軋制工藝對(duì)銀釬料流鋪性的影響

張冠星，龍偉民，裴夤崟，崔艷艷

(1.新型釬焊材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(鄭州機(jī)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(rùn)濕性和填充間隙的能力，并且強(qiáng)度高、塑性好、導(dǎo)電性和耐蝕性優(yōu)良可以用來(lái)釬焊除鋁、鎂及其它低熔點(diǎn)金屬以外的黑色和有色金屬.帶狀釬料在生產(chǎn)過(guò)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(guò)程中會(huì)附在釬料表層.國(guó)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(guò)0.15%，而對(duì)雜質(zhì)元素的種類(lèi)及其含量未作出規(guī)定，國(guó)外的一些銀基釬料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有這方面的規(guī)定.目前對(duì)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(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)雜質(zhì)元素C對(duì)釬料自身及釬焊工藝性進(jìn)行評(píng)價(jià)的報(bào)道，對(duì)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(yàn)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(duì)鋼基體焊接工藝性能的影響，初步界定碳對(duì)釬焊性能的影響.

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)選用銀、銅、鋅等原材料，運(yùn)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(jī)擠壓為3.5 mm×40 mm的板帶坯料，分別采用有油和無(wú)油兩種不同的軋制工藝進(jìn)行軋制，最后制得0.2 mm×40 mm的釬料，將所需釬料進(jìn)行超聲波酸洗后觀察釬料的微觀組織，并在惰性氣體保護(hù)的手套箱中進(jìn)行潤(rùn)濕試驗(yàn).試驗(yàn)過(guò)程中將兩種工藝軋制的釬料及其在鋼基體上潤(rùn)濕后的試樣剖面鑲樣，先在砂帶機(jī)上進(jìn)行粗磨，而后用不同粒度的水砂紙進(jìn)行逐級(jí)細(xì)磨，最后用2.5 μm和1.5 μm的金剛砂拋光膏進(jìn)行拋光.采用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡檢測(cè)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(guò)對(duì)材料表層進(jìn)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(rùn)濕試驗(yàn)

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

圖1 有油和無(wú)油軋制釬料在鋼基體上的潤(rùn)濕宏觀形貌

2.2 微觀組織分析

為了進(jìn)一步探究有油軋制后的釬料流鋪性改變的原因，對(duì)釬料進(jìn)行了微觀組織、元素線掃面及釬料表層X(jué)RD分析.

圖2為有油軋制和無(wú)油軋制微觀形貌，有油軋制的釬料的表層凸凹不平，而無(wú)油軋制釬料表面相對(duì)來(lái)說(shuō)比較平整.對(duì)兩種工藝的釬料進(jìn)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(wú)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(wú)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(huì)在其表面富集大量的C元素，厚度約為3～7 μm，而無(wú)油軋制的釬料表面無(wú)碳元素的富集;整體上來(lái)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(rùn)濕后的試樣從中間剖開(kāi)，觀察其斷面組織并進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖6所示.

圖6 有油軋制釬料潤(rùn)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(rùn)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(lái)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(diǎn)所示;而部分碳分子隨著釬料的熔化開(kāi)始上浮，處于釬料周?chē)?，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?chē)纬梢粋€(gè)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(diǎn)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(diǎn)所示，當(dāng)這些化合物與液相相接觸時(shí)，只有滿足自由能減少這一熱力學(xué)條件，液相對(duì)其潤(rùn)濕過(guò)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(gè)相當(dāng)大的界面能，液態(tài)金屬對(duì)氧化物的潤(rùn)濕能力相當(dāng)差，都將明顯降低釬料對(duì)鋼基體的潤(rùn)濕性，也將影響后續(xù)的焊接強(qiáng)度等.

表1 圖6中A、B、C能譜分析

因此在釬料的生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)采用無(wú)油軋制，在無(wú)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(duì)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(huì)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(lái)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?chē)?，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?chē)纬梢粋€(gè)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(rùn)濕性較差，無(wú)法形成連續(xù)的有效連接，降低釬料的焊接強(qiáng)度.

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