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[摘 要] 采用组织分析和工况实验相结合的方法，研究了盐雾腐蚀对铜铝连接用新型钎料组织及性能的影响。结果表明：铝铜连接最好的方法是采用钎焊法，其钎料成分多为ZnAl15。锌铝钎料在盐雾腐蚀状态下铝组元被氧化，产生晶内拉应力，钎料会发生膨胀变形，应力加速腐蚀开裂。铜铝连接用锌铝钎料应避免放置于潮湿且盐雾较多的地方，要保持干燥，用前采用200℃、1.5h工艺进行烘干。
[关键词] 铜铝连接 钎料 盐雾腐蚀
铝代铜是目前工业中很有发展前景的一个方向。铜的资源性短缺和铜价的居高不下，促使科技工作者寻求铜的替代品。铝以其良好的性能及在地壳中较大的含量成为铜的替代品。在以铝代铜应用中，铜铝的连接成是目前的研究热点，铝-铜热管接头和铝-铜导管接头分别如图1中的a、b所示。
a）铝-铜热管接头 图1 铝铜连接产品
尽管铜和铝都是好的导电和导热体，但是铝与铜在物理性能及化学性能方面还存在较大的差异，其主要物理性能差别如表1所示。由于材料物理性能的不同以及连接时发生的冶金反应，连接异种金属比较困难。钎焊是最实用的方法。钎焊时钎料有很大的选择范围，所选的钎料必需能满足两种异种金属的要求，例如钎焊铝-铜时能同时润湿铝和铜，冶金反应恰当，力学性能良好，才可以满足钎焊的要求。目前可用于铜铝异种金属钎焊的钎料主要是锌铝钎料，其具有良好的填缝性和润湿性，焊接接头强度高，接头组织性能较好。锌铝钎料虽然有诸多优点，适宜用作铜铝钎焊，但是在存放的过程中，会随着放置时间而变脆，发生脆断。盐雾腐蚀是一个重要的影响因素[1-8]。
本文采用盐雾腐蚀法，结合扫描电镜、能谱分析，研究了其对锌铝钎料的组织和性能的影响，探讨了其脆断机理，为后期研究及工业生产提供了科学依据。
1、试验方法
1.1试验材料的制备
锌铝钎料的制备方法如图2所示，所得到的成品（药芯焊丝横断面）如图3所示。药芯边缘扫描形貌如图4所示。
1.2试验参数
本试验的设定是为了模拟夏天的实际环境。夏天高温多湿，并且盐分含量也较大。盐雾腐蚀拟定的试验时间为8～12d，具体时间可依实际试验情况做相应调整。盐雾腐蚀试验参数如表2所示。
注：盐雾沉降率是在75cm2/h情况下实施。
1.3表面处理
酸洗溶液是按一定比例配制的HF+HNO3+H2O（去离子水），酸洗时间为12s，以除去钎料表面的氧化膜，之后用去离子水漂洗干净，以清除试样表面残留的杂质。
1.4分析方法
腐蚀后的钎料经过抛光，用4%硝酸酒精腐蚀8s后在Quanta-200型扫描电镜上观察组织并进行能谱分析，在工况实验机上进行试验验证。
2、试验结果分析
2.1新制钎料形貌及能谱分析
新制钎料形貌及能谱分析如图5所示。
图5 新制钎料形貌及能谱分析
由图4可见，新制钎料中氧的质量分数为0.1%，铝为19.2%，锌为79.8%。
2.2盐雾腐蚀后的钎料形貌及能谱分析
盐雾腐蚀后的钎料形貌及能谱分析如图6所示。
由图6可见，盐雾腐蚀后的钎料中氧的质量分数为0.15%，铝为28.4%，锌为70.45%。
钎料腐蚀后有增重现象发生，说明在腐蚀的过程中，盐雾与锌铝钎料发生了电化学腐蚀，有腐蚀产物的生成。且铝的含量增加，锌的含量降低，说明盐雾腐蚀改变了锌铝钎料的化学成分。
图6 盐雾腐蚀后的钎料形貌及能谱分析
钎料在经盐雾腐蚀后容易发生脆断，是由晶間腐蚀引起的尺寸性能的不稳定现象。钎料在连接铜铝工件工作后不久，尤其是压铸的锌铝合金，容易在有盐雾的环境中发生膨胀、变形，严重的甚至开裂、破碎，放置时间的延长，钎料的组织形貌和相组成发生了变化，氧含量也慢慢增加，晶界变得模糊，抗拉强度和断后伸长率随放置时间延长而下降。
综上所述，铜铝连接用锌铝钎料应避免放置于潮湿且盐雾较多的地方，要保持干燥，用前采用200℃、1.5h的工艺进行烘干。
3、结论
1）铝铜连接最好的方法是采用钎焊法，其钎料成分多为ZnAl15。
2）锌铝钎料在盐雾腐蚀状态下铝组元被氧化，产生晶内拉应力，钎料会发生膨胀变形，应力加速腐蚀开裂。
3）铜铝连接用锌铝钎料应避免放置于潮湿且盐雾较多的地方，要保持干燥，用前采用200℃、1.5h的工艺进行烘干。
参考文献：
[1] Koyama K，Shinozaki K J，Lkeda K J，et al．Evaluation of brazing properties using Al-Si-Mg-Bi brazing alloy-development of brazing technique for Al-Cu dissimilar joint[J] ．Journal of Light Metal Welding and Construction，2002，40(9)：13～20.
[2] 龙伟民.药芯铝焊丝的研究及其应用[D]．[硕士学位论文] .北京：清华大学，1998.
[3] 孙连超，田荣璋.锌及锌合物理冶金学[M]．长沙：中南工业大学出版杜，1994，50～70.
[4] 汤宏群，曾建民，李会玲等. Zn-Al系二元相图的研究[J].特种铸造及有色合金，2006，26（6）：387~388.
[5] 龙伟民，张雷，程亚芳.铝与铜连接技术的研究[J]．金属加工，2008，12：47～49.
[6] 孙德超，胡伟.Al-Cu接头钎焊研究[J]．焊接技术，2002，31（2）：18～19.
[7] 翟金昆.金属高温腐蚀[M].北京：北京航空航天大学出版社，1994.20~64.
[8] 杨瑞鹏，蔡珣，李培祖等.铝铜直接钎焊的研究[J].焊接技术，1999，28（5）：4~5.
注：
郑州大学2011年度大学生创新性实验计划项目“高熔敷强润湿铜铝连接用新型钎料的研制”
[关键词] 铜铝连接 钎料 盐雾腐蚀
铝代铜是目前工业中很有发展前景的一个方向。铜的资源性短缺和铜价的居高不下，促使科技工作者寻求铜的替代品。铝以其良好的性能及在地壳中较大的含量成为铜的替代品。在以铝代铜应用中，铜铝的连接成是目前的研究热点，铝-铜热管接头和铝-铜导管接头分别如图1中的a、b所示。
a）铝-铜热管接头 图1 铝铜连接产品
尽管铜和铝都是好的导电和导热体，但是铝与铜在物理性能及化学性能方面还存在较大的差异，其主要物理性能差别如表1所示。由于材料物理性能的不同以及连接时发生的冶金反应，连接异种金属比较困难。钎焊是最实用的方法。钎焊时钎料有很大的选择范围，所选的钎料必需能满足两种异种金属的要求，例如钎焊铝-铜时能同时润湿铝和铜，冶金反应恰当，力学性能良好，才可以满足钎焊的要求。目前可用于铜铝异种金属钎焊的钎料主要是锌铝钎料，其具有良好的填缝性和润湿性，焊接接头强度高，接头组织性能较好。锌铝钎料虽然有诸多优点，适宜用作铜铝钎焊，但是在存放的过程中，会随着放置时间而变脆，发生脆断。盐雾腐蚀是一个重要的影响因素[1-8]。
本文采用盐雾腐蚀法，结合扫描电镜、能谱分析，研究了其对锌铝钎料的组织和性能的影响，探讨了其脆断机理，为后期研究及工业生产提供了科学依据。
1、试验方法
1.1试验材料的制备
锌铝钎料的制备方法如图2所示，所得到的成品（药芯焊丝横断面）如图3所示。药芯边缘扫描形貌如图4所示。
1.2试验参数
本试验的设定是为了模拟夏天的实际环境。夏天高温多湿，并且盐分含量也较大。盐雾腐蚀拟定的试验时间为8～12d，具体时间可依实际试验情况做相应调整。盐雾腐蚀试验参数如表2所示。
注：盐雾沉降率是在75cm2/h情况下实施。
1.3表面处理
酸洗溶液是按一定比例配制的HF+HNO3+H2O（去离子水），酸洗时间为12s，以除去钎料表面的氧化膜，之后用去离子水漂洗干净，以清除试样表面残留的杂质。
1.4分析方法
腐蚀后的钎料经过抛光，用4%硝酸酒精腐蚀8s后在Quanta-200型扫描电镜上观察组织并进行能谱分析，在工况实验机上进行试验验证。
2、试验结果分析
2.1新制钎料形貌及能谱分析
新制钎料形貌及能谱分析如图5所示。
图5 新制钎料形貌及能谱分析
由图4可见，新制钎料中氧的质量分数为0.1%，铝为19.2%，锌为79.8%。
2.2盐雾腐蚀后的钎料形貌及能谱分析
盐雾腐蚀后的钎料形貌及能谱分析如图6所示。
由图6可见，盐雾腐蚀后的钎料中氧的质量分数为0.15%，铝为28.4%，锌为70.45%。
钎料腐蚀后有增重现象发生，说明在腐蚀的过程中，盐雾与锌铝钎料发生了电化学腐蚀，有腐蚀产物的生成。且铝的含量增加，锌的含量降低，说明盐雾腐蚀改变了锌铝钎料的化学成分。
图6 盐雾腐蚀后的钎料形貌及能谱分析
钎料在经盐雾腐蚀后容易发生脆断，是由晶間腐蚀引起的尺寸性能的不稳定现象。钎料在连接铜铝工件工作后不久，尤其是压铸的锌铝合金，容易在有盐雾的环境中发生膨胀、变形，严重的甚至开裂、破碎，放置时间的延长，钎料的组织形貌和相组成发生了变化，氧含量也慢慢增加，晶界变得模糊，抗拉强度和断后伸长率随放置时间延长而下降。
综上所述，铜铝连接用锌铝钎料应避免放置于潮湿且盐雾较多的地方，要保持干燥，用前采用200℃、1.5h的工艺进行烘干。
3、结论
1）铝铜连接最好的方法是采用钎焊法，其钎料成分多为ZnAl15。
2）锌铝钎料在盐雾腐蚀状态下铝组元被氧化，产生晶内拉应力，钎料会发生膨胀变形，应力加速腐蚀开裂。
3）铜铝连接用锌铝钎料应避免放置于潮湿且盐雾较多的地方，要保持干燥，用前采用200℃、1.5h的工艺进行烘干。
参考文献：
[1] Koyama K，Shinozaki K J，Lkeda K J，et al．Evaluation of brazing properties using Al-Si-Mg-Bi brazing alloy-development of brazing technique for Al-Cu dissimilar joint[J] ．Journal of Light Metal Welding and Construction，2002，40(9)：13～20.
[2] 龙伟民.药芯铝焊丝的研究及其应用[D]．[硕士学位论文] .北京：清华大学，1998.
[3] 孙连超，田荣璋.锌及锌合物理冶金学[M]．长沙：中南工业大学出版杜，1994，50～70.
[4] 汤宏群，曾建民，李会玲等. Zn-Al系二元相图的研究[J].特种铸造及有色合金，2006，26（6）：387~388.
[5] 龙伟民，张雷，程亚芳.铝与铜连接技术的研究[J]．金属加工，2008，12：47～49.
[6] 孙德超，胡伟.Al-Cu接头钎焊研究[J]．焊接技术，2002，31（2）：18～19.
[7] 翟金昆.金属高温腐蚀[M].北京：北京航空航天大学出版社，1994.20~64.
[8] 杨瑞鹏，蔡珣，李培祖等.铝铜直接钎焊的研究[J].焊接技术，1999，28（5）：4~5.
注：
郑州大学2011年度大学生创新性实验计划项目“高熔敷强润湿铜铝连接用新型钎料的研制”