1、 铜及铜合金钎焊铜及铜合金钎焊钱乙余教授 博士生导师哈尔滨工业大学材料科学与工程学院现代焊接生产技术国家重点实验室铜及铜合金n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。n铜及其合金通常可分为四大类：紫铜、黄铜、青铜和白铜。铜及铜合金的材料特性 紫铜n紫铜是含铜量不低于99.5%的纯铜。根据含氧量不同可分为纯铜和无氧铜。n紫铜表面可能形成Cu2O和CuO两种氧化物。n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。n纯铜不能在含氢的还原性气氛中钎焊。铜及铜合金的材料特性 黄铜n黄铜是指铜锌合金，它比紫铜具有高得多的
2、强度、硬度和耐腐蚀能力，并保持一定的韧性。性能和高耐腐蚀性能。黄铜金相图铜及铜合金的材料特性 黄铜铜及铜合金的材料特性 特殊黄铜n锡黄铜：锡黄铜含w（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。n铅黄铜：铅黄铜中的铅在加热时会形成粘渣，破坏钎料的润湿作用和流动性。必须选合适的钎剂以保证流动性。n锰黄铜：锰黄铜的表面由锌的氧化物和锰的氧化物组成。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。铜及铜合金的材料特性 青铜n青铜的种类比较多，加入的合金元素不同，其钎焊性也就不同。n如加入的合金元素是锡元素，或一些少量的铬或镉元素，则对
3、钎焊性影响不大，一般较容易进行钎焊。n如加入的合金元素是铝元素，尤其是铝含量较多时(达10%)，表面有铝的氧化物，难以去除，钎焊性变坏。必须采用专门的钎剂来进行钎焊。铜及铜合金的材料特性 青铜铜及铜合金的材料特性 青铜n如加入的是硅元素形成硅青铜时，硅青铜对热脆和熔融钎料作用下的应力开裂相当敏感。n如加入的合金元素是铍元素，虽然形成较稳定的BeO氧化物，但用常规钎剂还能满足去除氧化膜的要求。铜及铜合金的材料特性 青铜铜及铜合金的材料特性 白铜n白铜是铜和镍的合金，它具有较好的综合力学性能。n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。n白铜对热裂和熔融钎料作用下的应力开裂
4、均甚敏感。白铜铜及铜合金的材料特性常用铜和铜合金的钎焊性硬 钎 料 银基钎料n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。n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。硬 钎 料 银基钎料n添加锌可进一步降低其熔化温度。n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%。n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。硬 钎 料 铜磷钎料n铜磷钎料由于工艺性能好，价格低，在钎焊铜和铜
5、合金方面得到广泛的应用。n磷在铜中起两种作用：第一，磷能显著降低铜的熔点；第二，在空气中钎焊铜时起自钎剂作用。n为进一步降低铜磷合金的熔化温度和改进其韧性，还可加入银。硬 钎 料 铜磷钎料n锡可以提高Cu-6P合金的强度，但当含（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合金的塑性，加1%(Sn)的合金延伸率最好，加锡量继续增加，延伸率又趋下降。n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。硬 钎 料 铜磷钎料n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。n这种钎料在加热慢时大都有偏析作用，应尽量采用快速
6、加热的钎焊的方法。铜磷钎料的化学成分和性能软钎料 锡基钎料n使用Sn基钎料钎焊铜时，在钎料和母材界面上易形成金属间化合物Cu6Sn5，所以必须注意钎焊温度和保温时间。n一般烙铁钎焊时，由于化合物层很薄，对接头性能没有大的影响。软钎料 锡基钎料n用锡铅钎料钎焊时黄铜接头比用同样钎料钎焊的铜接头强度要高些，这是因为黄铜在液态钎料中的溶解比铜要慢，所以生成的脆性金属间化合物也较少所至。软钎料 锡基钎料钎料化学成分熔化温度抗拉强度伸长率SnAgSbCuHL60696.0 4.0-22153.0-Sn95Sb95.0-5.0-23339.243Sn92AgCuSb92.0 5.01.02.025049.
7、02.3Sn85AgSb84.5 8.07.5-27080.48.8软钎料 铅基钎料钎料化学成分熔化温度PbAgSnHLAgPb9797.03.0-304-305HLAgPb97.5-1.097.51.51.0310-310HLAgPb92-5.5922.55.5287-296HLAgPb83.5-15-1.583.51.515.0265-270软钎料 镉基钎料镉基钎料化学成分及性能软钎料 无铅钎料钎焊铜管用无铅钎料部分软钎料钎焊铜及黄铜接头的强度 硬钎剂n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。硬
8、钎剂n硼酸H3BO3加热时分解形成硼酐B2O3，反应式如下：2H3BO3B2O3+3H2On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。MeO+B2O3MeOB2O3硬钎剂n硼砂Na2B4O7在741熔化：Na2B4O7B2O3+2NaBO2n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容易浮到钎缝表面。MeO+2 NaBO2+B2O3(NaBO2)2Me(BO2)2硬钎剂n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
9、的脱渣性。n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。硬钎剂n为进一步降低其熔化温度，可加入氟化钾。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。n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540，熔化分解为：KBF4KF+BF3硬钎剂部分硬钎剂成分及用途 腐蚀性钎剂编号成分用途1ZnCl21130g,NH4Cl110g,H2O4L钎焊铜和铜合金，钢2ZnCl21020g,NaCl280g,NH4Cl，HCl30g,H2O4L钎焊铜和铜合金，钢3ZnCl2600g,NaCl170g浸沾钎焊覆盖剂4ZnCl2710g,NH4Cl100g,凡
10、士林1840g，H2O180g钎焊铜和铜合金，钢5ZnCl21360g,NH4Cl140g,HCl85g，H2O4L钎焊硅青铜，铝青铜，不锈钢6H3PO4960g,H2O455g钎焊锰青铜，不绣钢QJ205ZnCl250g,NH4Cl15，CdCl230,NaF6镉基钎料钎焊铜和铜合金软钎剂软钎剂软钎剂软钎剂弱腐蚀性钎剂软钎剂软钎剂n无腐蚀性钎剂n无腐蚀性钎剂主要成分是松香。n常用的有三种松香钎剂：未活化松香 弱活化松香 活性松香表面准备n溶剂除油或碱液都适用于铜和铜合金。机械方法、金属丝刷和喷砂等可以用来去除氧化物。n硅黄铜n铬青铜和铜镍合金n铝青铜n铍青铜n铜、黄铜、锡青铜钎焊工艺n铜及铜
11、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，要求加热电流比较大。铜及铜合金钎焊技术n铜：钎焊铜时钎料与钎剂的配合如下。用锡铅，锡银钎料钎焊特别干净的表面时可用松香钎剂，否则用活性松香，弱腐蚀性钎剂或腐蚀性钎剂。n除无氧铜外，纯铜不在还原性气氛中钎焊，以免发生氢脆。铜及铜合金钎焊技术n黄铜n钎焊黄铜时的钎料与钎剂与钎焊铜时基本相同。但铜的表面有锌的氧化物，不能用未活化松香进行钎焊，用铜磷和铜银钎料钎焊时也必须用FB102钎剂。铜及铜合金钎焊技术n锰黄铜n锡铅钎料钎焊时应采用磷酸水溶液钎剂；铅基钎料钎焊时采用
12、氧化锌水溶液钎剂。镉基钎料钎焊时用Q205钎剂。nBAg45CuCdNi和BAg45CuCd钎料钎焊时用FB102或FB103钎剂。其它银基钎料、铜磷和铜磷银钎料钎焊时用FB102。n炉中钎焊建议在保护气氛下进行，并采用FB104钎剂。铜及铜合金钎焊技术n铍青铜n软钎焊淬火时效状态的铍青铜，应选用熔化温度低于300度的钎料，最好采用63Sn-37Pb，配合弱腐蚀性钎剂或腐蚀性钎剂进行。n硬钎焊时最好将钎焊和固溶处理同时进行。铜及铜合金钎焊技术n铬青铜n软钎焊对它的性能指标没有多大影响，可采用与铍青铜相同的软钎料和钎剂钎焊。n铬青铜的硬钎焊不能在其固溶-时效状态下进行，而应在固溶处理状态下进行钎
13、焊，然后再进行时效。n应采用熔化温度最低的银钎料，如BAg40CuZnCdNi以快速加热方法钎焊。铜及铜合金钎焊技术n镉青铜和锡青铜n与铜和黄铜相似，只是在保护气氛中钎焊时没有氢脆和锌的挥发问题。n但含磷的锡青铜有应力开裂的倾向。铜及铜合金钎焊技术n硅青铜n软钎焊时应采用加盐酸的强腐蚀性钎剂。n硬钎焊时有应力开裂和钎料晶间渗入的倾向。n钎焊温度低于760度。可采用熔化温度较低的银钎料，如BAg65CuZn，BAg50CuZnCd，BAg40CuZnCdNi，BAg56CuZnSn等。n熔化温度越低越好，钎剂最好采用FB102,FB103。铜及铜合金钎焊技术n铝青铜n软钎焊时为了除去表面的氧化膜
14、应采用加盐酸的强腐蚀性钎剂，常用的钎料为锡铅钎料。n硬钎焊时采用银钎料。n为了防止铝向银钎料扩散，钎焊加热时间必须尽可能短。在铝青铜表面上镀铜或镀镍也可以防止铝向钎料的扩散。铜及铜合金钎焊技术n锌白铜n锌白铜的软钎焊与黄铜相似。硬钎焊时用以下银钎料：BAg56CuZnSn，BAg50CuZnSnNi，BAg40CuZnNi，BAg56CuZnCd等。n钎剂为FB102,FB103。铜及铜合金钎焊技术n锰白铜n软钎焊时采用磷酸水溶液钎剂，或者在表面预先电镀铜。n硬钎焊时采用的钎料有：BAg60CuZn，BAg45CuZn，BAg40CuZnCdNi，BAg50CuZnCd等。不建议采用铜磷银钎料。因为磷与镍会形成脆性化合物相。铜及铜合金钎焊技术银钎料钎焊的铜和黄铜的接头强度铜及铜合金钎焊技术铜磷、铜磷银钎料钎焊的铜接头的力学性能焊后热处理焊后热处理n除了把可时效硬化的铜合金（如铍青铜）再进行一次热处理外，钎焊后的唯一工序是清除钎剂的残渣和工件表面的清洗。n清除残渣的主要目的是为了防止残渣对工件的腐蚀，有时是为了获得一个良好的外观或对钎焊后的工件进一步加工。
