第7章钎焊材料

钎焊是采用比母材熔点低的材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔化的温度，利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙，并与母材相互扩散实现被焊工件连接的一种方法。

与熔焊相比，钎焊的优点在于加热温度低、工件变形小、接头平整美观、可连接不同的材料、生产效率高等；缺点是钎焊接头强度低、接头装配要求高，应保证严格的装配间隙。钎焊接头的质量与所选用的钎焊材料(如钎剂、钎料等)、工艺方法及参数等有关。常用的钎焊方法分类、原理及应用见表1.7.1。

表1.7.1 常用钎焊方法分类、原理及应用

钎焊方法	分类				原理	应用
烙铁钎焊	外热式烙铁				使用外热源(如煤气、气体火焰等)加热)	适用于以软钎料钎焊不大的焊件,广泛应用于无线电、仪表等工业部门
	电烙铁	普通电烙铁			靠自身恒定作用的热源保持烙铁头一定温度
		带陶瓷加热器
		可调温度
	弧焊烙铁				烙铁头部装有碳头, 利用电弧热熔化钎料
	超声波烙铁				在电加热烙铁头上再加上超声波振动，靠空化作用破坏金属表面氧化膜	适用于铝、铝合金(含Mg多的除外)，不锈钢、钴、锗、硅等钎焊
火焰钎焊	氧乙炔焰				用可燃气体与氧气(或压缩空气)混合燃烧的火焰来进行加热的钎焊，火焰钎焊可分为火焰硬钎焊和火焰软钎焊	主要用于钎焊钢和铜
	压缩空气雾化汽油火焰或空气液化石油火焰或煤气等					适用于铝合金的硬钎焊
炉中钎焊	空气炉中钎焊				把装配好的焊件放入一般工业电炉中加热至钎焊温度完成钎焊	多用于钎焊铝、铜、铁及其合金
	保护气氛炉中钎焊			还原性气氛炉中钎焊	加有钎料的焊件在还原性气氛或惰性气氛的电炉中加热进行钎焊	适用于钎焊碳素钢、合金钢、硬质合金、高温合金等
				惰性气氛炉中钎焊
	真空炉中钎焊			热壁型	使用真空钎焊容器，将装配好钎料的焊件放入容器内，容器放入非真空炉中加热到钎焊温度，然后容器在空气中冷却	钎焊含有Cr、Ti、Al等元素的合金钢、高温合金、钛合金、铝合金及难熔合金
				冷壁型	加热炉与钎焊室合为一体，炉壁作成水冷套，内置热反射屏，防止热向外辐射，提高热效率，炉盖密封。焊件钎焊后随炉冷却
感应钎焊	高频 (150~700kHz/s)				焊件钎焊处的加热是依靠它在交变磁场中产生感应电流的电阻热来实现	广泛用于钎焊钢、铜及铜合金、高温合金等的具有对称形状的焊件
	中频(1~10kHz/s)
	工频dfm(很少直接用于钎焊)
浸渍钎焊	盐溶浸渍钎焊		外热式		多为氯盐的混合物作盐浴，焊件加热和保护靠盐浴来实现。外热式由槽外部电阻丝加热；内热式靠电流通过盐浴产生的电阻热来加热自身和进行钎焊。当钎焊铝及铝合金时应使用钎剂作盐浴	适用于以铜基钎料和银基钎料钎焊钢、铜及其合金、合金钢及高温合金。还可钎焊铝及其合金
			内热式
	熔化钎料中浸渍钎焊 (金属浴)				将经过表面清洗,并装配好的钎焊件进行钎剂处理,再放入熔化钎料中,钎料把钎焊处加热到钎焊温度实现钎焊	主要用于以软钎料钎焊铜、铜合金及钢。对于钎缝多而复杂的产品(如蜂窝式换热器、电机电枢等)用此法优越、效率高
电阻钎焊	直接加热式				电极压紧两个零件的钎焊处，电流通过钎焊面形成回路，靠通电中钎焊面产生的电阻热加热到钎焊温度实现钎焊	主要用于钎焊刀具、电机的定子线圈、导线端头以及各种电子元器件的触点等
	间接加热式				电流或只通过一个零件，或根本不通过焊件。前者钎料熔化和另一零件加热是依靠通电加热的零件向它导热来实现。后者电流是通过并加热一个较大的石墨板或耐热合金板，焊件放置在此板上，全部依靠导热来实现，对焊件仍需压紧
特种钎焊	红外线钎焊		红外线钎焊炉		用红外线灯泡的辐射热对钎焊件加热钎焊	适于钎焊电子元器件及玻璃绝缘子等
			小型红外线聚光灯钎焊			连接磁线存储器、挠性电缆等
	氙弧灯光束钎焊				用特殊的反光镜将氙弧灯发出的强热光线聚在一起，得到高能量密度的光束作为热源	适于钎焊半导体、集成电路底板、大规模集成电路、电平表、磁头、晶体振子等小型器件以及其它微型件高密度的插装端子
	激光钎焊				利用原子受激辐射的原理使物质受激而产生波长均一、方向一致以及强度非常高的光束，聚焦到105 W/cm2以上的高功率密度的十分微小的焦点，把光能转换为热能实现钎焊	适用于钎焊微电子元器件、无线电、电信器材以及精密仪表等零部件
	气相钎焊				利用高沸点的氟系列碳氢化合物饱和蒸汽的冷凝气化潜热来实现钎焊	往印刷电路板上钎焊绕接用的线柱，往陶瓷基片上钎焊陶瓷片或芯片基座外部引线等
	脉冲加热钎焊		平行间隙钎焊法		利用电阻热原理进行软钎焊的方法，以脉冲的方式在短时间内(几毫秒~1秒)供给钎焊所需热量	往印刷电路板上装集成电路块及晶体管等元件
			再流钎焊法		通过脉冲电流用间接加热的方法在被焊的材料上涂一层钎料或在材料间放入加工成适当形状的钎料，并在其熔化瞬间同时加压完成钎焊	在印刷电路上装集成电路块、二极管、片状电容等的元器件，以及挠性电缆的多点同时钎焊等
			热压头式再流钎焊法		采用了热压头方式同时吸收了脉冲加热法的优点来实现钎焊	适于将大型的大规模集成电路或漆包线等钎焊到各种基板上
	波峰式钎焊法				钎焊时，印刷电路板背面的铜箔面在钎料的波峰上移动，实现钎焊	作为印刷电路板批量生产钎焊方法
	平面静止式钎焊法				钎焊时，使印刷电路板沿水平方向移动而同时使钎料槽或印刷电路板作垂直运动来完成钎焊

7.1 气焊熔剂

气焊熔剂(又称气剂或焊粉)是气焊时的助熔剂, 主要作用是去除焊接过程中生成的氧化物、改善母材润湿性能、促使获得致密的焊缝组织等。气焊熔剂以字母“CJ”表示, 其后第一位数字表示气焊熔剂的用途类型(见表1.7.2); 第二、三位数字表示同一类型气焊熔剂的不同编号。常用气焊熔剂的牌号、化学成分及用途列于表1.7.3。气焊低碳钢时, 不需要熔剂。

表1.7.2 气焊熔剂简明表

牌号	名称	熔点/℃	适用材料
CJ101	不锈钢及耐热钢气焊熔剂	~900	不锈钢及耐热钢
CJ201	铸铁气焊熔剂	~650	铸铁
CJ301	铜及铜合金气焊熔剂	~650	铜及铜合金
CJ401	铝及铝合金气焊熔剂	~560	铝及铝合金

7.2 钎焊熔剂(钎剂)

钎剂是钎焊过程中用的熔剂，与钎料配合使用，是保证钎焊过程顺利进行和获得致密接头不可缺少的。钎剂的作用是清除熔融钎料和母材表面的氧化物，改善润湿性，保护钎料及母材表面不被继续氧化，改善钎料对母材的润湿性能，使其能顺利地实现钎焊过程。钎剂与钎料的合理选用对钎焊接头的质量起关键作用。

7.2.1 对钎剂的基本要求

1) 钎剂的熔点和最低活性温度比钎料低, 在活性温度范围内有足够的流动性。在钎料熔化之前钎剂就应熔化并开始起作用，去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜，为液态钎料的铺展润湿创造条件。

表1.7.3 常用气焊熔剂的牌号、化学成分及用途

牌号	化学成分/%	用途	焊接注意事项
CJ101 (气剂101)	瓷土粉30，大理石28，钛白粉20，电子发声挂图低碳锰铁10，硅铁6，钛铁6	有助于焊丝的润湿作用，能防止熔化金属被氧化，焊后覆盖在焊缝金属表面的熔渣易去除	1）焊前对施焊部分擦刷干净 2）焊前将熔剂用密度1.3的水玻璃均匀搅拌成糊状 3）用刷子将调好的熔剂均匀地涂在焊接处反面，厚度不小于0.4mm，焊丝上也涂上少许熔剂 4）涂完后约隔30min施焊
CJ201 (气剂201)	H3BO3 18 Na2CO3 40 MnO2 7 NaNO3 15	有潮解性，能有效地驱除铸铁在气焊过程中产生的硅酸盐合氧化物，有加速金属熔化的功能	1）焊前将焊丝一端煨热沾上熔剂，在焊接部位红热时撒上熔剂 2）焊接时不断用焊丝搅动，使熔剂充分发挥作用，则焊渣容易浮起 3）如焊渣浮起过多，可用焊丝将焊渣随时拨去
CJ301 (气剂301)	H3BO3 76~79 Na3B4O7 16.5~18.5 AlPO4 4~4.5	紫铜及黄铜气焊或钎焊助熔剂，能有效地溶解氧化铜和氧化亚铜，焊接时呈液体熔渣覆盖于焊缝表面，防止金属氧化	1）焊前将施焊部位擦刷干净 2）焊接时将焊丝一端煨热，沾上熔剂即可施焊
CJ401 (气剂401)	KCl 49.5~52 NaCl 27~30 LiCl 13.5~15 NaF 7.5~9	铝及铝合金气焊熔剂，起精练作用，也可用作气焊铝青铜熔剂	1）焊前将焊接部位及焊丝洗刷干净 2）焊丝涂上用水调成糊状的熔剂，或焊丝一端煨热沾取适量干熔剂立即施焊 3）焊后必须将焊件表面的熔剂残渣用热水洗刷干净，以免引起腐蚀

2) 应具有良好的热稳定性，使钎剂在加热过程中保持其成分和作用稳定不变。一般说来钎剂应具有不小于100℃的热稳定温度范围。美国人眼中的中国人

3) 能很好地溶解或破坏钎焊金属和钎料表面的氧化膜。钎剂中各组分的气化(蒸发)温度比钎焊温度高, 以避免钎剂挥发而丧失作用。

4) 在钎焊温度范围内钎剂应粘度小、流动性好，能很好的润湿钎焊金属、减小液态钎料的界面张力。

5) 熔融钎剂及清除氧化膜后的生成物比重应较小, 有利于浮在表面，呈薄膜层均匀覆盖在钎焊金属表面，有效的隔绝空气，促进钎料的润湿和铺展，不致滞留在钎缝中形成夹渣;

6) 熔融钎剂残渣不应对钎焊金属和钎缝有强烈的腐蚀作用, 钎剂挥发物的毒性小。

7.2.2 钎剂的分类

钎剂的组成物质主要取决于所要清除氧化物的物理化学性质。构成钎剂的组成物质可以是单一组元(如硼砂、氯化锌等)，也可以是多组元系统。多组元系统通常由基体组元、去膜组元和活性组元组成。

钎剂的分类与钎料分类相适应，通常分为软钎剂、硬钎剂、铝用钎剂等, 分别适用于不同的场合。各种钎焊熔剂和气焊熔剂的分类见表1.7.4。

表1.7.4 各种钎焊熔剂和气焊熔剂的分类

花园街5号

钎剂大类	钎剂小类	物质分类	物质组成
软钎剂	无机软钎剂 (腐蚀性钎剂)	无机酸	盐酸、、磷酸
		无机盐	氯化锌、氯化铵、氯化锌-氯化铵
	有机软钎剂 (弱腐蚀和无腐蚀)	弱有机酸	乳酸、硬脂酸、水杨酸、油酸
		有机胺盐	盐酸苯胺、磷酸苯胺、盐酸肼、盐酸二乙胺
		胺和酰胺类	尿素、乙二胺、乙酰胺、二乙胺、三乙醇胺
		天然树脂	松香、活化松香
硬钎剂	硼砂或硼砂基
	硼酸或硼酐基
	硼砂-硼酸基
	氟盐基
铝用钎剂	铝用软钎剂	铝用有机软钎剂(QJ204)
		铝用反应钎剂(QJ203)
	铝用硬钎剂	氯化物
		氧化物-氟化物
		氟化物
气体钎剂	炉中钎焊用气体钎剂	活性气体		氯化氢、氟化氢、
		低沸点液态化合物		三氯化硼、三氯化磷
		低升华固态化合物		氟化铵、氟硼酸铵、氟硼酸钾
	火焰钎焊用气体钎剂 (硼有机化合物蒸汽)	硼酸甲脂蒸汽
		硼甲醚脂蒸汽

(1) 软钎剂

软钎剂是指在450℃以下钎焊用的钎剂, 由成膜物质、活化物质、助剂、稀释剂和溶剂等组成，可分为无机软钎剂和有机软钎剂两类。

无机软钎剂具有很高的化学活性，去除氧化物的能力很强，热稳定性好，能促进液态钎料对钎焊金属的润湿，保证钎焊质量。这类钎剂适应钎焊温度范围较宽，但其残渣有强烈的腐蚀作用，故又称为腐蚀性软钎料，钎焊后必须清除干净。无机软钎剂可用于不锈钢、耐热钢、镍基合金等。有机软钎剂有水溶性和天然树脂(松香)之分，对母材几乎没有腐蚀性，故称非腐蚀性软钎剂。常用软钎剂的成分和性能见表1.7.5。

表1.7.5 常用软钎剂的成分和性能

类别	钎剂名称 (或型号)	化学成分 /%	钎焊温度 /℃	特点
无机盐软钎剂	氯化锌溶液(FS312A)	ZnCl240, H2O60	290～350	ZnCl2去除氧化膜的作用在于形成络合酸而溶解氧化物，氯化铵为活化剂，可提高钎焊性能，但去除氧化膜的能力有限，故主要是锡铅钎料钎焊钢、铜及铜合金时使用
	氯化锌-氯化铵溶液(FS311A)	ZnCl240, H2O55 NH4ClO5	180～320
	钎剂膏	ZnCl220, 凡士林75 NH4Cl15	180～320
	氯化锌盐酸溶液FS322A	ZnCl225 H2O50 HCl125	180～320	有较强的去除氧化物能力。当锡铅钎料钎焊铬钢、不锈钢、镍铬合金时应选用这类钎剂或ZnCl2-NH4Cl-HCl溶液钎剂
	剂205	ZnCl250 NaF5 NH4Cl15 CdCl230	250～400	是在ZnCl2-NH4Cl钎剂基上加入CdCl2和NaF而成，可提高钎剂的熔点，配合镉基、锌基钎料钎焊铝青铜、铝黄铜等
无机酸软钎剂	磷酸陶兴文 FS321	H3PO4 40～60 水 60～40	—	无机酸钎剂有磷酸、盐酸和等，通常以水溶液或酒精溶液形式使用，也可与凡士林调成膏状使用磷酸使用起来方便、安全，具有较强的去除氧化物的能力，钎焊铝青铜、不锈钢等合金时最为有效，也是最常用的无机酸软钎剂盐酸、，能强烈腐蚀金属，析出有害气体，故很少单独使用，一般仅作钎剂的添加成分
水溶性有机软钎剂	FS213	乳酸15，水85 (活性温度180~ 280℃) 盐酸肼5，水95 (活性温度150~ 330℃)	—	水溶性有机软钎剂的组成物质包括有机酸(如乳酸、水杨酸、柠檬酸等)，有机胺和酰胺类(如乙二胺、乙酰胺等)、胺基盐酸盐(盐酸乙二胺等)，醇类(如乙二醇、丙三醇)和水溶性树脂及其他一些附加成分等有机酸和有机胺盐类有机软钎剂有较强的去除氧化物的能力，热稳定性尚好，残渣有一定的腐蚀性，属弱腐蚀性钎剂，主要用于电气零件的钎焊
松香类有机钎剂	松香贞顺皇后FS111B FS111A	松香100 松香25，酒精75	150～300	松香是一种天然树脂，能溶于酒精、甘油、丙酮苯等而不溶于水，在温度高于150℃时，能溶解银、铜、锡的氧化物，适用于铜、镉、锡、银的钎焊
	FS113A	松香30, 水杨酸2.8 三乙醇胺1.4, 酒精余量	150～300	适用于铜及铜合金的焊接
	RJ12	松香30，氯化锌3 氯化胺1，酒精66	290～360	适用于铜、铜合金、镀锌铁及镍等的钎焊
	FS112A	松香24, 三乙醇氨 2, 盐酸二乙胺4, 酒精70	200～350	适用于铜、铜合金、镀锌铁及镍等的钎焊