液压系统中显示出很高的持久强度、疲劳强度、抗氧化和耐蚀性能。

8）Ag-Cu-In系钎料 Ag50Cu25In是另一种可以在700℃及其以下钎焊钛合金的钎料，钎焊TC4接头的抗拉强度和抗剪强度分别为470和370Mpa。

(2)钯基钎料

钯基钎料主要是为了获得良好的高温强度的钛合金接头而开发的，目前主要有Pd-60Mn-10和CoPd-50Ni-10Co两种。这两种钎料在钛合金表面上具有良好的润湿性和铺展能力。真空钎焊的0.1mm间隙TC4接头组织良好，无裂纹、空洞和夹杂物，室温和800℃抗拉强度对Pd-Mn-Co钎料（规范1165℃/5min）分别为682Mpa和102Mpa；对Pd-Ni-Co钎料(规范1260℃/5min)分别为531Mpa和104Mpa。

（3）铝基钎料

1铝基钎料钎焊温度1）铝基钎料非常适宜于钎焊钛合金散热器、钛蜂窝和层板结构，这是因为：○

低，远低于β钛合金转变温度，基体不会软化，对固溶时效状态钛合金只要钎焊温度选择合适可以保持其性能不变；同时大大简化了钎焊夹具材料和结构的选择，提高了其寿命。

2与钛基体相互作用小，无明显溶蚀和扩散，钛不易被钎料饱和而形成脆性的金属间化合物。○ 3铝基钎料价格便宜，市场来源广，易于加工成箔、粉、丝、膏、包覆板等形式。 ○

2）钎焊接头耐蚀性优于银基钎料。 (3)钛基钎料

用钛合金钎焊钛很久以前就开始研究，最初一般选用与钛形成低熔共晶的Cu、Ni作为降低熔化温度的元素，但已知的Ti-Cu-Ni钎料熔点仍偏高，需在960℃以上进行钎焊，因此必须加入另外其它的合金元素，以获得具有更低熔点的钛基合金钎料。Zr与Ti无限固溶，加入钛中不会产生脆性相，允许加入量较多，是钛合金的主要强化元素之一，可以在不显著降低钛合金塑性的情况下提高合金强度，同时在含50%ω（Zr）时熔点出现一个极小值，比钛熔点降低100℃左右；其次Zr在钛合金中呈中性，对α/β转变温度影响很小；另外Zr可与Cu、Ni形成共晶，可获得低熔点的Ti-Zr-Cu-Ni系合金，因此Zr也是钛基钎料的主要加入元素。Be可与钛形成有限固溶体及化合物，少量加入也可使钎料熔点有所降低。其它元素虽然也有类似作用，但效果均不及以上几种元素好，因此近几年来研究开发的钛基钎料均是Ti或Ti-Zr和Ni、(4)Cu、Be组成的低熔点共晶合金。

与银基、铝基钎料相比，钛基钎料钎焊接头强度更高，耐蚀性和耐热性更好，在盐雾环境、和硫酸中尤为优良。但由于这类钎料中基本上都含有与钛具有强烈作用的Cu、Ni元素，钎焊时会快速扩散到基体金属中与钛反应，造成对基体的熔蚀和形成脆性的扩散层，因此不利于薄壁结构的钎焊。对此解决途径有两条：一是严格控制钎焊温度和时间，使钎料与基体金属的反应和

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溶蚀保持在可接受的范围之内；二是采用不含Cu、Ni的钛基钎料，如Ti48Zr48Be，该钎料不仅具有良好的流动性，而且在940℃，2～20min范围内钎焊纯钛和TA7时，对基体无明显溶蚀。 2．7．3钎焊工艺

（1）钎焊钎清理和表面准备

钛及钛合金在受热状态下极易与氧、氮、氢以及含有上述气体的物质发生反应，从而在其表面生成一层以氧化物为主的表面层，钎焊时会阻止钎焊的流动润湿，因此钎焊前必须将其去处。清理方法主要有几种：

1）表面除油 表面除油方法有两种：一种是使用非氯化物的溶剂，例如丙酮、丁酮、汽油和酒精进行整体或局部擦洗除油，最好采用超声波清晰。已知甲醇能引起应力腐蚀，应避免使用；另一种使用上述方法除油后，再用化学清洗剂作进一步除油。

2）化学清理 化学清理目的是去除表面氧化膜。对热轧后已进行过酸洗处理的钛板，若由于放置时间较长而又形成新的氧化薄膜时，可按下列配方清理：在2%～5%HF+20%～45%HNO3+H2O溶液中浸泡15～20分钟（室温）,然后用清水冲洗干净后晾干。热轧后尚未经过酸洗处理的钛板或氧化膜很厚时，应先进行碱洗，即在温度40～50℃、含氢氧化钠80%和碳酸氢钠20%的浓碱溶液中浸蚀10～15分钟，取出后接着进行酸洗。酸洗的配方有：1）每升溶液中含55～60ml、盐酸340～350ml、氢氟酸5ml、余量为水。酸洗规范为室温/10～15分钟。2）每升溶液中含55～60ml、盐酸200～250ml、氟化钠50g、余量为水。酸洗规范为60～70℃/10～15分钟。钎焊件从上述溶液取出后，先后用热水、冷水冲下后晾干。

3）机械清理 对于化学清理有困难的钎焊件，可用细砂纸或不锈钢丝刷打磨清理，也可用硬质合金刮刀刮削待焊表面，当刮削深度达0.025mm时，氧化膜基本上被刮除。焊件清理后应尽快进行钎焊，若不能马上钎焊，要严格保持其清洁，避免污染。 （2）钎焊技术

钛是活性强的金属，在加热时不允许接头表面同空气接触，所以选择合适的钎焊工艺是很重要的。使用惰性气体或真空的感应钎焊和炉中钎焊能取得良好的结果，火焰钎焊则难于适应，必须采用特殊的技术和安全预防措施。

小型对称零件使用感应钎焊效果非常好，因为感应加热速度很快，能使钎料与基体金属之间的反应减至最小程度。而对于大型精密复杂的组件，则采用炉中钎焊比较有利，因为在整个加热和冷却过程中，炉温均匀性容易控制。目前，钛组件的钎焊通常都在高真空的冷壁炉中进行的。此外，为保证可靠的生产流程和获得质量一致的钎焊件，对炉中的钎焊设备和钎焊夹具的选择还应有以下几点特殊要求：1）最好选择加热元件为Ni-Cr、W、Mo、Ta的钎焊设备，避免使用以裸露石墨为加热元件的设备，因为石墨加热炉中富碳气氛有可能对钛造成污染及使真空气氛中的氧压增加。2）用于钛钎焊的设备最好专用或至少在一段时间内专用，以避免一些其它无关材料对钛基体的污染及对钎焊过程产生不利影响。3）钎焊夹具材料的选择既要考虑到其本身在钎焊温度下的强度保持能力、与钛合金热膨胀的匹配性，又要防止其与基体金属发生反应破坏钎焊件，高温钎焊时对此尤为注意。

在真空或氩气中钎焊时，可以采用高频加热、炉中加热等方法。加热速度快，保温时间短，

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界面区的化合物较薄，接头性能较好。因此，必须控制钎焊温度和保温时间，使钎料流满间隙即可。钎焊钛及其合金时，经常在界面上或钎缝内形成脆性化合物相，降低钎焊接头的性能。为此，可用扩散钎焊的方法来改善钎焊接头的性能。钎焊时，在钛合金之间分别放上50μm厚的铜箔、镍箔或银箔，依靠钛与这些金属的接触反应，分别形成Cu-Ti、Ni-Ti、Ag-Ti共晶。然后再把这些脆性金属间化合物扩散掉，在一定温度和一定时间下扩散钎焊的接头具有相当好的性能。扩散钎焊只有在钎缝很小（0.03～0.05㎜）的情况下，才能保证钎焊接头强度。当间隙为0.02㎜时，接头强度最高。间隙过大，钎缝中的脆性化合物相无法消除。关于α+β钛合金，可以在退火、或固溶处理、或时效状态下使用。如果钎焊后要求退火，则有三种方案可供选择：1退火后在退火温度或低于退火温度下钎焊；2在退火温度以上的温度钎焊，并在钎焊循环中采取分段冷却工序，从而获得退火组织；3在退火温度以上的温度钎焊，然后进行退火处理。

2．8硬质合金的钎焊

硬质合金是以高硬度的难熔金属的碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC和VC等）为基体加入粘结金属（Co、Ni、Mo、Fe等），通过粉末冶金方法制成的合金材料。它具有极高的硬度和耐磨损性能，特别是在高温下，仍能保持其高硬度，是现代工业中十分重要的工具材料。但它的塑性和冲击韧性较差，因此，绝大多数硬质合金工具均采用将小块硬质合金作为镶嵌件。 目前硬质合金的品种繁多，我国生产的常用硬质合金主要有以下几类：

1） 钨钴类：这类硬质合金以WC为主，加入钴为粘结金属。冶金部标准代号为YG，如YG3，

YG6。

2） 钨钛钴类：这类硬质合金除WC、TiC外，还加有少量TaC(NbC),其代号为YT，如YT30，YT5。 3） 钨钛钽（铌）钴类：合金中除WC、TiC外，还加有少量TaC(NbC),其代号为YW，如YW1，

YW2。

4） 碳化钛基硬质合金：这类硬质合金是以TiC为主要硬质相，而以NiMo为粘结金属，其代号为

YN,如YN10,YN05。

5） 钢结硬质合金，其代号为YE。这类硬质合金也是以WC或TiC为基，但是其粘结金属为高速

钢、不锈钢或高锰钢。这类硬质合金的硬度比钨钴类低，但具有很高的耐磨性、优良的可加工性和焊接性能，适合于制造大型复杂模具及耐磨损机械零件。

硬质合金的物理、力学性能与钢有较大差别。硬质合金是一种高密度材料，其密度在6.0～16.0g/cm3之间，视其成分和牌号而异。硬质合金的力学性能主要取决于其成分以及晶粒度。在钨钴类合金中，WC含量越高，其硬度也越高，但是其抗弯强度和冲击韧度则下降。在相同的WC-Co比例时，WC晶粒越细，其硬度和耐磨损性能也越高，但是其抗弯强度和冲击韧度则较差。 2．8．1硬质合金的钎焊性

硬质合金的钎焊性较差。由于其含碳量高，烧结后未经清理的表面层往往含有较多游离状态碳，妨碍钎料的润湿。碳化钨基硬质合金在400℃以上温度时，表面极易氧化。含有TiC或TiC(N) 基硬质合金的表面则往往存在坚固稳定的TiO2氧化膜，它们的钎焊性比钨基硬质合金更差。通过

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对钎焊表面仔细清理、喷砂、磨削和研磨抛光，可以改善硬质合金的润湿性能。对某些YT类硬质合金，则需要采用表面镀镍或铜等方法使其润湿性改善。硬质合金钎焊时易产生裂纹。这是由于硬质合金的线膨胀系数很低，一般仅为碳钢、合金工具钢等的1/2～1/3。当硬质合金与这类钢基体钎焊时，会在接头中产生很大热应力，若超过硬质合金的抗拉强度，便会导致硬质合金开裂。硬质合金对于钎焊裂纹的敏感性则与其成分和性能有关。一般说来，抗弯强度高而硬度较低的硬质合金对钎焊裂纹的敏感性较低。反之，则易产生钎焊裂纹。 2．8．2钎料

纯铜和铜基钎料时钎焊硬质合金使最常用的钎料。纯铜对于各种硬质合金均有良好润湿性，但需在氢还原气氛中钎焊方可得到最佳效果。纯铜的熔点为1082℃，钎焊温度应在1093～1149℃之间。纯铜钎料钎焊的接头抗剪强度约为150Mpa，接头塑性较高，但在温度高于320℃时，接头强度降低，故不适于在高温下工作。由于纯铜钎焊温度高，接头中的热应力大，裂纹倾向增大。

铜基钎料的熔化温度低于纯铜。常用于钎焊硬质合金的铜基钎料，大多是以铜锌合金为基，加入锰、镍等元素以提高其钎缝强度。

银基钎料大多可以用于钎焊硬质合金，但是最适于钎焊硬质合金的银基钎料是加有Zn、Mn、Ni等元素的银铜合金。这些元素可以改善钎料的润湿性，提高钎缝强度和接头工作温度。银基钎料的钎焊温度大都低于铜基钎料，对于防止钎焊裂纹有利。 2．8．3钎焊工艺 （1）钎焊前准备

硬质合金的热膨胀系数只有与它相钎焊的钢或其它基体金属的1/3或1/2左右，这就有可能造成硬质合金钎焊后的开裂。因此，这个因素在钎焊硬质合金接头的设计中必须加以考虑。

硬质合金表面在钎焊前应经喷砂处理，或用碳化硅或金刚砂轮打磨，以清除表面过多的碳，有利于钎焊时被钎料湿润。钎焊前还应对工件表面进行脱脂处理。有一些比较难以润湿的硬质合金，如碳化钛，有时还需电镀，或涂一层氧化铜或氧化镍配制的膏状物，然后放置在还原性气氛中烘烤，使铜和镍熔化到表面上去，这种表面很容易被钎料所润湿。 （2）钎焊技术

硬质合金常用火焰、感应、炉中（大气或保护气氛）、电阻、浸渍等方法钎焊。火焰钎焊设备简单，使用于小批生产。感应钎焊、炉中钎焊及电阻钎焊生产率高，质量稳定。采用保护气氛炉中钎焊，还可以避免钎焊时发生氧化。浸渍钎焊用于硬质合金钻探工具的生产，也是一种效率高，易于掌握的方法。

为了减少硬质合金刀片的钎焊应力和放置产生裂纹，可采用下列工艺措施：在钎焊中加塑性好的补偿垫片；加大钎缝间隙；用30CrMnSiA钢作刀体，因奥氏体变为马氏体氏时体积膨胀，可抵消部分收缩应力。当硬质合金块的长度超过76㎜时，有必要把硬质合金切成几段来钎焊，防止硬质合金的应力开裂。

2．9难熔金属的钎焊 2．9．1概述

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钨、钼、钽、铌的熔点都在2000℃以上，被称为难熔金属。它们都具有熔点高、热强度高、弹性模量高以及抗腐蚀性能优异的特点。四种金属都是体心立方结构，从整体性能来看可分为两类，钨、钼为一类，钽、铌为一类。钨、钼再结晶温度较低，越为1100℃±50℃，钎焊温度超过此温度，保温时间超过1分钟，就有明显的脆断现象发生。钨、钼硬度很高，机械加工很困难。钽、铌与钨、钼相比在室温下有良好的塑性，加工硬化也不明显，这一方面使钽、铌深度拉制较困难，另一方面还可在不经受中间退火的情况下加工成10μm以下的箔材，高温塑性也较好。 2．9．2钨的钎焊

钨的熔点比任何已知的金属都高，可达3410℃，能在2700℃的高温下可靠工作。钨在常温下有很高的强度和硬度，同时具有很大的脆性，只有在加热超过300～350℃以上才具有一定的塑性。

（1）钎焊的特点

钨和其它金属钎焊时，由于其热膨胀系数相差很大，钎焊比较困难。为了防止降低钨的强度和塑性，应在结晶温度以下进行钎焊。钨可以在所有保护气体和还原气体中进行钎焊，但最好的方法是真空钎焊。 （2）钎料的选择

一般来讲，凡温度低于3000℃的各种钎料均可用于钨的钎焊。对于低于900℃的使用构件的硬钎焊通常选用金基、锰基、镍基、钯基和钴基钎料；高于1000使用的零件，多采用纯金属铌、钽、镍、铂、钯、钼等钎焊。 （3）钎焊工艺

钎焊前要求特别仔细的清除零件表面的WO2(钨会在400～500℃范围内发生显著氧化)，采用机械打磨、喷砂、超声波清洗，也可进行化学清洗。

由于钨的固有脆性，在构件组装操作中应小心处理钨零件以免碰断。为防止形成脆性碳化钨，应避免钨与石墨直接接触。焊前加工或焊接产生的预应力，应在焊前予以消除。钨在温度高时极易氧化，钎焊时要求真空度足够高，在1000～1400℃的温度范围内进行钎焊时，其真空度一般不能低于8×10-3Pa。 2．9．3钼的钎焊

钼的熔点为2622℃，具有高的弹性模量，其强度于钢的强度大致相等，密度约为钨的一半，导热性能好。与钨相似，钼具有极好的高温性能，可制造在2000℃温度下工作的构件。但钼的高温抗氧化能力差，400℃开始氧化，600℃迅速形成MoO3。钼在大气中较高温度下工作时，需要镀层保护。 （1）钎焊特点

钎焊钼时，应解决氧化和高温下的晶粒长大问题。因此，应选用较高真空条件下或在仔细净化过的氩气保护下进行，并采用快速加热的方法。由于钼再结晶后强度和塑性显著下降，因此钎焊温度不应超过在结晶温度。钼与钴、铁、锰、钛、硅等元素易形成脆性化合物，使用含有这些元素的钎料时，为了防止金属间化合物的生成及改善钎料对钼的润湿性，可在钼上镀金属铜或铬。 （2）钎剂及钎料选择

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钎焊钨的钎料大多数都可以用与钼的钎焊。400～650℃之间工作的电子元器件及非结构件，可以使用Cu-Ag、Au-Ni、Pb-Ni、Cu-Ni等钎料。高温下工作的结构件可采用钛基或其它高熔点的纯金属钎料，表 所列的高温钎料主要用于钼的真空钎焊。应注意的是一般不推荐使用锰基、钴基和镍基钎料，以避免在钎缝中形成脆性金属间化合物。 （3）钎焊工艺

由于钼与氧的亲和力大，钎焊前一定要清除表面氧化物。在完成清理工序之后要立即进行钎焊，防止污染。脱脂处理、机械清理和化学处理可以有效的消除指痕和油脂；喷砂、液体研磨剂清洗和研磨可以清除简单零件的氧化膜。对于较厚的氧化膜，可用氢氧化钠（质量分数为70%）和亚钠熔盐，或钠和钾的混合溶液（质量分数为30%），在260～371℃清洗，可获得较好的效果。但应严格控制清洗时间，以免造成钼的腐蚀。

在钎焊接头装配时，应考虑钼的热膨胀系数小的特点，接头间隙选在0.05～0.13mm范围内为宜。火焰钎焊、受控气氛炉、真空炉感应加热炉和电阻加热设备都可以用来钎焊钼。钎焊加热超过在结晶温度，或由于钎料元素的扩散使再结晶温度降低，都会使钼发生再结晶。因此，钎焊温度接近再结晶温度时，钎焊时间越短越好；在钼的再结晶温度以上钎焊时，一定要控制钎焊时间和冷却速率，避免冷却过快引起开裂。 2．9．4钽和铌的钎焊

钽的熔点是2996℃，在常温下很容易加工。它的导热性是钼的1/4，线膨胀系数则比钼大1/3，高温强度则低于钨和钼。除热流酸溶液外，钽在大多数工业酸的混合介质中，耐腐蚀性非常好。纯钽的再结晶温度约为1204℃，这取决于冷作硬化程度。加入合金元素所形成的钽合金(60Ta-30Nb-10W)，可使再结晶温度上升到19℃；而通过加钛（75Ta-20Ti-5Al）则使再结晶温度下降到1010℃。铌的熔点为2468℃，在四种难熔金属中熔点最低，弹性模量、热导率、强度和密度也最低，但热膨胀系数则最高。铌的塑性-脆性转变温度为-102℃～157℃，有极好的塑性和加工性。纯铌的再结晶温度范围为982～1093℃，此温度随着合金元素的加入而增高。 （1）钎焊特点

钽和铌钎焊时，最突出的问题是防止氧、氮、氢的污染。由于它们在空气中加热时，从200℃就开始发生强烈的氧化，同时在加热时大量吸收氧、氮和氢气形成饱和气体层，导致金属变硬变脆。

（2）钎料选择

钽或铌构件在1000℃以下硬钎焊时，可以选用铜基、锰基、钴基、钛基、镍基、金基以极钯基钎料，其中Cu-Au、Au-Ni、Pb-Ni、Au-Ti、Pt-Au-Ni和Cu-Sn钎料对钽和铌的润湿性及钎缝成形性好，接头强度也比较高。由于银基钎料有使钎焊金属变脆的倾向，应尽可能避免使用。使用温度更高时，可选用含HF的钎料。 （3）钎焊工艺

钽可以用机械或化学方法进行焊前清理。首先将钽进行喷砂处理，然后浸入盐酸溶液中把铁粒溶解掉，最后用热Cr酸清洗液进行清洗，其效果十分良好。热苛性清洗液会腐蚀金属，不宜使用。铌的清洗方法和钽基本相同，二者如与空气或水蒸气接触，就会生成坚硬的氧化膜。防止的

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方法是在酸洗过的金属表面电镀一层铜或镍，然后把工件放在1204℃和1.33×10-1Pa压力下进行扩散处理，使电镀表面作为钎焊面实现钽或铌的钎焊。钽或铌构件最好在真空下进行钎焊，且真空度不低于1.33×10-2Pa。如果在惰性气体保护下进行钎焊，必须严格清除一氧化碳、氨、氮和二氧化碳等气体杂质。在空气中进行钎焊或电阻钎焊时，应采用特种钎料，配以合适的钎剂，为防止高温下钽或铌与氧接触，可在表面镀一层金属铜或镍，并进行相应的扩散退火处理。

2．10陶瓷材料的钎焊

陶瓷的种类非常多，目前常用的能与金属连接的陶瓷按其组成不同可分为氧化陶瓷和非氧化陶瓷两大类。氧化陶瓷包括氧化铝（Al2O3）、氧化锆(ZrO2)、氧化镁(MgO)、镁橄榄石(Mg2SiO4)、氧化铍（BeO）等。非氧化物陶瓷一般指由B、C、N、Al、Si等元素合成的碳化物氮化物硼化物和硅化物等难熔化合物。主要有氮化硅（Si3N4）、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)等,它们一般都具有耐高温、超硬度、抗磨损、高温强度高与抗热震等优良特性，是汽车、机械、冶金、宇航等部门开发新技术的关键材料。 2．10．1钎焊特点

陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属构件的连接比较困难，主要采用钎焊和扩散焊。传统的钎焊方法事先对陶瓷表面进行金属化预处理，使非金属陶瓷被连接部位变为金属表面，然后像金属钎焊一样进行连接。这种方法工艺复杂，费时耗资。近年来，陶瓷的直接钎焊技术发展很快，可使陶瓷构件的连接工艺变得比较简单，而且能满足高温环境下的使用要求。和金属与金属间的钎焊相比，陶瓷的连接主要有三大问题需要解决。1)润湿 大多数钎料在陶瓷接头上形成球状，很少或根本不产生润湿。其解决办法是在普通钎料的基础上添加活性金属元素制成活性钎料。2）界面脆性相 能够润湿陶瓷的钎料，钎焊时接合界面易形成多种脆性化合物（如碳化物、硅化物及三元或多元化合物），这些化合物的存在影响了接头的力学性能。3）残余应力 由于陶瓷、金属与钎料三者之间的热膨胀系数差异大，从钎焊温度冷却到室温后，接头会存在残余应力并有可能会引起接头开裂。此外，陶瓷材料的塑性与断裂韧性一般都比金属低，导热性能差，不能产生塑性变形，在较小的应力下就能产生裂纹。 2．10．2钎料

陶瓷与金属连接所用钎料除一般常规要求外，还有一些特殊要求。钎料中不宜含有高蒸气压元素，如Zn、Cd、Bi、Mg、Li等，以免引起构件漏电。一般规定钎料蒸气压不超过10-3Pa,所含高蒸气压杂质不大于0.002%～0.005%。钎料中含氧量不超过0.001%，以免在氢气中钎焊时产生水，引起熔融钎料金属飞溅。钎料表面不得有氧化物，并应将钎料加工过程中残存有机润滑油剂的杂质减至最低程度，以免当钎料熔化时在接头表面形成浮渣，造成钎料缝的“漏隙”。另外要求钎料要有良好的塑性，能最大限度的减少由陶瓷与金属线膨胀系数的差异而引起的热应力。常用于陶瓷与金属钎焊的钎料有钯系、金系、铜系、银系及活性钎料。 2．10．3钎焊工艺 用烧结金属粉末法连接陶瓷与金属，其工艺流程见图 （1） 零件的表面清洗和准备

清洗是为了除去母材表面的油污、汗迹和氧化膜等，清洗后的零件不得再与有油污的物体或

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手接触，应立即进入下道工序或放入干燥器内，不能长时间暴露于空气中。陶瓷件多用丙酮加超声清洗，再用流动水冲洗，最后用去离子水煮沸两次，每次煮沸15分钟，烘干后备用。金属零件和钎料先去油，在酸洗或碱洗去氧化膜，经流动水冲洗并烘干，对要求高的零件再进行“热清洗”，即在真空炉或氢炉中用适当的温度和时间进行热处理，已净化零件表面。 （2） 涂膏

这时陶瓷金属化的一个重要工序，膏剂多由纯金属粉末或添加适当的金属氧化物，这些粉末的粒度约1～5μm，用有机粘接剂调成一定粘度膏，涂敷时用毛笔或涂膏机等机械装置涂于需要金属化的陶瓷表面上，涂层厚度一般为30～60μm。金属化配方是陶瓷金属化的关键，对不同的陶瓷，金属化的配方是不同的。其重要成分是难熔金属粉，用的最多的是钼粉，其次是钨粉。为了改善难熔金属粉末与陶瓷的结合，还添加原子序数在22～28之间的金属，最常用的是锰、铁、钛粉。此外，还可以使用氢化钛或氢化锆。 （3） 陶瓷件金属化

将涂好膏的陶瓷件送入氢气炉中，用湿氢或裂化氨在1300～1500℃温度下烧结，并保温0.5～1小时。对于涂氢化物的陶瓷件，应加热到900℃左右，使氢化物分解，使纯金属或残留在陶瓷表面的钛（或锆）在陶瓷表面发生反应，继而在陶瓷表面上获得金属涂层。 （4） 镀镍

对于Mo-Mn金属化层，为了使其与钎料润湿，还必须电镀上的4～5μm镍层或涂一层镍粉，如果钎焊温度低于1000℃，则镍层还需在氢气炉中进行预烧结，烧结温度为1000℃，烧结时间为15～20min。 （5） 装配

处理好的陶瓷及金属件，用不锈钢、石墨或陶瓷模具装配成整体，在接缝处装上钎料，并在整个操作过程中保持工件清洁，不得用手除膜。 （6） 钎焊

在通氩、氢气炉或真空炉中进行钎焊，钎焊温度依钎料而定，为防止陶瓷件炸裂，降温速

度不得过快。此外，钎焊还可以施加一定的压力（约0.49～0.98Mpa）。 （7） 热检

对焊件除进行表面质量检验外，有特殊要求的产品应抽样进行热冲击及力学性能检验，真空器件用的封接件还必须按有关规定进行检漏实验。直接（活性金属法）钎焊时，可省去上述工艺过程的2）～4）部分，陶瓷及金属被焊件经表面清洁后直接进行装配。为避免构件材料因热膨胀系数不同而产生裂纹，可在焊件之间放置缓冲层（一层或多层薄金属篇）。应尽可能将钎料夹置在两个被焊件之间或放置在利用钎料填充间隙的位置，然后象普通真空钎焊一样进行钎焊。

2．11铍、镁及其和金的钎焊 2．11．1铍的钎焊

铍是稀有元素，原子序数虽不高，但与其它轻金属相比熔点较高，而且熔化潜热很高。铍本身有同素异构变化，在与其它金属作用时同素异构转变温度降低并将β相体心立方结构保持下来，

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同时与α铍之间产生一应力。铍是非常活泼的金属，几乎与所有的金属元素发生作用，而且反应速度很快。铍极易与氧接合，生成BeO薄膜，覆盖于铍金属表面。由于氧化铍非常致密，因此，铍在常温下干燥空气中是很稳定的。除铝、硅外等金属外，将其它金属少量加入铍中都能是铍的脆性增加，因此铍的纯度越高其力学性能越好。通常将铍作为合金元素加到其它金属中，少量的铍往往能大幅度提高其它金属的力学特性而不影响如电特性和焊接性等其它特性。主要的铍合金是Be-Al，其中含Be57%-75%。 （1）铍钎焊的特点

铍非常活泼，几乎能与所有的金属生成合金并成为多种金属化合物。铍只与少数金属如铝、硅、镓等几种金属不生成化合相，在低于851℃与银不生成化合相。因此最好与铍直接钎焊的钎料是铝、铝-硅。或低于850℃的银基钎料。由于铍表面有一层氧化铍薄膜，酸洗仍不能去除，因此在低于800℃进行钎焊时必须使用钎剂（氟化物钎剂或氯化物钎剂）。在真空中钎焊时也要用钎剂，因氧化铍薄膜在1000℃以下不发生明显的蒸发，低于800℃时因铍与氧化铍热膨胀系数不同所造成的氧化铍开裂也不明线，如果不用钎剂，钎料不能再铍表面铺展。如果铍表面经过电镀或离子镀膜后，钎料就可以和膜层金属发生作用，这时可不使用钎剂，但钎料表面必须无氧化膜，钎焊需在真空炉中进行。用铜钎料钎焊铍时，在铍与铜之间要少加压力。使用纯铜钎焊铍零件时，必须严格控制钎焊温度和时间，否则在钎缝处将有大量脆性相产生，使铍材在钎缝处断裂。 （2）铍的钎焊过程

由于铍表面被一层铍的氧化膜所覆盖，因此钎焊过程中首先要去除氧化膜。去膜可用化学腐蚀法或在钎焊表面电镀、离子镀，也可使用钎剂，但在上述工艺之前都要进行常规去油处理。 （3）铍钎焊时应注意的问题 1）铍为剧毒材料，它的各种化合物都有毒，毒性大小与铍在化合物中含量多少以及与铍的状态有关。气态比液态毒性大，溶液中的铍就比固体铍毒性大，粉末状的铍比烧结后的铍毒性大，因此在工艺处理中应尽量避免酸洗和电镀工艺。2）铍与氢气或惰性气体不起反应，可以在氢气或惰性气体保护下进行钎焊，但是氧化铍加热时可以和水生成氢氧化铍，氢氧化铍遇冷会分解成氧化铍和水 BeO(薄膜)+H2O→Be(OH)2→BeO(粉末)+H2O 氧化铍反应前为片状，反应后为粉末状，活性强又易传播，所以毒性较大，因此钎焊铍最好在真空炉中进行。3）钎焊时，在于铍接触的材料上会有铍扩散进去，因此在钎焊铍时，特别注意不要用手直接接触零件和模具、夹具，以免造成铍污染。 2．11．2镁和镁合金的钎焊

由于纯镁强度低，在空气中又极易燃烧，因此极少进行纯镁的钎焊，镁一般都以镁合金的形式使用。在镁中添加少量铝、锌、锰等金属可以改善金属的强度和稳定性。镁合金有较高的比强度和比刚度，并具有较高的抗震能力，能承受比铝合金大的冲击载荷，还具有优良的加工性能，并易于铸造和锻压，所以在航天、航空、光学仪器、无线电技术等工业部门得到应用。 （1）镁合金钎焊用钎料

镁合金钎料使用时必须配用钎剂，钎剂用氯化物或氟化物粉末。用水或酒精调配的钎剂膏，由于会妨碍钎料流布，不宜使用。 （2）镁及其合金的钎焊方法

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