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氟铝酸钾钎剂的应用
时间: 2018-11-03 11:54 浏览次数:
什么是氟铝酸钾钎剂以及他的应用,沈阳北真真空专业生产真空炉,拥有十多年的研发经验,对真空钎焊炉技术工艺掌握十分成熟,完整的配套服务为您解决真空炉一切问题,免费咨询电话:

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氟铝酸钾钎剂的应用


  • 氟铝酸钾钎剂不太适用于火焰钎焊,这是因为 可燃气体燃烧以后的废气主要就是水蒸气(和 C02),火焰的卨温容易使KA1F4水解,使得水解产 物脱水后的A120,残渣增多。这时要多费许多钎剂 才能完成钎焊的过程,并且接头很不美观。有经验 的焊工常在施加钎剂以前将工件充分预热,达到钎 剂溶化的温度后再施钎剂,尽量缩短火焰和钎剂接 触的时间,只有这样才能获得比较满意的工艺结果_

  • 炉中钎焊是最叮取的办法。在干燥空气中进行 本钎剂的钎焊巳可获得足够满意的结果。我闻华北 以北的北部地区,冬季12月至翌年2月间空气的 相对湿度雜于25%,直接进行炉巾钎焊是完全 可行的。其他季节和地区应该应用氮气保护的炉中 钎焊,关键是要控制气氛中的水分,其次是含氧量。

氟铝酸钾钎剂的改性(modification)

  • 在应用氟铝酸钾钎剂的基础七,近年来发表了大量的文献讨论Nocolok方法的改进。总结有两个 方面:一是在氣铝酸钾钎剂中加入第三种或更多种 盐以增加钎剂的活性及其他性能,另一是发展*铝 酸钾钎剂的新的应用方法。

  • 硅的存在可以使箱;铝酸评钎剂的活性大为增 加这是原料中已有的杂质起到的意外效果 如果想进一步提髙钎剂的活性,比较理想的方式是 以KjSiF,的形式加人|4n。K2SiF6和AlFj-KF三元 系的关系可以参阅AjwpHftKO发表的AlF3-KF-SiF, 相图1<2j。在Si)超过钎剂总量的2%时,析出的 Si和母材反应生成的合金可以自钎,无须另加钎 料。加人K2GeF6会有更高的活性,加人ZnF2、 PbF2, ZnF2w或KBF4都能有效提髙钎剂的 活性。这道理很明显,因为这些添加物的阳离子在 钎焊时都会被母材还原析出,并与母材合金化成为 液态的金属层,起了传质的作用。但钎剂中如果含 过最茧金属离子,钎焊时将会使接头颜色变暗,丙 为析出的重金属一时过多,来不及和母材合金化而 成微细颗粒悬浮在钎剂中。而有硼的存在时,实验 表明,接头往往严重发黑,因为还原出来的硼根本 不能与母材合金化,这可从A1-B的相图上看出来。

  • 在Noculok方法的改进上,一些专利文献报道了将氟铝酸钾钎剂与一些合金粉末混合后使用,例如用锌粉147、Al-Zn合金粉W’501与钎剂调成浆料 喷涂于T•件表面,加热熔化后使工件表面形成相应 的Zn层或Al-Zn层,以利进一少的钎焊。

  • 近年来,将KA1F,当作气相轩剂的方法逐渐发 展起来:一种是苴接在低压非氧气氛中混人KA1F4 的蒸气来进行铝合金的钎焊[M】,另一种则是在铝 合金零件外面用真空沉积-层KA1F4[52],然后根据需要拼装组合后再钎焊。

  • 在ANSi共晶钉料粉的衣层爪漂淨法(I'loating method)沉积一层KA1F,轩剂而形成轩料-钎剂复 合体:0:,再用有机溶剂,如正癸醇,调成焊音使用。

  • 氟招酸钾钎剂的一个缺点就是擦化温度偏 不利钎焊工艺的操作。一碑学者探讨设法降低 MttVKAlF,共晶点温度的途径。因为一切离子型 的氟化物都不能溶人液态的K3A1Fo-KAU’’'*熔盐’ 但存有部分共价结构的氣化物却可溶。图2-13^ 示为aif3-kf-kci的熔盐相图[|37]。这个体系有三 个三元共晶点:其中,A和A共晶温度分别为 534t和Mlt。较之Nocolok钎剂熔化温度降低/ 24尤和丨7尤,这是很可喜的。遗憾的是添加了 KC1 以后熔盐的黏度大为增加,失去了 NocoWc钎剂极 高的流动性和铺展性。不过这个熔盐能溶于水,方便熔渣的淸洗,而在潮湿空气中又完全不吸湿。如 果把它作为基质,再添加一定量的界面活性剂,还是有SI能得到它实际的应用。

  • 刘赞等做了甸A1F3-KF共晶中添加不同铜KBr后测定其熔化温度的实验。实验表明,KBr的 含量为20% (质S分数)时,可以获得熔化温度 为522^的熔盐。文音认为:钎剂中形成KA1F4- K,AlK6-KAlBr4三元共晶是钎剂熔点降低的主要原 因,钎焊效果良好。
     

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中温氟铝黢盐钎剂

  • 常规Nocolok方法应用氟铝酸钾钎剂的最大不 足在于操作温度(600七)太高,这也娃迫于钎剂 和钉料熔化温度(分别为5581和577*C)的限制c 一多半的铝合金由于过烧温度低于6001:而不能用 氟铝酸钾钎剂钎焊。所谓过烧温度通常是指超过合 金的固相线的温度(见表2-3),合金加热到这一 温度时,晶间开始出现熔化相,从而产生结构组织 的破坏。图2-14所示为主要铝合金的过烧温 度[。可以看出,除了硬铝(2x x x系)和(7 x x x系)以外,如果钎焊温度小超过540 ~ 550X,则有相当多的合金是安全的。如果要考虑 钎焊硬铝,那么钎焊的温度便不能超过500弋。这 样,钎剂的熔化温度就要求低于480 - 490T,因 此要求研发无腐蚀、难溶于水而熔化温度又低于 480~490尤的钎剂,就成为f余年来铝钎剂发展的 重要方面。

  • 以氣铝酸钾Nocolok钎剂为基础,加入第三氟 化物组元来降低氣铝酸钾的熔化温度是理所当然的设想。而事实上,在熔盐电势序(见表2-5) A1之后 元素的羝化物,包括稀土、钛、锆等金厲的氟化物 都不能用作钎剂的主组元。实验表明,含少最这些 元素的氣化物时,它们有时还可以起到活性剂的作 用,当用它们来作为降低Nocolok熔化温度的主组 元时,由于含童太大,这时的钎剂就会被铝还原析 出大量的金属微粒,并把母材表面弄得一01糟。事 实上,B丨供选择的只有碱金埔和碱土金属的氟化物。

  • 根据最近一项研究表明1^?4熔融时, 熔体中的KA1F4主要呈分子态。离子聖的氟化物, 包括MgF2、CaF2、SrF2、BaF2,甚至含有部分共 价键的LiF,在其中都难溶,对氟铝酸钾钎剂的熔 化温度不产生影响。只有分子型的BeF2及其他呈 分子态的铬氟化物才能够明显地降低氟铝酸钾共晶 温度。AlF,-KF-BeF2相图的研究有比较详细的报 道〖56,n】,其中有些数据颇具吸引力。例如,KA1F4- KBe2F5赝二元系政面的共晶点的熔化温度只有 335尤。但由于铍化合物的剧毒,这项研究结果除 了在特殊情况下,很难有实际意义[5<1。

  • Th0maw发表了 KF-AlF,-I,iF系熔盐相图的报 道,这个相图指出,组成为ic(KF) =43_0%、 «o(A1F3) =54.7%和 w(LiF) =2. 3% 处为一温度为 490丈的三兀共晶点。YamawakiM'根据Thoma的相 图,申报了这个成分钎剂的专利保护。但经我们反 鉍的实验,证明Yamawaki的专利根本不可信,连 同Thoma的相图也都存疑。

  • 尽管如此,但根据有经验的工作技术人员透 露,LiF虽然未能有降低钎剂的熔化温度的效果,但在Nocolok钎剂中如果添加1% -丨.5% (质量分 数)的UF却有可以减少钎剂用量、延长活性时 间,更易工艺操作的优点,因而添加LiF常成为这 些应用Nocolok钎剂单位的潜流程。为此,也有一 些Nocoiok钎剂的生产厂家,未做标明,却也在产 品中添加了约1% (质童分数)的I,iF。

  • 一个有可靠应用前景的中温不溶性钎剂是Su- zuki(61:对CsF-A1F3系的应用。报道指出,此钎剂的熔化温度为440 - 480^ ,专利保护成分为 *(A1F3) =26% -67% , *(CsF) =74% ~ 33%。指 出,此钎剂有较髙的钎焊效率,对火焰的稳定性比 氟铝酸钾剂高,据称最大的优点是对含镁童高的合 金有特殊的活性。CsF-A1F3系相图如图2-15所 示[621。图中可用作钎剂的共晶点的成分为 *(A1F3) =42.0%、*(CsF) =56.0%,熔化温度为 4711:0对比CsF-A1F3和KF-A1F3两个体系的相图可 以看出,KA1F4是个固液同分化合物,热稳定性较 好;而CsA1F4是个固液异分化合物,热稳定性則 很差,加热到4431就分解。在CsF-A1F3系中利用 配制钎剂的A点其实是Cs3A1F6和CsA^F,(即 C3F-2A1F,)的共晶。纯相的KA1F4可以独立作为 钎剂,而C»A1F4则不行。CsjAIF6-CsA1jF7共晶熔盐在水中的溶解度也比Nocolok大得多,这主要是 CsA12F7的影响,它的溶解度约在0.8% ~ 1.0% 0 尽管如此,它在空气中还是不吸湿的,钎焊的残留 物并无腐蚀“相反,这个钎剂的残留物比Nocolok 的残留物要容易淸洗得多,用冷水即可将残渣清洗干净。
     

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  • 为了进一步降低上述A共晶点钎剂的熔化溢 度,也为了降低价格昂贵的CsF的含量,1986 ~ 1987年连续发表了 A1F3-KF-CSF三元系钎剂的专 利》],由于没有有关相图的指导,这个专利申 请保护的范围很宽。专利指出.可获得最低熔化温 度为460尤的钎剂,据称对含Mg最高的铝合金有 很高的活性T几乎可适用于所有的铝合金的钎焊。

  • A1K3-KF-CsK -元系洋细相图不久前发表fm<7。这个相图的结构比较复杂,图中各 零变点的组成和温度见表2"*。零变点即指自由度 为零的相变点,在这里熔盐的熔化区间为零。由图 及表可以看出&(455<0、(46(«:)都是非常可 取的组成点。温度最低的组成点在&,本相图没 有精细测定,估计熔化M度应在430 E,和£5的熔化温度都是478T ,和CsF-A1F3 二元 系的q熔化温度471<c大体相当,但&和尽所用 的CsF要少多了,只及的丨/3,因此利用这两个 组成点配制钎剂更有经济上的意义。

  • 图 2-16 中的 点是 K3A1F6-KA1F4-(2CSjA1F6. 3KA1FJ喁三元系中的共晶点,熔化温度为478t„ 这三个化合物都是固液同分的, 热稳定性都很好。e9 是 KA1F4-(2Cs3A1F6,3KA1F4) 赝二元系的共晶点,熔化温度为480T,也有类似 的特性。其次可选的是£3(5101),是更稳定的 K3A1F6-Cs,A1F6-(2C83A1F6 • 3KA1F4)赝三元系中的 共晶点。因此,如果一个生产商企图规划这种铝钎 剂的系列产品,那他们钎剂的组成点当然就应该 是:( 558^ ) ; E3 (510弋);( 478T. ) ; Et (455^); £,(«430'C) o

  • 表2*8 A1F3-KF-CsF三元系中零变点的数据 Table 2-8 Nonvariant points in the ternary system AlF3-KF-CsF

  
 

 

组成(摩尔分数,%)

温度/尤

 

A1F3

CsF

KF

 

3.0

59.0

38.0

550

 

8.0

77.0

15.0

608

 

35.0

39.0

26.0

510

 

43.0

18.0

39.0

478

e5

45.0

18.0

37.0

478

 

40.0

50.0

10.0

455

 

42.0

34.0

24.0

525

*1

 

57.0

43.0

625

 

7.0

 

93.0

820

 

44.5

 

59.5

558

 

10.0

90.0

 

654

 

42.0

58.0

 

471

 

8.3

66.8

24.9

610

 

37.0

25. 1

37.9

550

 

37.6

36.2

26.2

550

 

43.4

18.5

1 38. 1

480

 

42. 1

28.5

29.4

550

 

44.0

38. 1

17.9

530

 

40.0

51. 1

8.9

460

 

50.0

15.0

35.0

510

 

50.0

29.0

21.0

525

 

25.0

56.0

19.0

775

%

50.0

45.0

5.0

450

  • Csl•’的价格很高,是此型钎剂的不见。CsF的 相对分子质量很大,约为152,换算成质tt分数时,钎剂中CsF占的比例看起来更大。于是人们的 注意力转向AlF3-RbF系,这个体系的相图如图2- 17[M)所示。体系中£2点的组成为*( RbF)= 51.6%、*(A1F3) =48.4%,熔化温度为 486T,是 个可选的钎剂组成。RbF的相对分子质黾为 104.5,换算成质最分数要比CsF系钎剂用量少许 多,而两者的价格则不相上下。合成CsF或RbF系钎剂可以采用它们的碳酸 盐为原料,它比氢氧化铯稍稳定,虽然不像氢氧化 铯那样会吸收《>2,但也严重吸水,因此称量前要 在120 ~ 130弋彻底脱水。合成可按照Nocolok用 &C03的方法进行,没有特别之处。Si杂质在 AIF3-KF系钎剂中是一个“天賜的”活性剂,但Si 杂质在CSF或RbF系钎剂中却会造成很大的麻烦。 Nocolok AIF3-KF系钎剂的熔化温度较高(558T ), 钎剂一熔化的瞬间,被铝母材还原出来的元素Si 立即和母材合金化,在母材表面生成一层闪亮的熔 态合金层,这一过程起了有效的活化作用。CSF或 RbF系钎剂的熔化温度比较低,钎剂熔化以后还原 出来的Si不能和母材立即合金化,而以微粒形式 悬浮在钎剂之中,这就使得钎剂铺展的中心处发 黑。国内商品化学纯的CsjCO;或Rb2C03在杂质 含K的杯签上都标识良好,但往往不标注硅的含 量,其实硅的含量常大大超过0.1% (质量分数)。 将Cs2C03或Rb2C03溶解在纯水中,如果浑浊不清,则说明Si含量太髙。这是因为以Cs2SiO,形式 存在的杂质水解为硅胶而悬浮,这种硅胶无法通过 过滤而除掉,所以使用这种原料时,要在聚四氯乙 烯容器中反复加过量的HF并加热以除去Si。因 此,在选用原料时,要十分注意碳酸盐中的硅,还 有铁的杂质含量。

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