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【摘 要】在材料技术工艺不断发展的情况下使得很多新材料、新工艺被用于实际工业生产中，扩大了新材料的应用面。将两种或两种以上类型的金属通过相关工艺进行连接可以获取金属连接结构，然而这种金属连接结构无论是在功能上还是实用性上较母材金属更具优势。从当前金属连接应用情况来看无论是在传统工业还是在航空业、电子制造业以及汽车行业等都已经有了广泛应用，未来它还将具备更大的发展空间。本文对铝铜钎焊用Sn-Zn基无铅钎料进行了综合性分析并提出了相关观点，供以参考。
【关键词】铝；铜；钎焊；无铅钎料
0. 引言
在金属连接结构实际应用过程中由于不同金属材料所具备的物理性质以及化学性质存在着较大的差异，例如不同金属的强度、热膨胀性、密度等均有所不同，而这些属性的差异将会给金属连接带来直接阻碍[1]。例如冶金不相容性差异表现较大时将会在金属表面出现生脆性化合物相，同时出现热物理性能无法契合时将会导致残余应力出现。在某些特殊情况下由于母材金属性能差异程度巨大将会导致界面力学失配，使得金属难以连接，甚至对金属整体性结构产生影响。为了让金属连接能够顺利进行就需要对此环节进行完善，通过利用合理的连接材料并对相关工艺进行改善。
1. 铝铜连接技术概述
以下为铝铜两种材料物理及化学性质差异，具体如下表所示：
表1 铝铜化学性能差异
表2 铝铜物理性能差异
从铝铜焊接情况来看铝性质较为活泼，即便置于空气当中也会被氧化并且在表面生成一层致密的氧化膜，即便是铝合金也会在表面生成一层氧化膜。然而铜却不易被氧化，但其表面也会存在养护膜。基于以上特性使得铜铝钎焊过程中会更深一步氧化，从而产生新的氧化膜从而使得钎焊无法形成有效接头，因此若要保证铝铜有效钎焊就必然要采取相关工艺来抑制氧化膜的生成或将其除去[2]。从脆性角度来看铜铝及外层电子结构差异性显著，这也从侧面放映出铜铝间的冶金不相容性差异明显。一方面在固态条件下铝铜存在形式以化合物为主，并且两者直接可生成多种化合物，由于这个过程中会出现极脆的金属间化合物相，因此在焊缝出现后将会导致铝铜接头性能下降。另外残余应力、气孔以及接头腐蚀性问题等均会给实际钎焊带来影响。
2. Sn-Zn基无铅钎料性能分析
从性能上来看Sn-Zn基无铅钎料无论是在铜表面还是铝表面上均有理想的湿润性，基于该特性可得到较为理想的钎焊接头，当然钎料中锌含量决定了钎料的具体性能如力学特征，腐蚀性等。从微观组织角度来看Sn-Zn基无铅钎料主要由Sn基体以及Zn基体构成，正常情况下钎料具备亚共晶组织特征，Zn主要以表现为颗粒状于Sn相周围分布。当Zn含量逐渐递增时，Zn形态也会发生变化，从颗粒状变为针状。当Zn含量继续扩增时将会导致其形态变成枝晶，这种形态相对于颗粒形态抗氧化性有所下降并且会造成钎料铺展性能下降也会对液态钎料的流动产生制约[3]。另外钎焊接头的质量与母材间的湿润能力存在密切联系，相关研究表明Sn-Zn钎料在铝上润湿性较为理想，当锌含量逐渐上升时将会使得钎料的铺展能力下降，并且在铝表面上的铺开面积将逐渐缩减。
Sn-Zn基无铅钎料在抗腐蚀方面性能表现并不理想，在锌含量逐渐升高时将会导致自腐蚀电位下降，主要还是由于锌本身的抗腐蚀性较差，当锌含量上升时，锌相也会不断上升因此会制约钎料的耐腐蚀性。另外钎焊接头的质量关系到整个钎焊过程能否顺利进行并达到预期目标。在相关研究中表明当锌含量上升时将会使得接头剪切强度上升，换句话说亚共晶钎料不如共晶钎料或过共晶钎料构成的接头。一般情况下当新含量上升时特别是对于液态钎料而言锌在实际钎焊过程中与铝基板接触时将会发生明显的扩散作用，这将促使Sn/Al连接变成Sn-Zn-Al连接，并且会产生固溶区。通过仪器测定发现接头连接强度在出现固溶区后由17MPa上升至23.5MPa。
综合来看钎料中锌的含量对于材料本身性能有着至关重要的影响，当锌含量逐渐上升时接头剪切强度也将随之上升。为了让钎料的防腐能力得以提升就需要增强接头的抗腐蚀性能，一般情况下腐蚀区域位于铝侧面。通过加入锌使得铝侧结合力得以提升，这有效改善了接头力学性能，也从一定程度上增进了接头的抗腐蚀性能。以团簇、连接原子理论作为基础设计相关模型所得到的近共晶无铅钎料不仅仅具备了共晶合金的性质，并且组织结构呈均匀分布态使得钎料的具备了良好的润湿性能。钎料中铝含量的提升可促使钎料抗腐蚀能力得以增进。
3. 结语
铝铜钎焊用Sn-Zn基无铅钎料改善了钎焊整体质量，特别是对接头质量具有明显的改善作用，其中需要调配锌与铝的含量，保持整个过程能够顺畅进行。■
参考文献
[1] 董丰波，张春杰，易宏强. 铝/铜搅拌摩擦焊接头力学性能与断口形貌分析[J]. 热加工工艺，2011（23）.
[2] 张满，薛松柏，戴玮. Ag元素对Zn-Al钎料性能的影响[J]. 焊接学报，2010（10）.
[3] 黄惠珍，魏秀琴，周浪. Sn-9Zn-xP无铅焊料合金性能研究[J]. 材料工程，2010（03）.
【关键词】铝；铜；钎焊；无铅钎料
0. 引言
在金属连接结构实际应用过程中由于不同金属材料所具备的物理性质以及化学性质存在着较大的差异，例如不同金属的强度、热膨胀性、密度等均有所不同，而这些属性的差异将会给金属连接带来直接阻碍[1]。例如冶金不相容性差异表现较大时将会在金属表面出现生脆性化合物相，同时出现热物理性能无法契合时将会导致残余应力出现。在某些特殊情况下由于母材金属性能差异程度巨大将会导致界面力学失配，使得金属难以连接，甚至对金属整体性结构产生影响。为了让金属连接能够顺利进行就需要对此环节进行完善，通过利用合理的连接材料并对相关工艺进行改善。
1. 铝铜连接技术概述
以下为铝铜两种材料物理及化学性质差异，具体如下表所示：
表1 铝铜化学性能差异
表2 铝铜物理性能差异
从铝铜焊接情况来看铝性质较为活泼，即便置于空气当中也会被氧化并且在表面生成一层致密的氧化膜，即便是铝合金也会在表面生成一层氧化膜。然而铜却不易被氧化，但其表面也会存在养护膜。基于以上特性使得铜铝钎焊过程中会更深一步氧化，从而产生新的氧化膜从而使得钎焊无法形成有效接头，因此若要保证铝铜有效钎焊就必然要采取相关工艺来抑制氧化膜的生成或将其除去[2]。从脆性角度来看铜铝及外层电子结构差异性显著，这也从侧面放映出铜铝间的冶金不相容性差异明显。一方面在固态条件下铝铜存在形式以化合物为主，并且两者直接可生成多种化合物，由于这个过程中会出现极脆的金属间化合物相，因此在焊缝出现后将会导致铝铜接头性能下降。另外残余应力、气孔以及接头腐蚀性问题等均会给实际钎焊带来影响。
2. Sn-Zn基无铅钎料性能分析
从性能上来看Sn-Zn基无铅钎料无论是在铜表面还是铝表面上均有理想的湿润性，基于该特性可得到较为理想的钎焊接头，当然钎料中锌含量决定了钎料的具体性能如力学特征，腐蚀性等。从微观组织角度来看Sn-Zn基无铅钎料主要由Sn基体以及Zn基体构成，正常情况下钎料具备亚共晶组织特征，Zn主要以表现为颗粒状于Sn相周围分布。当Zn含量逐渐递增时，Zn形态也会发生变化，从颗粒状变为针状。当Zn含量继续扩增时将会导致其形态变成枝晶，这种形态相对于颗粒形态抗氧化性有所下降并且会造成钎料铺展性能下降也会对液态钎料的流动产生制约[3]。另外钎焊接头的质量与母材间的湿润能力存在密切联系，相关研究表明Sn-Zn钎料在铝上润湿性较为理想，当锌含量逐渐上升时将会使得钎料的铺展能力下降，并且在铝表面上的铺开面积将逐渐缩减。
Sn-Zn基无铅钎料在抗腐蚀方面性能表现并不理想，在锌含量逐渐升高时将会导致自腐蚀电位下降，主要还是由于锌本身的抗腐蚀性较差，当锌含量上升时，锌相也会不断上升因此会制约钎料的耐腐蚀性。另外钎焊接头的质量关系到整个钎焊过程能否顺利进行并达到预期目标。在相关研究中表明当锌含量上升时将会使得接头剪切强度上升，换句话说亚共晶钎料不如共晶钎料或过共晶钎料构成的接头。一般情况下当新含量上升时特别是对于液态钎料而言锌在实际钎焊过程中与铝基板接触时将会发生明显的扩散作用，这将促使Sn/Al连接变成Sn-Zn-Al连接，并且会产生固溶区。通过仪器测定发现接头连接强度在出现固溶区后由17MPa上升至23.5MPa。
综合来看钎料中锌的含量对于材料本身性能有着至关重要的影响，当锌含量逐渐上升时接头剪切强度也将随之上升。为了让钎料的防腐能力得以提升就需要增强接头的抗腐蚀性能，一般情况下腐蚀区域位于铝侧面。通过加入锌使得铝侧结合力得以提升，这有效改善了接头力学性能，也从一定程度上增进了接头的抗腐蚀性能。以团簇、连接原子理论作为基础设计相关模型所得到的近共晶无铅钎料不仅仅具备了共晶合金的性质，并且组织结构呈均匀分布态使得钎料的具备了良好的润湿性能。钎料中铝含量的提升可促使钎料抗腐蚀能力得以增进。
3. 结语
铝铜钎焊用Sn-Zn基无铅钎料改善了钎焊整体质量，特别是对接头质量具有明显的改善作用，其中需要调配锌与铝的含量，保持整个过程能够顺畅进行。■
参考文献
[1] 董丰波，张春杰，易宏强. 铝/铜搅拌摩擦焊接头力学性能与断口形貌分析[J]. 热加工工艺，2011（23）.
[2] 张满，薛松柏，戴玮. Ag元素对Zn-Al钎料性能的影响[J]. 焊接学报，2010（10）.
[3] 黄惠珍，魏秀琴，周浪. Sn-9Zn-xP无铅焊料合金性能研究[J]. 材料工程，2010（03）.