铟对银基钎料润湿铺展性的影响研究

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摘要：本文通过含铟量不同的银基钎料在黄铜、紫铜板上的润湿铺展性试验，研究分析了铟元素的加入对钎料的熔化性能和铺展性能的影响规律，试验结果表明，在一定范围内，随着铟含量的增加，铺展面积逐渐增大，改善钎料的润湿性。

关键词：银基钎料；铟；铺展性能

中图分类号：P618.82 文献标识码：A

银基钎料熔化温度不太高，润湿性能好，具有良好的强度、延展性、导热性、导电性和抗腐蚀性能，广泛应用于低碳钢、结构钢、不锈钢、铜及铜合金、可伐合金、难熔合金的钎焊，是一种应用最广泛的硬钎料。在家用电器、（发）电机、电子电器、眼睛架制造、电动工具等行业中，每年都要消耗大量的银基钎料。国内外对银钎料的研究，归根到底是分析研究银钎料中合金元素的影响作用，并以此为基础，开发出各种性能优良的钎料，来满足工业生产中各种各样的要求。

一、 钎料铺展性能试验

钎料的铺展性能是衡量钎料工艺性的重要指标之一，如润湿不好，很容易造成虚焊和未焊透，导致接头性能及成品率急剧下降。因此本实验对各钎料的润湿铺展性进行了测定、对比。

润湿是液相取代固相表面的气相的过程，按润湿过程是否存在反应可分为两种形式，反应润湿和非反应润湿（物理润湿）。当液态处于自由状态时，为使其本身处于稳定状态，它力图保持球形表面。当液体与固体接触时，这种情况将发生改变，其变化取决于液体内部的内聚力和液固表面间的附着力，当内聚力大于附着力时，液体不能润湿固体表面，反之，则可以发生润湿作用。

目前，从理论上还没办法完全确定润湿性的好坏，通常借助试验的方法间接评定。本试验采用的方法是：将一定质量的钎料放在母材上，采取相应得去膜措施，在规定的温度下保持一定时间。冷凝后测定钎料铺展面积的大小作为评定的尺度。铺展面积越大，钎料的润湿性越好[1]。

（1）铺展性的测试方法

铺展法是在基底材料(本论文中的基底为紫铜、黄铜板)放置好钎料试样和钎剂，加热一定时间使其熔化，测量得到焊料的铺展面积或铺展率，以此评价焊料的润湿性。我国国家标准GB11364-87规定采用焊料在基底上润湿并凝固后的铺展面积表征焊料的润湿性。然而，铺展法测试的是钎料在基底材料上润湿完成后的表征量，是一种静态的测量方法。这种方法无法反映整个润湿进程。

本实验测试不同温度下的不同含铟量的钎料的对比实验，测试不同钎料的钎料铺展性能；按标准GB11364－87《钎料铺展性及填缝性试验方法》进行钎料铺展实验[2]。

（2）实验材料

①试件为紫铜、黄铜，紫铜的规格为40×40×2mm，黄铜的规格为50×50×2mm,实验前先做以下准备工作：首先选用400#砂纸沿同一方向打磨紫铜、黄铜，从而去除毛边、毛刺；然后用丙酮擦拭铜板，除去油污及氧化物，实验时还需要将钎料的氧化层除去，并用丙酮洗涤，然后吹干。

②钎料为含铟的分别为0.5％、0.8％、1.0％、1.2％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％的八种银铜锌铟钎料。钎料为细丝状，八种钎料试样用量一致，用量皆为0.2g±0.02g。如表1所示：

表1 各钎料的成分表

钎料编号 成 分

Ag Zn In Cu Sn

1号 30 35 0.0 32.5 2

2号 30 35 0.5 32.5 2

3号 30 35 0.8 32.2 2

4号 30 35 1.0 32.0 2

5号 30 35 1.2 31.8 2

6号 30 35 1.5 31.5 2

7号 30 35 2.0 31.0 2

8号 30 35 2.5 30.5 2

9号 30 35 3.0 30.0 2

注示：本文成分无特别说明，均为质量百分比(wt.%)。

③钎剂要求具有高活性、能覆盖钎料。所以选FB102，成分为KBF423%、KF42%、B2O335%。

（3）实验装置

本实验采用SX-4-10箱式电炉。为了准确测定钎料的润湿铺展性，在试样下面垫一块耐火砖，以便于更好的传热。规格为230mm×113mm×65mm。

（4）实验步骤

①将实验平台在炉中预热到实验温度，依据钎焊手册标准进行，将温度设在850℃；

②将八种钎料分别置于紫铜、黄铜表面中心位置，同时把钎剂FB102覆盖于钎料上；

③将电炉温度调到850℃，再分别把紫铜、黄铜放进炉中的实验平台上，保温时间为180s左右（记录的时间以实际的时间为准）。一次放一种钎料，共进行八次。在此过程中，记录下钎料的熔化、铺展温度，铺展的好坏，和实际铺展过程的时间；

④将铺展后的铜板洗干净，计算其铺展的面积。

（5）计算铺展面积

用AUTOCAD计算面积，在菜单栏中选择插入光栅图像，在工具栏里选择计算面积，接着将光标依次点击所要计算的边缘，完成后按回车键，面积结果则显示在信息栏里。将硬币的实际面积和测得面积相比，再将此比例换算成所测目标的测量面积，就可以求出目标的真实铺展面积。

二、钎料润湿铺展试验及结果分析

表2In元素对钎料润湿性的影响

钎料编号 黄铜（铺展面积/mm2） 紫铜（铺展面积/mm2）

1号 455 311

2号 461 315

3号 528 320

4号 550 331

6号 716 380

7号 740 421

8号 780 469

9号 815 510

表2显示了含铟量不同的钎料在黄铜、紫铜上的铺展面积情况。为了更加清楚的显示In元素含量改变对合金铺展性的影响，根据表2中的数据绘制了钎料的铺展面积随In元素含量变化的曲线图1。

图1In元素对钎料润湿性的影响

由下图可以看出：随着铟元素含量的增加,钎料的润湿铺展性能整体呈上升趋势。这是因为实际液态金属都是粘性液体，其流动性能可用液态金属的粘度来衡量，粘度

越大，则流动性越差。而粘度与液态金属的过热度成反比，因此当钎焊温度一定时，钎料的熔化温度越低，则液态钎料合金的过热度越大，从而引起液态钎料合金的粘度降低，流动性增强。钎料的熔化温度升高时，过热度减小，粘度增大，流动性减弱。

所以，由于铟是低熔点元素（仅有156.634℃），可降低钎料的熔化温度，引起液态钎料合金的过热度增大，粘度降低，流动性增强，从而改善钎料的润湿性。

另外，由Ag-In和Cu-In二元相图可以看出：只有当In的含量达到20%～30%时，In才会和Ag或者Cu发生包晶反应。故在本实验中所加In含量的情况下，随着In含量的增加，理论上合金钎料的熔化温度逐渐降低，钎料合金的过热度会逐渐增大，液态钎料的粘度逐渐降低，流动性增强，钎料的铺展面积会逐渐增加。这也与理论研究吻合。

三、结论

本文通过不同含量的In的加入对Ag-Cu-Zn钎料热力学试验及在黄铜、紫铜板上的润湿铺展性试验，研究分析了In元素的加入对钎料的熔化特性和铺展性能的影响规律；通过试验，结合理论分析，可以得出以下结论：

In含量不同银钎料铺展性能试验结果表明，无论是紫铜还是黄铜板，在一定范围内，随铟含量的增加，铺展面积逐渐增大，主要是由于In元素的熔点很低，加入钎料合金后，降低钎料的熔化温度，引起液态钎料合金的过热度增大，粘度降低，流动性增强，从而改善钎料的润湿性。

参考文献：

[1]曾 欣.滤料表面性质的研究润湿接触角的测定[J].西北民族大学学报.2006,（3）:18-19

[2]张启运,庄鸿寿.钎焊手册[M]. 北京:机械工业出版社, 1995