張冠星，龍偉民，裴夤崟，崔艷艷

(1.新型釬焊材料與技術(shù)國家重點實驗室(鄭州機械研究所)，鄭州450001;2.河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院，河南 平頂山 467000)

銀焊料具有優(yōu)良的釬焊工藝性能，適宜的熔化溫度范圍，良好的潤濕性和填充間隙的能力，并且強度高、塑性好、導(dǎo)電性和耐蝕性優(yōu)良可以用來釬焊除鋁、鎂及其它低熔點金屬以外的黑色和有色金屬.帶狀釬料在生產(chǎn)過程中要用到軋制油，而這些油污在不完全燃燒的情況下的殘留物在反復(fù)軋制退火的過程中會附在釬料表層.國家標(biāo)準(zhǔn)GB10046－2008《銀基釬料》中規(guī)定雜質(zhì)元素總量不應(yīng)超過0.15%，而對雜質(zhì)元素的種類及其含量未作出規(guī)定，國外的一些銀基釬料國家標(biāo)準(zhǔn)也沒有這方面的規(guī)定.目前對銀基釬料雜質(zhì)元素的研究集中在 Pb、Bi、Al、Fe、S、Ca、O 元素［1－5］，國內(nèi)外還未見雜質(zhì)元素C對釬料自身及釬焊工藝性進行評價的報道，對C元素的研究主要集中在鋼鐵材料、鈦合金等［6－8］.文中試驗以銀基釬料為例，主要研究碳在釬料表面的存在狀態(tài)及其對鋼基體焊接工藝性能的影響，初步界定碳對釬焊性能的影響.

1 試驗

試驗選用銀、銅、鋅等原材料，運用中頻感應(yīng)熔煉澆鑄成直徑為90 mm的鑄錠，而后用臥式擠壓機擠壓為3.5 mm×40 mm的板帶坯料，分別采用有油和無油兩種不同的軋制工藝進行軋制，最后制得0.2 mm×40 mm的釬料，將所需釬料進行超聲波酸洗后觀察釬料的微觀組織，并在惰性氣體保護的手套箱中進行潤濕試驗.試驗過程中將兩種工藝軋制的釬料及其在鋼基體上潤濕后的試樣剖面鑲樣，先在砂帶機上進行粗磨，而后用不同粒度的水砂紙進行逐級細(xì)磨，最后用2.5 μm和1.5 μm的金剛砂拋光膏進行拋光.采用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡檢測釬料合金的微觀組織，采用 EDS 線掃描分析釬料中 Ag、Cu、Zn、Cd、C 元素的分布.

通過對材料表層進行X射線衍射(銅靶，Kα射線，衍射角10°～90°)，分析其衍射圖譜，獲得材料表層物相組成.

2 結(jié)果與分析

2.1 釬料潤濕試驗

將兩種不同軋制工藝條件下的釬料在316LN不銹鋼板上進行潤濕試驗，所得宏觀形貌如圖1所示.從圖1潤濕結(jié)果上可以看出，有油軋制的釬料在潤濕邊緣有黑色物質(zhì)存在，釬料亂流;而無油軋制的釬料表面光潔，潤濕效果明顯優(yōu)于有油軋制的釬料.

圖1 有油和無油軋制釬料在鋼基體上的潤濕宏觀形貌

2.2 微觀組織分析

為了進一步探究有油軋制后的釬料流鋪性改變的原因，對釬料進行了微觀組織、元素線掃面及釬料表層XRD分析.

圖2為有油軋制和無油軋制微觀形貌，有油軋制的釬料的表層凸凹不平，而無油軋制釬料表面相對來說比較平整.對兩種工藝的釬料進行線掃面分析，分析結(jié)果如圖3和圖4所示.

圖2 有油和無油軋制釬料微觀組織

圖3 有油軋制釬料線掃描圖譜

圖4 無油軋制釬料線掃描圖譜

從圖3(b)和圖4(b)上可以看出有油軋制的釬料會在其表面富集大量的C元素，厚度約為3～7 μm，而無油軋制的釬料表面無碳元素的富集;整體上來看，釬料中Cu、Zn兩種元素的峰值出現(xiàn)的位置基本一致，可能形成了大量的CuZn相;而Ag、Cd兩種元素的峰值出現(xiàn)的位置基本一致，可能形成了大量的AgCd相.圖5為有油軋制釬料表層的XRD能譜分析.

圖5 有油軋制釬料表面的XRD能譜分析

由圖5可以看出，有油軋制后的釬料表層含有游離的C分子;含碳的化合物C2CdO4和、ZnC8;CuO、AgO、CdO 氧化物;CuZn、AgCd等物相.

將有油軋制釬料在鋼基體上潤濕后的試樣從中間剖開，觀察其斷面組織并進行能譜分析，結(jié)果如圖6所示.

圖6 有油軋制釬料潤濕鋼基體微觀組織形貌

從圖6及表1的能譜分析可以看出，釬料在鋼基體表面潤濕后，釬料表面的含碳層將存在三種不同的形式.部分碳分子來不及上浮到表面而被包裹在釬料內(nèi)部，在其內(nèi)部成為游離的碳分子，如圖6中A點所示;而部分碳分子隨著釬料的熔化開始上浮，處于釬料周圍，隨著釬料的熔化鋪展，這些碳分子顆粒被液態(tài)釬料推到了鋪展的最前沿，在液態(tài)釬料周圍形成一個包圍圈，而碳是一種常用的阻流劑，它將阻礙釬料的鋪展，從而導(dǎo)致釬料的鋪展性能下降，如圖6中 B點所示，和圖1(a)中的宏觀形貌相一致;還有一部分形成C2CdO4等復(fù)雜化合物，如圖6中C點所示，當(dāng)這些化合物與液相相接觸時，只有滿足自由能減少這一熱力學(xué)條件，液相對其潤濕過程才能發(fā)生，而液態(tài)金屬與這些復(fù)雜氧化物之間存在一個相當(dāng)大的界面能，液態(tài)金屬對氧化物的潤濕能力相當(dāng)差，都將明顯降低釬料對鋼基體的潤濕性，也將影響后續(xù)的焊接強度等.

表1 圖6中A、B、C能譜分析

因此在釬料的生產(chǎn)過程中應(yīng)采用無油軋制，在無法避免的情況下盡量減少有油軋制的次數(shù)，將殘留碳的含量降低到最小程度，減少殘留含碳層對后期釬料焊接性能的影響，提高釬料的品質(zhì).

3 結(jié)論

1)有油軋制的釬料會在其表面形成一層含碳層，厚度約為3～7 μm，碳在釬料表面主要以游離的碳分子和ZnC8、C2CdO4形式存在.

2)釬料熔化后，部分碳分子來不及上浮到表面而被包裹在釬料內(nèi)部，在其內(nèi)部成為游離的碳分子.

3)部分碳分子隨著釬料的熔化鋪展，處于釬料周圍，這些碳分子顆粒被液態(tài)釬料推到了鋪展的最前沿，在液態(tài)釬料周圍形成一個包圍圈，從而導(dǎo)致釬料的鋪展性能下降.

4)部分形成的含碳的復(fù)雜化合物與液態(tài)金屬的潤濕性較差，無法形成連續(xù)的有效連接，降低釬料的焊接強度.

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