铝共晶接触反应钎焊界面形成及腐蚀机理研究.pdf

第14卷第3期农业工程学报Vol.14No.3
1998年9月TransactionsoftheCSAESept.1998

铝共晶接触反应钎焊界面形成
及腐蚀机理研究*

徐德生¹邱小明孙大谦吴山力
(吉林工业大学)

摘要用电子探针和扫描电镜研究了铝共晶接触反应钎焊时钎缝界面的形成及其抗电化学腐
蚀性能。试验结果表明,在Al-Zn共晶接触反应钎焊钎缝中加入Cu可有效地破坏母材Al表面的
氧化膜,避免Zn对Al的溶蚀,并形成润湿性良好的Al-Zn-Cu共晶反应钎缝;钎缝的腐蚀过程是
沿晶界进行的。
关键词铝钎焊电化学腐蚀共晶反应

铝导热性能优良、比重轻、价格低,在生产中应用愈来愈广,用铝代替铜是目前国内外的
主要发展趋势〔1〕。铝及铝合金与其它金属相比钎焊比较困难。铝合金硬钎焊时,由于钎料的
熔点同铝及铝合金的熔点相差不大,因而钎焊质量难以控制;铝及铝合金软钎焊时,由于钎
料和母材之间电极电位相差悬殊,给钎缝的抗腐蚀性能带来不利影响。铝合金钎焊问题一直
影响着铝及铝合金在工业生产中的应用。
共晶接触反应钎焊是利用异种金属形成共晶的特点,在界面接触良好的条件下加热到
共晶温度以上,依靠金属间的相互扩散,在界面处形成共晶体作为钎料把金属钎焊起来的方
法。此种钎焊温度低,不用钎剂且钎缝再熔化温度高,近年来引起了广泛重视,是一个飞速发
展的新钎焊方法。铝和许多金属可以形成共晶,利用铝的共晶接触反应钎焊可以在较低的钎
焊温度下获得优质的钎缝,是非常有开拓前景的方法。铝共晶接触反应钎焊的主要问题是钎
缝界面形成及电化学腐蚀问题,对此进行研究对促进铝共晶接触反应钎焊的实际生产应用
意义十分重大。

1试验方法

试验用的母材为工业纯Al,有两种规格:25mm×10mm×1mm和25mm×10mm×
3mm。中间共晶反应层分别选用:Ag、Ni、Si、Zn、Cu、Ti。钎焊前所有试验材料都进行化学去
除氧化膜。
全部钎焊试验是在石英管中的高频感应加热炉中进行的。为了防止试件在加热过程中
氧化,在石英管内通入纯度为99.99%的氩气。试件放在圆形高纯石墨套中加热,以保证加

收稿日期:1997-12-301998-07-20修订
*吉林省科委和机械部教育司发展基金资助项目(95AJ0102)
¹徐德生,工学硕士,讲师,长春市人民大街142号吉林工业大学焊接教研室,130025
第3期徐德生等:铝共晶接触反应钎焊界面形成及腐蚀机理研究61

热均匀和准确控制加热温度。接触反应钎焊时,对钎焊接头施加一定的压力,确保母材与反
应层接触良好,有利于共晶接触反应熔化的进行;同时,加压又可使形成的液相从间隙内挤
出,有利于提高接头质量。钎焊温度为共晶温度+10℃。
2结果讨论

2.1钎缝的形成
Al可以和许多金属形成共晶,但是由于各自的原因,或者是共晶温度高,或者是形成的
共晶液相比较脆,因而,很难获得优质的钎焊接头。Al和Zn形成共晶,共晶温度为382℃,
且Al-Zn在很大范围内生成固溶体,因此,Al-Zn特别适合共晶接触反应钎焊。但在实际钎
焊时发现,只用Zn作共晶反应层,不能实现共晶接触反应钎焊。形成的液相不润湿母材,而
是被挤出接头外部形成钎料珠。对母材Al表面进行扫描
电镜和X射线衍射分析,发现Al表面已经滋生出一层
致密的氧化膜。因此要实现Al-Zn共晶接触反应钎焊,必
须破坏Al表面的氧化膜。
考察Al和其它金属的共晶接触反应钎焊,Al-Cu是
〔〕
最易进行共晶接触反应的2,且Al-Zn-Cu可形成三元共
晶。在Al和Zn之间夹一很薄的铜箔便可实现Al-Zn-Cu
共晶接触反应钎焊。此时,形成的共晶液相不但润湿母材
Al,并可在接头处形成很好的钎焊圆角,如图1示。
图1共晶反应接头
2.2界面分析
Fig.1Eutecticreactionjoint
图2为Al-Zn-Cu共晶接触反应钎焊的界面照片。钎
缝由连续分布的黑块区和弥散区组成,为典型的共晶组
织。利用电镜对贯穿整个钎缝含锌量进行的线扫描表明,
锌的含量分布极不均匀,特别是在靠近母材处急剧减少。
这说明钎缝组织并非通常的一次结晶形成的。实际上,未
钎焊前在接头部位存在两种类型的界面,即Al-Cu界面
和Al-Cu与Zn界面。试验表明,该两种界面都可以较容
易地实现共晶反应,只是所需要的最低温度不同。可以通
过如下几个阶段来描述钎缝界面形成过程。
第一阶段:在400℃左右,Cu优先沿Al表面晶界扩图2钎缝界面
散和富集(图3)。Fig.2Brazedseaminterface
第二阶段:在420℃～548℃以内,Zn熔化;Cu沿Al表面晶界扩散加快,在加热至530
℃左右,Al表面氧化膜开始龟裂,在548℃,扩散达到Al-Cu共晶成份后,便会发生共晶反
应,形成共晶液相。随着