钎焊材料的选择和性能

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：钎焊材料主要包括经过热喷涂工艺后还需进行随后的扩散热处理的涂层材料。因此，钎焊接头的性能在相当程度上取决于钎料。6）考虑到钎料的经济性，应尽量少含和不含稀有金属和贵重金属。由于钎料Cr含量高，接头的高温强度和抗氧化性接近于BNi-1a钎料的焊接接头。13）200由于6%的W的加入使得钎料钎焊接头具有更好的持久强度。PN1钎料正处于低熔固溶体成分，具有良好的塑性。Pd36钎料中的铬是提高钎料氧化性，含有11%铬的钎料的熔点最低。

钎焊材料主要包括经过热喷涂工艺后还需进行随后的扩散热处理的涂层材料。一般来说，钎焊时，焊件是依靠熔化的钎料凝固后联结起来的。因此，钎焊接头的性能在相当程度上取决于钎料。为了保证优异的工艺性能和获得高质量的钎焊接头，钎料应满足以下几项基本要求：

1）钎料应具有合适的熔点。其熔点至少应比母材的熔点低几十摄氏度。两者的熔点过于接近，会使钎焊过程不容易控制，甚至导致钎焊金属晶粒长大、过烧以及局部熔化。

2）钎料应具有良好的润湿性，能充分填满间隙。

3）钎料与母材的扩散作用应保证它们制件的牢固结合。

4）钎料应具有稳定和均匀的成分。

5）钎料应使所得到的钎焊接头满足产品的技术要求，如力学性能、物理化学性能等。

6）考虑到钎料的经济性，应尽量少含和不含稀有金属和贵重金属。

钎料由于常在高温下工作，故常要求钎料具有一定的高温性能，如抗氧化性等。常用的钎料有镍基钎料、钯基钎料、金基钎料以及其他基钎料。本节对钎料进行细致的分析和讨论。

1.镍基钎料

镍基钎料的种类很多，有的已经标准化，有的尚未标准化。常用镍基钎料的成分及其熔化特性见表3-14。

表3-14 常用镍基钎料的成分及其熔化特性

（续）

① 余量为Ni。

镍基钎料所含各元素所起的作用可归纳如下：一种是提高钎料抗氧化性和使钎料强化的元素，主要有Cr等；另一种是降低钎料熔点和提高钎料流动性和润湿性，如B、Si、P等非金属元素。由于钎料中含有比较多的非金属元素，以满足钎焊温度的要求，钎焊组织中经常出现各种不同的化合物组织，如硼化物相、硅化物相以及磷化物相等。镍基钎料的性能和应用范围综合分析如下：

1）BNi-1钎料含铬量高，钎焊时硼和碳向钎焊金属扩散，具有很好的高温性能，适宜用于在高温下受高应力的部件，如钎焊涡轮叶片、喷气发动机部件以及其他受高应力的较厚的部件。

2）BNi-1a钎料含碳量低，它的熔化温度比BNi-1高，流动性也差，但可以减少碳向钎焊金属的扩散，钎料和母材的作用程度减弱。BNi-1a具有很好的高温性能，用途和BNi-1相似。

3）BNi-2钎料的熔化温度低，可在较低温度下钎焊。钎料和母材的作用减弱，可钎焊较薄的焊件。钎料具有优越的流动性。由于钎料含铬量低，接头的抗氧化性比BNi-1a钎料稍差。该钎料的使用领域和BNi-1a相似。

4）BNi-3钎料不含Cr，它的流动性好，流入接头间隙的能力较强，适宜于钎焊搭接量较大的接头。尽管钎焊温度较低，接头的抗热性仍比较好，可用来钎焊喷油嘴或其他受力件。

5）BNi-4钎料含Si、B的量比BNi-3低，熔点有所提高，结晶间隔增大，钎料流动性下降，钎料硬度有所下降，因此用于钎焊焊缝圆角较大，又能加工的零件。同时，钎料和母材的相互作用减弱，可用于钎焊比较薄的结构部件。

6）BNi-5钎料不含B，同母材的相互作用较弱，适宜于钎焊薄件。由于钎料Cr含量高，接头的高温强度和抗氧化性接近于BNi-1a钎料的焊接接头。用该钎料时钎焊温度较高。此处，这种钎料特别适用于核领域。

7）BNi-6和BNi-7钎料是镍基钎料中熔点最低的两种钎料，它们均属于共晶成分，流动性极好，能流入接触紧密的接头。BNi-7钎料因含Cr，其抗热性比BNi-6钎料好。这两种钎料可用来钎焊诸如蜂窝结构、薄壁管件及其他耐热部件。由于不含B，BNi-7和BNi-6同样适用于核领域。

8）BNi-8钎料不含B，Si含量较低，因此它的可加工性能有改善。这种钎料的适用范围和BNi-7类似。由于含有Mn，所以其抗氧化性要低。

9）150钎料为Ni-Cr-B共晶钎料，可用来钎焊涡沦叶片、喷气发动机部件和其他受力较大的部件。

10）160钎料结晶间隔大，流动性差，可以钎焊比较宽的钎焊缝隙，同时可以形成大的焊缝圆角。

11）170钎料含W，特别适宜于钎焊含Co、W、Mo的合金。这种钎料具有很好的高温性能，用于钎焊喷气发动机、火箭的部件。

12）171、180焊料与170钎料相似，只是流动性稍好。

13）200由于6%的W的加入使得钎料钎焊接头具有更好的持久强度。

14）220钎料含有相当多的Mn，钎料和母材的作用弱，适宜于钎焊热交换器等薄壁件。由于其锰含量高，接头的抗氧化性是镍基钎料中最低的。

15）230钎料具有优异的流动性，适宜于钎焊间隙小、搭界长的接头。同220一样，该钎料适用于钎焊热交换器等薄壁结构。

16）300钎料含相当多的Co，它具有很好的高温性能。这种钎料特别适用于T形接头和宽间隙焊缝。

17）编号为19、20、21的钎料是一些新发展的钎料。这些钎料不含Si，但附加有Mo、Ta、W、Yb、Al、Co等元素，以强化钎焊缝隙。这些钎料主要用于高温合金的扩散钎焊，钎焊接头具有很好的高温性能。

2.钯基钎料

钯基钎料和含钯钎料成分及其熔化特性见表3-15。

表3-15 钯基钎料和含钯钎料成分及其熔化特性

（续）

钯具有良好的塑性和抗氧化性，但钯的熔点很高（1552℃），为了降低其熔点，可以加入镍。当含钯量为60%（质量分数）时形成低熔固溶体，其熔点为1237℃。PN1钎料正处于低熔固溶体成分，具有良好的塑性。但是钎料的熔点太高，高于很多合金的晶粒长大和热处理温度，有必要降低其熔点。

硅和硼对降低钯合金熔点的作用比降低镍合金熔点的作用更加显著，Pd36钎料就是通过添加硅和硼而达到降低其熔点的目的。Pd36钎料中的铬是提高钎料氧化性，含有11%铬（质量分数）的钎料的熔点最低。

NiPd-1和NiPd-2钎料具有良好的润湿性，它在不锈钢上的润湿角均小于5°。

除了上述几种以Pd-Ni为基的钎料外，由于钯还能够完全溶于银中制成含钯银钎料。这类钎料也具有良好的塑性，容易加工成各种形状，并且具有很好的润湿性，甚至能润湿稍稍氧化了的金属表面。

3.金基钎料

金基钎料主要由Au、Cu或Ni组成，主要成分及其熔化特性见表3-16。

表3-16 金基钎料主要成分及其熔化特性

金和镍形成无限固溶体，塑性很好，可以制成各种形状。根据不同配比，可以配制成不同熔点的钎料。Au-Cu钎料的蒸气压低，合金元素不易挥发，特别适合于电真空器件的钎焊。可根据不同钎焊温度的要求，选择不同成分的钎料。

BAu-4是金基钎料中应用最广的一种。金和镍形成一种低熔固溶体，其成分相当于BAu-4钎料，熔点为950℃。固溶体低于821℃时发生分解，分解成富金和富镍的两种固溶体，在航空、航天和电子工业中得到广泛应用。BAu-4钎料的特点如下：

1）它的熔化温度和马氏体不锈钢的奥氏体化温度相适应。用马氏体不锈钢制成工件的钎焊和热处理过程可以同时进行，钎后不需要附加的热处理，也不会因钎焊温度过高而发生晶粒长大等现象。

2）钎料塑性好，钎料本身无化合物相，因而不会像用镍基钎料钎焊时那样，在缝隙中可能出现脆性相。接头的塑性好，对接头装配间隙要求不严。

3）钎焊接头抗氧化性好，接头的工作温度可达650°C，并且钎焊质量可靠。

4.钴基钎料

钴基合金比镍基合金具有更好的高温性能，因此钴基钎料有一定的实用意义。和镍基钎料一样，为了降低钴的熔点可加入硼、硅等元素。由于钴基钎料价格高，没有镍基钎料使用广泛，主要用于钎焊钴基合金。

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