鋁合金真空釬焊的原理與釬焊用料

鋁合金在我們日常生活中應用非常廣泛，而真空釬焊在一些鋁合金產品加工中非常重要。今天，我們就來談一談鋁合金真空釬焊的原理與釬焊用料。

鋁合金的優點

鋁合金以其重量輕、耐腐蝕性好、導熱導電性優良等特點廣泛用于航空航天、建筑、電器、汽車、船舶等部門，并且用量不斷增加，長期以來一直被認為是制作熱交換器、波導及其它許多復雜構件的結構材料。鋁合金的加工工藝在其產品制造 中起著非常重要的作用，而重要方法之一就是不需任何釬劑的真空釬焊工藝。因其具有許多優點：無需焊前和焊后的復雜清理工作，操作簡化，避免了因釬劑造成的夾渣，在結構中不殘留釬劑而保證其耐腐蝕性、生產率高等，從現在和未來的環境保護觀念考慮，鋁合金真空釬焊的應用必將越來越廣泛。

鋁合金真空釬焊的原理

鋁合金表面有一層致密且十分穩定的氧化膜 Al2O3，是熔化釬料潤濕母材的主要障礙。單純依靠真空條件難以去除氧化膜，必須同時借助于某些金屬活化劑，如鎂Mg，鉍Bi 等。早期有人認為通過 Mg 的作用可達到去膜的目的。這是因為：

從這幾個反應式得出的觀點認為一方面 Mg 與真空中殘 存的 O2 和 H2O 反應，消除它們對鋁的有害作用；另一方面， 也是最重要的就是反應式 (3)，Mg 與母材表面的 Al2O3 起還原反應而達到直接去除氧化膜的目的。但此后的大量研究表明， 母材氧化膜并未去除，故對去膜提出了新的觀點，Mg 除 了起消除環境中 O2 和 H2O 的作用外，Mg 蒸汽滲入膜下表材層與擴散的 Si 一起，使表層形成低熔點的 Al-Si-Mg 合金而熔化，從而破壞了表面氧化膜與母材的結合，使熔化的釬料得以潤濕母材，在膜下母材上鋪展，并將表面膜浮起而去除。

雖然已有大量的研究和試驗使鋁合金真空釬焊在工業中得到普遍應用，但是對實際生產中出現的許多報廢釬焊接頭，卻無法作出合理的解釋。鋁合金真空釬焊對參數的細微變化很敏感，不同廠家預制的釬焊合金包覆層盡管成分都在規定的范圍內，也經常出現釬焊接頭的明顯不同。至今，由于對鋁合金真空釬焊機理 缺乏真正準確的認識，制定理想的真空釬焊工藝就受到了很大的限制，在很大程度上仍根據平常所積累實際經驗進行。

鋁合金真空釬焊用釬料

大多數釬焊合金都是基于 Al-Si 系統，其中 w(si) 一般在 7% ~ 12% 。這一系列的釬料無論在釬焊性、強度和母材色澤一致性、鍍覆性和抗腐蝕性都很佳，是少有的優良釬料，特別是這類釬料可以進行變質處理，大大增加釬焊接頭的韌性和抗彎強度。 w(si) 為 11.7% 時的 Al-Si 系統為共晶體系，共晶溫度為 577°C ，這一成分的釬料是生產中常用的標準釬料， 適于釬焊多種熔點相對較高的鋁合金，如 3A21。在 Al-Si 釬料 中加入 Mg 及其它元素可以配制新的釬焊合金，但鋁釬料中不能加入Zn 等低沸點元素，否則，會對真空釬焊爐造成極大的污染。常用的釬料成分及釬焊溫度范圍見下表1：

此外，釬焊復合板也是普遍采用的方法，即在結構母體金屬上單面或雙面包覆一層釬焊合金，其有關數據見下表2：

真空釬焊復合板比線材、帶材或粉末等使用起來要方便得 多，可方便地用來制作復雜部件。當釬焊板上的包覆金屬熔化時可以直接潤濕結合母材，立刻填隙。接頭只需輕微擴散就可形成。

為了降低鋁釬料的熔點，研制了 Al-Si-Ge 系釬料，這類釬料最多可將其熔點降低到 423°C ，且釬料的流動性好，鋪展性很佳，但是 Ge 的加入則使釬料的脆性大大增加，抗腐蝕性能變壞，且色澤較深，根本不能作為實用的真空釬焊用釬料。 相關資料認為該體系合金經 Na、Sr、La 等元素變質處理后性能有較大改善，證明是很有意義的釬料合金，釬焊工藝甚佳。若深入研究，應該會得到綜合性能更好的釬料合金。

此外，還有文獻報道了 Al-Si-Ge 釬料，這個體系的相圖表明此體系中有一個包晶共晶點， w(Si)=13%，w(Be)=0.5%. 所取的成分即包晶共晶點，其溫度 571°C 比 Al-Si 共晶要低 6°C 。經 Sr 和 La 的聯合變質后，釬料的強度明顯提高。但其熔點仍然較高，不適合于釬焊如 6061 等高強鋁合金。如能進一步降低熔點，該體系的釬料將是很有前途的。

目前，雖然配制出一些試驗室中可用的低熔點真空釬焊用釬料合金，但真正具有一定耐腐蝕性和較好力學性能的釬料合金仍然未達到適合工業生產的要求。