非晶铜磷钎料钎焊接头升温过程组织转变(附件)【字数：9839】
摘 要摘 要主要采用差热分析法(DTA)、扫描电镜等仪器为主要研究方式，通过对Cu-P 基非晶态钎料和晶态钎料钎焊接头升温过程中的组织转变以及钎料的相互扩散进行研究，揭示了Cu-P钎料钎焊连接的基本机理，钎料中各合金元素在钎焊过程中的扩散情况。通过以上研究得到在钎焊升温过程中，非晶态钎料得到的钎焊接头组织均匀，很少出现宏观的显微偏析，这就有利于元素的扩散和液相的生成；而晶态钎料得到的钎焊接头共晶组织出现的较少，有粗大的初晶存在，这些可能导致了晶态的接头效果没有非晶态的效果好。非晶钎料中的原子有很强的扩散能力，非晶钎料中强偏析合金元素 P、Sn 向母材的扩散更为充分，随着钎焊温度升高，钎缝中的 P、Sn 向母材的扩散加剧，所以P、Sn 脆性的化合物出现在钎缝界面区可能性要小得多，这也对非晶钎焊接头的性能起到了积极的作用。但对扩散能力较弱的合金元素 Ni，这种影响不明显，因此随钎焊温度升高，钎缝中 Ni 的含量变化不大。关键词Cu-P基非晶态钎料；扩散；钎焊接头；组织
目录
第一章 绪论 1
1.1 非晶态钎料研究发展 1
1.2 铜磷基钎料研究现状及发展 3
1.3 钎焊连接原理 6
1.4 真空钎焊技术简介 7
1.4.1 真空钎焊技术的优缺点 8
1.4.2 真空钎焊工艺参数的要求 8
第二章 实验材料及方法 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验设备 10
2.3 实验方法 11
第三章 实验数据分析 14
3.1 非晶和晶态钎料的熔点 14
3.2 钎焊接头组织比较 14
3.3 钎焊接头元素分布 19
结论 24
参考文献 25
致 谢 27
第一章 绪论
1.1 非晶态钎料研究发展
“非晶态”一词指的是原子不是一个长程有序的理想晶体状态，相反，它具有一个短程有序或在宏观上无序的特性，利用各种射线技术都检测不到它的结晶存在。
非晶态钎料相比于晶态钎料，钎焊接头的焊缝有更细更小的组织，成分夹杂分布很均匀，所以钎焊接头的质 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
量显著提高；焊接间隙减小；钎焊的工艺不繁琐，操作简化等[1]。非晶态钎料一出现，就迅速被从事焊接领域的工作人员重点关注。目前，非晶态钎料还处于朝阳的气势，科学家以及学者们正在开发和研制具有各种优良性能的新类型、新成分的非晶态钎料。
非晶态材料的各种优异性能，已经应用在了许多领域中，其中最引人注目的是用这种材料作为焊接材料时所表现出的许多特殊的性能。能直接制成钎焊箔带材料，铜基中温钎焊料（约700℃）和镍基高温钎焊料（约1000℃），这类钎料有着熔化均匀、流动性好、致密等优点，应用在电子电器电机行业中的铜铜、铜银合金间的钎焊，航空、汽车、轮船、发动机等高温合金、不锈钢钎焊[2]。
非晶态钎料(Amorphous solder)在快速凝固条件下获得，在非平衡条件下制备非晶钎料，这样通过快速冷却获得的非晶钎料具有优异的性能，其成分，功能，相结构等优势明显。非晶态钎料自从人们开始使用，首先迅速发展起来的是薄带钎料。目前各种各样的非晶钎料，在各种合金，超强度钢，陶瓷以及特种材料钎焊时宽泛运用。相关文献提出了非晶态薄带钎料在钎焊部件得到的接头的强度以及钎焊接头的焊缝抗腐蚀的能力、钎料在表面熔化的面积的大小等方面都比一般钎料优秀[6]。归纳出来的几点原因是:非晶态钎料的制备是冷却速度比常规凝固冷却速度快很多的情况下,使得液态钎料合金在偏离平衡态的状况下结晶,从而得到凝固的非晶态钎料,以此获得传统铸造铸锭冷却速率下不能得到的成分、显微组织、相结构以及具有一些特殊性能的新型薄带钎料[4]。自从非晶态合金被发现以来,就用于生产延性非晶态钎焊薄带, 这也是它的首次实际应用之一，而到目前已经有各种非晶钎料被广泛的采用,在铜合金、铝合金、高温合金、不锈钢、陶瓷以及其他异种材料钎焊中[5]。在各种文献中，都可以看到基本的结论，指出非晶态薄带钎料无论在接头强度、润湿性，还是在耐蚀性等方面都比普通钎料优良,原因可以认为主要有以下几点:
(1)容易使用。晶态钎料（Crystalline needles material）大多是由过渡元素和非金属元素构成。这些钎料大部分呈共晶或接近共晶成分，但是晶态合金大多很脆，绝大多数以粉末状或者牙膏状存在，元素分布不均匀，用起来极度不方便，弊端很多。然而非晶钎料合金化水平高，元素分布均匀，组织偏析少[7]，所以不会让钎料变得很脆。因其延展性好所以可以将非晶钎料制备成所需的样子，当非晶钎料精确的放在焊缝中，接头的强度以及可靠性会得到明显提高。
(2)非晶钎料熔点低，具有良好的润湿性。因为非晶态钎料为非共晶成分，因此合金化水平较共晶成分的晶态钎料要好，组织较细小，元素分布及化合物分布均匀，熔点比传统的钎料低。非晶钎料熔化温度范围小，所需时间短，所以具备良好的流动性好的优点，毛细钎焊（Capillary brazing）性能得到提高，焊接接头可靠性较高。此外，因为非晶态由于结构处于非稳定状态，一旦接近熔点，晶体便可以熔化，从而析出钎料，在熔化的时候会有热量散发[8]。一旦钎料发生放热，钎料中的原子扩散加快，因此钎料扩展速度也加快，从而能够让钎料在基体表面的铺展润湿能得到提高。
(3)非晶钎料的偏析较少、钎焊强度高，可靠性高。非晶态钎料中的原子处于无序形态，但是非晶钎料的元素分布均匀，熔化温度范围较小。所以钎焊的能耗可以大大缩小，偏析显著减少，钎焊接头强度也显著提高。又因为快速凝固的钎料组织分布均匀，偏析比较少，易形成前驱膜，比较耐腐蚀，耐氧化。
(4)非晶钎料由于元素分布均匀，偏析少，因而润湿性好，其焊接接头强度可靠性高，抗氧化性能好。但是，如下几个问题并不能用上面的观点解释[3]：
(1)晶态钎料因制备时间长，不像非晶钎料用快速凝固技术获得，必然会存在宏观偏析（Macro segregation）。但是现在在铸造技术迅速发展的条件下，也能够让晶态钎料的组织相对于之前偏析已经大大减少。偏析对接头可靠性的影响比较小。但是如果因此产生脆性相，那么对焊接性能有重大影响，不然影响几乎可以忽略。这是因为对于焊接接头来说，焊料在焊缝中的饱和度或者填充面起到决定作用，如果填充面积不符合规范，饱和度较低，那么焊接接头的强度必然会很低[9]。非晶钎料在与上述采用最新铸造技术制备的晶态钎料在相同的工艺参数下对于焊接接头的性能作比较，非晶钎料仍然具有绝对优势，上面的观点在这个方面就不成立了。
(2)钎焊时普通钎料的熔点一般来说要比非晶钎料高20℃50℃左右，这个温度差不影响钎料的润湿性。而且，当温度达到一个定值，钎料的润湿面积（Wetting property）可提高的范围很小。但是在相同的工艺参数下，非晶钎料的润湿面积要比晶态钎料高约15%。所以仅仅从熔点这个方面是很难解释的。
目录
第一章 绪论 1
1.1 非晶态钎料研究发展 1
1.2 铜磷基钎料研究现状及发展 3
1.3 钎焊连接原理 6
1.4 真空钎焊技术简介 7
1.4.1 真空钎焊技术的优缺点 8
1.4.2 真空钎焊工艺参数的要求 8
第二章 实验材料及方法 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验设备 10
2.3 实验方法 11
第三章 实验数据分析 14
3.1 非晶和晶态钎料的熔点 14
3.2 钎焊接头组织比较 14
3.3 钎焊接头元素分布 19
结论 24
参考文献 25
致 谢 27
第一章 绪论
1.1 非晶态钎料研究发展
“非晶态”一词指的是原子不是一个长程有序的理想晶体状态，相反，它具有一个短程有序或在宏观上无序的特性，利用各种射线技术都检测不到它的结晶存在。
非晶态钎料相比于晶态钎料，钎焊接头的焊缝有更细更小的组织，成分夹杂分布很均匀，所以钎焊接头的质 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
量显著提高；焊接间隙减小；钎焊的工艺不繁琐，操作简化等[1]。非晶态钎料一出现，就迅速被从事焊接领域的工作人员重点关注。目前，非晶态钎料还处于朝阳的气势，科学家以及学者们正在开发和研制具有各种优良性能的新类型、新成分的非晶态钎料。
非晶态材料的各种优异性能，已经应用在了许多领域中，其中最引人注目的是用这种材料作为焊接材料时所表现出的许多特殊的性能。能直接制成钎焊箔带材料，铜基中温钎焊料（约700℃）和镍基高温钎焊料（约1000℃），这类钎料有着熔化均匀、流动性好、致密等优点，应用在电子电器电机行业中的铜铜、铜银合金间的钎焊，航空、汽车、轮船、发动机等高温合金、不锈钢钎焊[2]。
非晶态钎料(Amorphous solder)在快速凝固条件下获得，在非平衡条件下制备非晶钎料，这样通过快速冷却获得的非晶钎料具有优异的性能，其成分，功能，相结构等优势明显。非晶态钎料自从人们开始使用，首先迅速发展起来的是薄带钎料。目前各种各样的非晶钎料，在各种合金，超强度钢，陶瓷以及特种材料钎焊时宽泛运用。相关文献提出了非晶态薄带钎料在钎焊部件得到的接头的强度以及钎焊接头的焊缝抗腐蚀的能力、钎料在表面熔化的面积的大小等方面都比一般钎料优秀[6]。归纳出来的几点原因是:非晶态钎料的制备是冷却速度比常规凝固冷却速度快很多的情况下,使得液态钎料合金在偏离平衡态的状况下结晶,从而得到凝固的非晶态钎料,以此获得传统铸造铸锭冷却速率下不能得到的成分、显微组织、相结构以及具有一些特殊性能的新型薄带钎料[4]。自从非晶态合金被发现以来,就用于生产延性非晶态钎焊薄带, 这也是它的首次实际应用之一，而到目前已经有各种非晶钎料被广泛的采用,在铜合金、铝合金、高温合金、不锈钢、陶瓷以及其他异种材料钎焊中[5]。在各种文献中，都可以看到基本的结论，指出非晶态薄带钎料无论在接头强度、润湿性，还是在耐蚀性等方面都比普通钎料优良,原因可以认为主要有以下几点:
(1)容易使用。晶态钎料（Crystalline needles material）大多是由过渡元素和非金属元素构成。这些钎料大部分呈共晶或接近共晶成分，但是晶态合金大多很脆，绝大多数以粉末状或者牙膏状存在，元素分布不均匀，用起来极度不方便，弊端很多。然而非晶钎料合金化水平高，元素分布均匀，组织偏析少[7]，所以不会让钎料变得很脆。因其延展性好所以可以将非晶钎料制备成所需的样子，当非晶钎料精确的放在焊缝中，接头的强度以及可靠性会得到明显提高。
(2)非晶钎料熔点低，具有良好的润湿性。因为非晶态钎料为非共晶成分，因此合金化水平较共晶成分的晶态钎料要好，组织较细小，元素分布及化合物分布均匀，熔点比传统的钎料低。非晶钎料熔化温度范围小，所需时间短，所以具备良好的流动性好的优点，毛细钎焊（Capillary brazing）性能得到提高，焊接接头可靠性较高。此外，因为非晶态由于结构处于非稳定状态，一旦接近熔点，晶体便可以熔化，从而析出钎料，在熔化的时候会有热量散发[8]。一旦钎料发生放热，钎料中的原子扩散加快，因此钎料扩展速度也加快，从而能够让钎料在基体表面的铺展润湿能得到提高。
(3)非晶钎料的偏析较少、钎焊强度高，可靠性高。非晶态钎料中的原子处于无序形态，但是非晶钎料的元素分布均匀，熔化温度范围较小。所以钎焊的能耗可以大大缩小，偏析显著减少，钎焊接头强度也显著提高。又因为快速凝固的钎料组织分布均匀，偏析比较少，易形成前驱膜，比较耐腐蚀，耐氧化。
(4)非晶钎料由于元素分布均匀，偏析少，因而润湿性好，其焊接接头强度可靠性高，抗氧化性能好。但是，如下几个问题并不能用上面的观点解释[3]：
(1)晶态钎料因制备时间长，不像非晶钎料用快速凝固技术获得，必然会存在宏观偏析（Macro segregation）。但是现在在铸造技术迅速发展的条件下，也能够让晶态钎料的组织相对于之前偏析已经大大减少。偏析对接头可靠性的影响比较小。但是如果因此产生脆性相，那么对焊接性能有重大影响，不然影响几乎可以忽略。这是因为对于焊接接头来说，焊料在焊缝中的饱和度或者填充面起到决定作用，如果填充面积不符合规范，饱和度较低，那么焊接接头的强度必然会很低[9]。非晶钎料在与上述采用最新铸造技术制备的晶态钎料在相同的工艺参数下对于焊接接头的性能作比较，非晶钎料仍然具有绝对优势，上面的观点在这个方面就不成立了。
(2)钎焊时普通钎料的熔点一般来说要比非晶钎料高20℃50℃左右，这个温度差不影响钎料的润湿性。而且，当温度达到一个定值，钎料的润湿面积（Wetting property）可提高的范围很小。但是在相同的工艺参数下，非晶钎料的润湿面积要比晶态钎料高约15%。所以仅仅从熔点这个方面是很难解释的。
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