2.3　铸铁、工具钢和其他材料的钎焊性

2-72　铸铁的钎焊工艺应考虑哪些问题？

根据碳在铸铁中所处的状态及存在形式，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。在应用中，常要求将灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁本身或与异种金属（多数为铁基金属）相连接，而白口铸铁很少使用钎焊。事实上，铸铁钎焊主要用于破损部件的补钎。铸铁钎焊主要问题如下。

①母材难以被钎料润湿。铸铁中的石墨妨碍钎料对母材的润湿，使钎料与铸铁不能形成良好的结合。尤其是灰铸铁中的片状石墨，对钎料的润湿性影响最大。

②母材的组织和性能易受钎焊工艺的影响。在铸铁的钎焊中，当钎焊温度超过奥氏体的转变温度（820℃）且冷却速度较快时，将形成马氏体或马氏体与二次渗碳体混合的脆硬组织，从而使母材的性能变差。可锻铸铁和球墨铸铁在加热到800℃以上温度进行钎焊时，析出渗碳体和马氏体组织的倾向更大，所以钎焊温度不能过高，钎焊后的冷却速度也应缓慢。

2-73　铸铁钎焊时使用哪些钎料和钎剂？

（1）钎料

铸铁钎焊主要采用铜锌钎料和银铜钎料。常用的铜锌钎料牌号为B-Cu62ZnNiMnSiR、B-Cu60ZnSnR和B-Cu58ZnFeR等，所钎焊的铸铁接头抗拉强度一般达到120～150MPa。在铜锌钎料的基础上，添加锰、镍、锡和铝等元素，可使钎焊接头与母材等强度。银铜钎料的熔化温度低，钎焊铸铁时可避免产生有害的组织，钎焊接头的性能好。尤其是含镍的钎料，如B-Ag50CuZnCdNi和Ag40CuZnSnNi等，增强了钎料与铸铁的结合力，特别适合于球墨铸铁的钎焊，可使接头与母材等强度。含磷的铜基钎料不适合铸铁钎焊。

（2）钎剂

采用铜锌钎料钎焊铸铁时，主要配用FB301和FB302钎剂，即硼砂或硼砂与硼酸的混合物。此外，采用质量分数分别为40％的H3BO3、16％的Li2CO3、24％的Na2CO3、7.4％的NaF和12.6％的NaCl所组成的钎剂效果更好。

采用银铜钎料钎焊铸铁时，可选择FB101和FB102等钎剂，即硼砂、硼酸、氟化钾和氟硼酸钾的混合物。

2-74　铸铁的钎焊技术过程是怎样的？

铸铁的钎焊技术主要包括以下三项工作：表面准备、钎焊技术要点、钎焊后的清理。

（1）表面准备

钎焊铸铁前，应仔细清除铸件表面上的石墨、氧化物及油污等物。清除油污可采用有机溶剂擦洗的方法。石墨、氧化物的清除可采用喷砂或喷丸等机械方法，也可采用电化学方法。此外，还可用氧化性火焰灼烧石墨而将其去除。

（2）钎焊技术要点

钎焊铸铁可采用火焰、炉中或感应等加热方法。由于铸铁表面上易形成SiO2，使保护气氛中的钎焊效果不好，故一般都使用钎剂进行钎焊。用铜锌钎料钎焊较大的工件时，应先在清理好的表面上撒一层钎剂，然后把工件放进炉中加热或用焊炬加热，当工件加热到800℃左右时，再加入补充钎剂，并把它加热到钎焊温度，再用钎料在接头边缘刮擦，直至钎料熔化填入间隙。为了提高钎缝强度，钎焊后要在700～750℃进行20min的退火处理，然后进行缓慢冷却。

（3）钎焊后的清理

钎焊后过剩的钎剂及残渣采用温水冲洗即可清除。如果难以去除，则可先用体积分数为10％的硫酸水溶液或体积分数为5％～10％磷酸水溶液清洗，然后再用清水洗净。

2-75　工具钢钎焊时主要考虑什么问题？

工具钢钎焊过程中的主要问题是它的组织和性能易受钎焊过程的影响。如果钎焊工艺不当，极易产生高温退火、氧化及脱碳等问题。例如：高速钢W18Cr4V的淬火温度为1260～1280℃，为避免上述问题的发生，确保切削时具有最大的硬度和耐磨性，要求其钎焊温度必须与淬火温度相适应。

2-76　硬质合金钎焊时的钎焊性怎样？

硬质合金的钎焊性是较差的。这是因为硬质合金的含碳量较高，经过清理的表面往往含有较多的游离态，从而妨碍钎料的润湿。此外，硬质合金在钎焊的温度下容易氧化形成氧化膜，也会影响钎料的润湿。因此，钎焊前的表面清理对改善钎料在硬质合金上的润湿性是很重要的，必要时还可以采取表面镀铜或镀镍等措施。

硬质合金钎焊中的另一个问题是接头易产生裂纹。这是因为硬质合金的线胀系数仅为低碳钢的一半，当硬质合金与这类钢的基体钎焊时，会在接头中产生很大的热应力，从而导致接头的开裂。

2-77　工具钢和硬质合金钎焊时钎剂怎样选择？

钎剂的选择应与所焊的母材和所选的钎料相匹配。工具钢和硬质合金钎焊时，所用的钎剂主要以硼砂和硼酸为主，并加入一些氟化物（KF、NaF、CaF2等），铜锌钎料配用FB302、FB302和FB305型钎剂，银铜钎料配用FB101～FB104型钎剂。采用专用钎料钎焊高速钢时，主要配用硼砂钎剂。

为了防止工具钢在钎焊加热过程中的氧化和免除钎焊后的清理，可以采用气体保护钎焊。保护气体可以是惰性气体，也可以是还原性气体，要求气体露点应低于-40℃。硬质合金可在氢气保护下进行钎焊，所需要的氢气的露点应低于-59℃。钎焊硬质合金时钎料、钎剂的选用见表2-14。

2-78　工具钢和硬质合金钎焊工艺中有哪些要点？

工具钢和硬质合金钎焊工艺中有如下要点。

（1）表面准备

工具钢在钎焊前必须进行清理，机械加工的表面不必太光滑，以便于钎料和钎剂的润湿和铺展；硬质合金的表面在钎焊前应喷砂处理，或用碳化硅及金刚石砂轮打磨，清除表面过多的碳，以便于钎焊时被钎料所润湿。含碳化钛的硬质合金比较难润湿，通过在其表面上涂敷氧化铜或氧化镍膏状物，并在还原性气氛中烘烤，使铜或镍过渡到表面上去，从而增强钎料的润湿性。

（2）钎焊技术

碳素工具钢的钎焊最好在淬火工序前进行或者同时进行。如果在淬火工序前进行钎焊，所用钎料的固相线温度应高于淬火温度范围，以使工件在重新加热到淬火温度时仍然具有足够高的温度而不致失效。当钎焊和淬火合并时，选用固相线温度接近淬火温度的钎料。

合金工具钢的成分范围很宽，应根据具体钢种确定适宜的钎料，热处理工序，以及将钎焊和热处理工序合并的技术，从而获得良好的接头性能。

高速钢的淬火温度一般高于银铜和铜锌钎料的熔化温度，因此需在钎焊前进行淬火，并在二次回火期间或之后进行钎焊。如果必须在钎焊后进行淬火，只能选用专用钎料进行钎焊。钎焊高速钢刀具时采用焦炭炉比较合适，当钎料熔化后，取出刀具并立即加压，挤出多余的钎料，再进行油淬，然后在550～570℃回火。

硬质合金刀片与钢制刀杆钎焊时，宜采取加大钎缝间隙和在钎缝中施加塑性补偿垫片的方法，并在焊后进行缓冷，以减小钎焊应力，防止裂纹产生，延长硬质合金刀具组件的使用寿命。

（3）钎焊后的清理

钎焊工作完成后，先用热水冲洗或用一般的除渣混合液清洗工件上的钎剂残渣，随后用合适的酸洗液酸洗，以清除基体刀杆上的氧化膜。但要注意不要使用硝酸溶液，以防腐蚀钎缝金属。

2-79　工具钢和硬质合金钎焊时钎料怎样选择？

钎焊工具钢和硬质合金通常选用纯铜、铜锌和银铜钎料。

纯铜对各种硬质合金均有良好的润湿性，但需在氢的还原性气氛中钎焊才能得到最佳效果。同时，由于钎焊温度高，接头中的应力较大，导致裂纹倾向增大。采用纯铜钎焊接头的抗剪强度为150MPa，接头塑性也较高，但不适于高温工作。

铜锌钎料是钎焊工具钢和硬质合金最常用的钎料。为提高钎料的润湿性和接头的强度，在钎料中常添加锰、镍、铁等合金元素，例如在Cu58ZnMn中加有质量分数为4％的锰，使硬质合金钎焊接头的抗剪强度在室温达到300～320MPa，在320℃时仍能仍能维持220～240MPa。在Cu58ZnMn的基础上加入少量的钴，可使钎焊接头的抗剪强度达到350MPa，并且具有较高的冲击韧度和疲劳强度，显著提高了刀具和凿岩工具的使用寿命。

银铜钎料的熔点较低，钎焊接头产生的热应力较小，有利于降低硬质合金钎焊时的开裂倾向。为了改善钎料的润湿性并提高接头的强度和工作温度，钎料中还常添加锰、镍等合金元素。例如B-Ag50CuZnCdNi钎料对硬质合金的润湿性极好，钎焊接头具有良好的综合性能。

除上述三种类型的钎料外，对于工作温度在500℃以上且接头强度要求较高的硬质合金，可以选用锰基和镍基钎料，如B-Mn50NiCuCrCo和B-Ni75CrSiB等。对于高速钢的钎焊，应选择钎焊温度与淬火温度相匹配的专用钎料。这种钎料分为两类：一类为锰铁型钎料，主要由锰铁及硼砂组成，所钎焊的接头抗剪强度一般为100MPa左右，但接头易出现裂纹；另一类为含镍、铁、锰和硅的特殊铜合金，用它钎焊的接头不易产生裂纹，其抗剪强度能提高到300MPa。

2-80　高温合金的钎焊性如何？

高温合金分为镍基、钴基、铁基三大类，它们在高温下具有较好的力学性能、抗氧化性和耐腐蚀性。其中，镍基合金是实际生产中应用最多的高温合金，它们的钎焊性主要表现以下几个方面。

（1）氧化膜难以去除

防止或减少加热时的氧化及去除氧化膜，是高温合金钎焊时的首要问题。因为高温合金含有加多的Cr，加热时表面易形成Cr2O3氧化膜。同时，镍基高温合金均含有铝和钛，加热时极易氧化，形成更为稳定的Al2O3和TiO2氧化膜。两者在氢气或氩气保护下是无法去除的，必须采取其他措施，如真空环境，而且要保证热态的真空度不低于10-3～10-2Pa，以免合金表面在加热时发生氧化。此外在镍基高温合金钎焊中，不推荐使用钎剂去除表面氧化膜。这是因为钎剂中的硼砂或硼酸在钎焊温度下能与母材产生溶蚀，而且发生反应后析出的硼能渗入母材造成晶间渗入，因此镍基高温合金常用真空钎焊，以避免氧化膜的形成。

（2）钎焊参数影响母材性能

无论是固溶强化还是沉淀强化，镍基高温合金只有将其合金元素及其化合物充分固溶于基体内，才能获得良好的高温性能。因此，钎焊参数应尽可能与合金的热处理的加热温度相匹配，即钎焊温度应尽量选择与母材固溶处理的加热温度相一致，以保证合金元素的充分溶解。钎焊温度过高，母材晶粒发生长大，即使焊后进行热处理也无法恢复合金的性能。当然，铸造镍基合金的固溶温度都较高，并且晶粒不易长大，一般不会因钎焊温度过高而影响其性能。

（3）存在应力开裂倾向

一些镍基高温合金，特别是沉淀强化合金有应力开裂的倾向，因此，钎焊前必须充分去除加工中形成的应力，钎焊过程中应尽量减小热应力，以降低开裂倾向。

2-81　高温合金钎焊时的钎料如何选取？

从接头的工作条件和钎焊加热的影响出发，镍基高温合金钎焊采用银基钎料、纯铜钎料、镍基钎料及活性钎料。

当接头的工作温度不高时，可采用银基钎料。为了防止钎焊温度超过母材时效强化温度而对母材性能造成影响，同时也为减小钎焊接头的热应力，应选用熔化温度较低的银基钎料，如Ag-Cu-Zn系钎料。

在真空或保护气氛中钎焊时，可选用纯铜作钎料，钎焊温度为1100～1150℃，此时工件的内应力已经消除，接头不会产生应力开裂现象，但接头的工作温度不能超过400℃。

高温合金钎焊最常用的钎料是镍基钎料，见表2-15。它不但具有很好的高温性能，而且钎焊时不发生应力开裂现象。镍基钎料中主要的合金元素是Cr、Si和B，少量钎料中还含有Fe和W等。当钎料中增加W降低B后，可减少硼对母材的晶间渗入，提高接头的高温性能，适合于钎焊间隙不易控制或间隙较大的接头。

在镍基钎料的基础上，为了克服Si对高温合金力学性能的不利影响，使用不含Si的镍基钎料，钎焊后可获得与母材性能一致的钎焊接头。

2-82　简述镍基高温合金的钎焊性。

镍基合金是实际生产中应用最多的高温合金，对这种合金而言，其钎焊性较差，主要表现在如下几方面。

①氧化膜难以去除。防止或减少加热时的氧化及去除氧化膜，是高温合金钎焊时的首要问题。

②钎焊参数影响母材性能。钎焊参数应尽可能与合金的热处理制度相匹配，即钎焊温度应尽量选择与母材固溶处理的加热温度相一致，以保证合金元素的充分溶解。

③存在应力开裂倾向。一些镍基高温合金，特别是沉淀强化合金有应力开裂的倾向。因此钎焊前必须充分去除加工中形成的应力，钎焊过程中应尽量减小热应力，以降低开裂倾向。

2-83　高温合金钎焊时，常采取哪些钎焊技术？

镍基高温合金可采用气体保护钎焊、真空钎焊和瞬时液相连接。钎焊前都必须采用砂纸打磨、毡轮抛光、丙酮擦洗及化学清洗等方法，进行脱脂和去除表面氧化膜。选择钎焊规范时应注意加热温度不宜过高，钎焊时间尽量短，以降低对母材性能的影响。为了防止母材开裂，经冷加工的零件焊前应进行去应力处理，焊接加热应尽可能均匀。

（1）气体保护钎焊

此种钎焊方法对保护气体的纯度要求很高，对于铝、钛质量分数小于0.5％的高温合金，用氢气或氩气时要求其露点低于-54℃。当铝、钛含量增多时，合金表面加热时仍发生氧化，可以采取的去除或预防措施包括：加入少量钎剂，如FB105等，利用钎剂去除氧化膜；零件表面镀0.025～0.038mm厚的镀层；将钎料预先喷涂在待钎焊材料表面；附加少量气体钎剂，如三氟化硼等。

（2）真空钎焊

这种方法应用较广，能获得更好的保护效果和钎焊质量。对于铝、钛质量分数小于4％的高温合金，虽然表面不进行特殊预处理也能保证钎料的润湿，但最好在表面电镀一层0.01～0.015mm的镍。当铝、钛质量分数超过4％时，镀镍层的厚度应为0.02～0.03mm。镀层太薄不起保护作用，镀层太厚将降低接头强度。也可将待焊零件放在盒子内进行真空钎焊，盒中应放吸气剂，如锆在高温下吸收气体，可使盒内形成一个局部真空，从而防止合金表面的氧化。

（3）瞬时液相连接

瞬时液相连接是在较小的压力和合适的温度下，利用含有原子半径小、扩散速度快、同时又能降低熔点的元素（统称为降熔元素）的合金中间层，熔化并润湿母材，降熔元素迅速向母材扩散，使液相成分变化而引起固相线温度升高，当固相线温度达到钎焊温度时发生等温凝固，从而形成接头。这种连接方法的显著特点是接头成分较为均匀，接头性能好。对于镍基高温合金，连接温度介于1100～1250℃，连接压力和保温时间取决于对接头的技术要求。

2-84　高温合金的钎焊时，钎剂和保护气氛如何选择？

用银钎料钎焊时，可选用FB101型钎剂，钎焊含铝量高的沉淀强化高温合金时，应用FB102型钎剂，并添加10％～20％的硅氟酸钠或铝用钎剂（如FB201等）。此时由于钎焊温度不高而不会因硼析出造成对母材溶蚀。当钎焊温度超过900℃时，应选用FB105型钎剂，但钎焊温度不宜过高，钎焊时间要短，以免钎剂同母材发生强烈的反应而使母材熔蚀。

镍基高温合金绝大多数是采用炉中钎焊的，炉中气氛可以是惰性气氛或还原性气氛。合金中所含的铝或钛越多，要求的真空度越高，所用的的氨气或氢气的露点越低。

2-85　陶瓷与金属钎焊时，应注意哪些问题？

陶瓷与金属的钎焊是较为困难的，主要表现在以下几个方面。

①难于润湿。陶瓷的化学组成非常稳定，其晶体结构的键型表现为离子键或共价键，一般很难被具有金属键的金属钎料所润湿。若想实现陶瓷与金属的钎焊，只能通过两种途径：一是采用能够与陶瓷发生界面反应的活性钎料，通过界面反应及其产物来提高润湿性；二是对陶瓷表面进行金属化，通过表面的金属化层来提高普通钎料的润湿性。因此，形成了两种钎焊方法，即活性钎焊法和金属化钎焊法。

②残余应力易产生裂纹。陶瓷与金属的线胀系数和弹性模量差异很大。当对两者进行钎焊时，接头内会产生较大的热应力。同时，陶瓷的塑性和断裂韧度远低于金属，在较大的热应力作用下容易产生裂纹。

③界面产物脆性相影响接头性能。在陶瓷与金属的钎焊中，连接界面及其附近易形成多种类型的化合物，如碳化物、氮化物、硅化物以及三元或多元化合物。由于这些化合物的脆性很大，因而对接头的力学性能会产生明显的影响。特别是它们以层状形式连续分布时，影响更大。陶瓷与金属钎焊用常规钎料见表2-16。

2-86　陶瓷与金属构件连接的钎焊方法有哪几种？

陶瓷与陶瓷构件的连接比较困难，传统的钎焊方法是对陶瓷表面进行金属化预处理，使非金属陶瓷被连接部位变为金属表面，然后经过预先金属化处理的陶瓷像金属钎焊一样，可以在高纯度的惰性气体、氢气或真空环境中进行钎焊；不经过金属化的陶瓷直接钎焊时，一般应选用真空钎焊。这种直接使陶瓷构件的连接工艺目前也变得比较简单，而且能够满足高温环境下的使用要求。

2-87　陶瓷与金属构件的钎焊工艺流程包括哪些？

用烧结金属粉末法连接陶瓷与金属，其工艺流程包括如下几个方面：零件的表面清洗和准备；涂膏；陶瓷件金属化；镀镍；装配：钎焊；检验。整个工艺流程如图2-5所示。

为了避免构件材料因热膨胀系数不同而产生裂纹，可在焊件之间放置缓冲层（一层或多层薄金属片）。应尽可能将钎料夹置在两个被焊件之间或放置在利用钎料填充间隙的位置，然后像普通真空钎焊一样进行钎焊。表2-17列出了直接钎焊法常用的各种钎料、熔化温度、用途及接头性能。

2-88　陶瓷与金属构件的钎焊方法中使用的钎料有哪些？

若采用对陶瓷表面进行金属化预处理，即陶瓷金属化后再进行钎焊时，可使用铜系、银系及银-铜、金-铜钎料。

如果陶瓷直接钎焊，钎料的选定非常重要。这类钎料都含有活性元素Ti、Zr或Ti及Zr的化合物（氧化物或碳化物），对陶瓷有一定的活性，这类钎料蒸气压较低，700℃时小于1.33×10-5Pa，可在1200～1800℃范围内使用。在三元系钎料中，最常用的是A-Cu-Ti钎料，可应用于各类陶瓷和金属的直接钎焊。B-gTi49CuBe钎料具有与不锈钢相近的耐腐蚀性，并且蒸气压较低，在防氧化、防泄漏的真空密封接头中被使用。在Ti-V-Cr系钎料中，钒的质量分数为30％时熔化温度最低（1620℃），Cr的加入能有效缩小熔化温度范围，在钎焊过程中低熔点组分不宜偏析。不含Cr的Ti-Zr-Ta系钎料，也已用于氧化铝和氧化镁的直接钎焊，其接头可在1000℃的环境温度下工作。

2-89　石墨或金刚石聚晶材料钎焊有何特点？

与金属相比，钎料对石墨及金刚石聚晶材料很难润湿，且与一般结构材料的热膨胀系数相差很大。两者直接在空气中加热，超过400℃会出现氧化或碳化，因此应采用真空钎焊，且要求真空度不应低于10-1Pa。因两者的强度不高，钎焊时如热应力存在则有可能产生裂纹，要尽量选用热膨胀系数小的钎料和严格控制冷却速度。由于石墨及金刚石聚晶表面不易被普通钎料润湿，钎焊前可通过表面改性，在石墨或金刚石聚晶材料表面沉积一层厚2.5～12.5μm的钨、钼等元素并与之形成相应的碳化物，或者使用高活性钎料。石墨有多种品级，这些品级在颗粒度、密度、纯度和其他方面都有差别，不同品级的石墨具有不同的钎焊特性。此外，金刚石聚晶材料在真空环境下，如果温度超过1000℃，聚晶磨耗比开始下降，超过1200℃，磨耗比降低50％以上。因此，真空钎焊温度一定要控制在1200℃以下，真空度不低于5×10-2Pa。

2-90　金刚石与石墨的钎焊性差，主要表现在哪几个方面？

石墨和金刚石都是由碳原子组成的，只是它们晶体结构不同，因而具有不同的性能。从钎焊的角度来看，它们的钎焊性都较差，主要表现在以下几个方面。

①难以润湿。由于石墨和金刚石具有特殊的晶体结构和性质，大多数常规钎料对它们难于润湿或根本不能润湿。

②易产生裂纹。与大多数金属相比，石墨和金刚石的线胀系数很低，当其与金属钎焊时，接头内会产生较大的热应力，再加上石墨本身的抗拉强度也很低，因而接头易产生裂纹，甚至直接断裂。

③钎焊工艺受限。钎焊石墨及金刚石时，除了严格控制冷却速度外，对加热温度以及加热气氛也要加以限制。在空气中直接加热石墨及金刚石，温度超过400℃就会出现氧化或碳化，因此钎焊石墨及金刚石时，钎焊温度一定要控制。石墨和金刚石直接钎焊用钎料见表2-18。

2-91　石墨或金刚石聚晶材料钎焊工艺要注意哪些问题？

焊件装配前，应先对焊件进行预处理，用酒精或丙醇将石墨及金刚石聚晶材料的表面污物擦拭干净。使用银或铜基钎料时，应先在石墨表面电镀一层镍、铜或用等离子喷镀一层钛、锆或二硅化钼。直接钎焊时，可将钎料夹置在钎焊接头中间或靠近一头。当热膨胀系数大的金属钎焊时，可利用一定厚度的钼或钛作中间缓冲层，该过渡层在钎焊加热时可发生塑性变形，吸收热应力膨胀，避免石墨开裂。

应尽可能利用焊件的自重进行装配定位，使金属件处于上部压住石墨或聚晶材料。使用夹具定位时，夹具材料应选用热膨胀系数与被焊件相近的材料。

加热时，应使钎焊接头温度基本均匀，合理控制加热速度。冷却时，要使热应力能缓慢释放，如冷速过快将会导致石墨或聚晶材料开裂。

2-92　简述石墨钎焊技术。

石墨钎焊方法可分为两大类：一类是表面金属化后进行钎焊；另一类是表面不进行金属化而直接钎焊。不论哪种方法，装配前都应先对工件进行预处理，即用酒精或丙酮将石墨材料的表面污物擦拭干净。

表面金属化法焊接时，应先在石墨表面电镀一层镍、铜，或用等离子喷镀一层钛、锆或二硅化钼，然后采用铜基钎料或银基钎料进行钎焊。采用活性钎料直接钎焊是目前应用最多的方法。

进行装配时，可将钎料夹在两工件中间靠近一端。当与线胀系数大的金属钎焊时，可利用一定厚度的钼或钛作中间缓冲层，该过渡层在钎焊加热时可发生塑性变形，吸收热应力，避免石墨开裂。例如：用钼做过渡接头真空钎焊石墨和耐蚀镍基合金组件时，采用具有良好耐熔盐腐蚀性能和抗辐射性能的B-PD60Ni35Cr5钎料，钎焊温度1260℃，保温10min。

2-93　铝基复合材料钎焊分为哪几类，应用哪些场合？

铝基复合材料的增强材料主要有硼、碳、碳化硅、氧化铝及石墨等，按增强相的形态划分，铝基复合材料主要分为颗粒（包括晶须）增强和纤维增强两大类。无论是哪一类，铝基复合材料都具有高比强度、高比弹性模量、优异的尺寸稳定性和耐磨性，在航空、航天、汽车和武器装备等领域的应用中，都涉及钎焊问题。

铝基复合材料在钎焊过程中，增强相与基体之间会发生化学反应，生成脆性化合物层，使增强相与基体界面弱化，降低复合材料的整体性能。由于增强相与基体之间的线胀系数差别非常大，不适当的钎焊加热会使增强相与基体的界面产生热应力，导致界面开裂。常规钎料对增强相的润湿性均较差，只有采用活性钎料或对复合材料的待焊表面进行改性处理，才能获得高质量的钎焊接头。此外，铝基复合材料钎焊中还会遇到与铝合金钎焊中同样的问题。

2-94　复合材料钎焊有何特点？

复合材料是由两种或两种以上的材料按一定的要求，在一定的温度下复合而成，钎焊温度对复合材料的性能有很大的影响。对硼铝复合材料来讲，硼纤维与铝之间的热膨胀系数相差很大，当钎焊温度高于540℃时，硼纤维与铝基体发生反应生成脆化层，复合界面也会产生热应力，这都将使界面强度降低。因此，钎焊时应选用合适的钎料，尽量减少界面反应物的生成；同时，应从工艺上设法选用保护涂层对硼丝进行保护，避免强度降低。此外，应尽可能采用真空钎焊。

2-95　硼铝复合材料真空钎焊选用何种钎料？

硼铝复合材料真空钎焊最常用的钎料是Al-Si-Mg系或Al-Si-Mg-Bi系，使用比较成熟的是B-Al64SiMgBi（11.6Si-15Mg-0.5Bi）钎料，熔化温度为554～572℃，钎焊温度为580～590℃，钎焊时间为5min，接头剪切强度大于80MPa。

2-96　硼铝复合材料真空钎焊实际过程是怎样的？

硼铝复合材料与高温合金组成的钎焊焊件常用与航天飞机轨道器的隔热结构，其钎焊过程实际上是铝与高温合金的钎焊。

①钎焊前应在高温合金上用等离子喷枪喷上铝硅粉或铝硅镁钎料，把硼铝复合钎料在丙酮中清洗后，再进行超声波清洗，用夹具定位或点焊定位进行组装。

②把组装的待焊部件装入钢质容器内真空清理，排除对钎焊过程可能产生的不利影响。

③其过程为抽真空到10-1Pa后开始加热，继续抽真空到10-2Pa以下，加热527℃，保温30min后冷却。

④将待焊部件装入真空炉并抽真空到10-2Pa后，加热到400℃，向炉内冲入0.4～0.5MPa的高纯氩气。

⑤然后继续加热到459℃，保温10min，并断电冷却到400℃以下，排除氩气压力，使构件冷却到室温。

2-97　纤维增强铝基复合材料的软钎焊工艺要点？

在纤维增强铝基复合材料进行软钎焊中，主要采用镉基、锌基及锡基钎料，如S-Cd95Ag5、S-Zn95Al5和S-Sn96.5Ag3.5等，同时配用相应的钎剂。焊前采用砂纸打磨、钢丝刷清理、碱液或化学镀镍（镀层厚度为0.05mm）等方法进行表面处理。钎焊中以轻微碳化的氧乙炔火焰加热。高温应用的场合应优先选用A-Zn95Al5钎料，因为高温时使用这种钎料所钎焊的接头，其高温抗剪强度更高一些。室温应用时可选用S-Cd95Ag5，因为后者的钎焊工艺和钎缝成形好。

2-98　纤维增强铝基复合材料的硬钎焊工艺要点？

对纤维增强铝基复合材料进行硬钎焊时，主要采用铝基钎料，如B-Al93Si7、B-Al88Si12和B-Al86.6Si11.6Mg1.5B0.3等。钎焊中应注意的问题包括两个方面：一是防止因钎焊温度过高而造成对复合材料性能的损害；二是防止因钎料中的硅扩散进入铝合金基体而产生脆化作用。为避免此类问题的发生，可以选择钎焊温度低的钎料，如B-Al86.6Si11.6Mg1.5B0.3等。Mg和B的加入不仅降低了钎料的熔点，提高了钎料对复合材料的润湿性，而且降低了对钎焊真空度的要求。同时也提高了接头的性能。此外，还可在复合材料的钎焊面上包覆一层纯铝箔，阻碍钎料与复合材料之间的扩散反应，从而提高接头的性能。Al-Si钎料对硼纤维的润湿性差，且硼纤维在钎焊面处又不连续，因而接头总是断在钎焊面处。

2-99　颗粒增强铝基复合材料的钎焊性如何？

由于颗粒增强铝基复合材料的任何加工表面，都有裸露的颗粒增强相存在，因此常规的铝钎料对其难以润湿，需要采用活性钎料或对复合材料的待焊表面进行改性处理。此外，与铝合金的钎焊相类似，颗粒增强铝基复合材料在钎焊前必须去除表面上的氧化膜，并要保证整个焊接过程中不被重新氧化。总的来看，颗粒增强铝基复合材料的钎焊难度大于纤维增强铝基复合材料，其钎焊工艺并不十分成熟，可分为常规钎焊法和特种钎焊法。

2-100　颗粒增强铝基复合材料的常规钎焊方法有哪些要点？

①对石墨颗粒增强铝基复合材料而言，保护气氛炉中钎焊是目前最成功的方法，但必须采用含Mg的Al-Si钎料。例如：采用6061Al箔与B-Al88Si12箔组成的复合钎料，对Cp/Al复合材料进行氩气保护的炉中钎焊，得到了完整而致密的接头。

②当对石墨颗粒增强铝基复合材料与含镁的铝合金进行钎焊时，可以采用不含Mg的Al-Si钎料，例如Cp/Al7Zn复合材料与6061Al进行钎焊时，采用B-Al88Si12钎料即可获得高质量接头。当然，如果采用Al-Mg钎料来钎焊石墨颗粒增强铝基复合材料，也可以实现连接，但钎缝两侧存在严重的由氧化物组成的界面线。

因此，总的来看，钎焊石墨颗粒增强铝基复合材料，无论是其与自身连接，还是与铝合金连接，采用Al-Si-Mg钎料都是适宜的。

对于氧化铝颗粒（或晶须）增强的铝基复合材料而言，真空钎焊是常用的连接方法。钎焊前要将待焊表面进行磨削加工，并用800号砂纸进行处理，最后再在丙酮中进行超声清洗。钎料的选择应以铝合金基体为依据，以避免钎焊过程中铝合金基体发生熔蚀甚至熔化。例如：Al2O3/6061Al复合材料与6061Al进行真空钎焊时，可采用由3003Al和4005Al组成的复合层状钎料，其中芯体为150μm厚的3003Al，两侧分别是5μm厚的4005Al包覆层，在590℃保温10min的钎焊条件下，所得接头的抗拉强度达到200MPa。

2-101　贵金属钎焊有何特点？

贵金属主要是指金、银、钯、铂、铑、铱等材料。它们具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性以及高温稳定性，在工业中多作为功能材料而应用。

贵金属作为触头材料，其共同特点是钎焊面积小，要求钎缝金属的抗冲击性能好、强度高，具有一定的抗氧化性能，并能经受电弧侵袭，但又不改变触头材料的特性和元件的电性能。由于触头钎焊面积受限制，不允许钎料溢流，应严格控制钎焊的焊接参数。

大多数的加热方法都可以用来钎焊贵金属触头。火焰钎焊常用于较大的触头组件，感应钎焊适用于大批量的生产。用普通的电阻焊机也可以进行电阻钎焊，但应使用炭块作电极，选择较小的电流和较长的钎焊时间。当同时需要钎焊大量的触头组件或者在一个组件上钎焊多个触头时，可采用炉中钎焊。为了获得高质量的钎焊接头，且保证材料本身的性能不会受到影响，最好采用真空钎焊。

2-102　贵金属金钎焊时，选择何种钎料？

钎焊金及其合金触头主要使用银基和铜基钎料，既保证了钎缝导电性能，又易于润湿。如能满足接头导电性要求，可以使用含Ni、Pd、Pt等元素的钎料也可以使用钎焊镍、钴合金并有良好抗氧化性能的钎料。如选用Ag-Cu-Ti钎料，则钎焊温度不得高于1000℃。

银表面生成的氧化银不太稳定，很容易进行钎焊。银的软钎焊可采用锡铅钎料配以氯化锌水溶液或松香作钎剂。硬钎焊时，常采用银钎料，以喷砂、硼酸或它们的混合物作钎剂。真空钎焊银及其银合金触头时，主要选用银基钎料B-Ag61CuIn、B-Ag59CuSn、B-Ag72Cu等。

钎焊钯触头，可选用与之容易形成固溶体的金基、镍基钎料，也可以用银基、铜基或锰基钎料等。

钎焊铂及其铂合金触头，广泛使用银基、铜基、金基或钯基钎料等。选用B-Au70Pt钎料，即不改变铂的颜色，又能有效地提高钎缝重熔温度，增加钎缝的强度和硬度。如果要将铂触头直接钎焊在可伐合金上，可选用B-49TiCuBe钎料。在非腐蚀介质中，工作温度不超过400℃的铂触头，应优先选用成本低、工艺性能好的无氧纯铜钎料。

2-103　贵金属触点钎焊时，钎焊工艺要点是什么？

钎焊前，应对焊件特别是触点组件进行检查，从薄板上冲出或从板条上剪下的触点，不得因冲、剪而变形。用顶锻、精压、锻造成形的触点的钎焊表面必须平直，以保证与支座的平直表面接触良好。待焊件的曲面或任意半径的表面，必须配合一致，以保证钎焊时有适当的毛细作用。

各种触头钎焊前都要采用化学或机械方法去除工件表面的氧化膜，并用汽油或酒精仔细清洗工件表面，以清除表面油污、油脂和灰尘，以及妨碍润湿和流动的污物。

对于小型工件，选用胶黏剂预定位，保证在装炉、装钎料等搬运过程中不错位，所使用的胶黏剂不应对钎焊带来危害。对于大型工件或专用触头，装配定位一定通过带有凸台或凹槽的夹具，使工件处于稳定状态。

2-104　钨金属钎焊有什么特点和应用？

钨和其他金属钎焊时，由于其热膨胀系数相差很大，钎焊比较困难。为了不降低钨的强度和塑性，应在结晶温度（1450℃）以下进行钎焊。钨可以在所有保护气体和还原性气体中进行钎焊，但最好的方法是真空钎焊。

由于钨的熔点非常高，蒸气压低，在电弧和电火花情况下材料转变的倾向小，因而常用于制造汽车电压控制触点、通断型触点、继电器和断路器。作为结构材料用于化工设备、航空航天发电机的火焰喷嘴，高速、高压和高温蒸气喷嘴等。此外还可以用作耐高温、耐腐蚀、耐磨损的各种零件。

2-105　钨金属钎焊，选择何种钎料？

当钨进行钎焊时，凡温度低于3000℃的各种钎料均可用于钨的钎焊，钎料的种类应根据使用要求进行选择。一般来讲，在400℃以下使用的构件，可选用铜基和银基钎料；在400～900℃之间使用的构件通常选用金基、锰基、镍基、钯基或钴基钎料；高于1000℃使用的零件，多采用纯金属铌、钽、镍、铂、钯、钼等钎料。

2-106　钨金属钎焊工艺注意哪些问题？

钨金属的钎焊工艺应注意如下问题。

①钎焊前要求特别仔细地清除零件表面的WO2（钨在400～500℃范围内会发生显著氧化），可以采用机械打磨、喷砂、超声波清洗，也可以进行化学清洗。

②为了改善钎料在钨表面的润湿性，可在待焊表面预先镀金属镍或铜。

③由于钨的固有脆性，在构件组装操作中应小心处理钨零件以免碰断。

④为了防止形成脆性碳化钨，应避免钨与石墨直接接触。焊前加工或焊接产生的预应力，应在焊前予以消除。

⑤钨在温度升高时极易氧化，钎焊时要求真空度要足够高，在1000～1400℃的温度范围内进行钎焊时，其真空度一般不能低于8×10-3Pa。

⑥为了提高接头的再熔化温度和使用温度，可把钎焊过程和焊后的扩散处理结合起来。

2-107　钼钎焊有什么特点和应用？

钼的熔点为2622℃，具有高的弹性模量，其强度与钢的强度大致相等，密度为钨的一半，导热性能好。与钨相似，钼具有极好的高温性能，可制造在2000℃温度下工作的构件。但钼的高温抗氧化能力差，400℃开始氧化，600℃以上迅速形成MoO3，钼在大气中较高温度下工作时，需要镀层保护。

钎焊钼时应解决氧化和高温下晶粒长大问题。因此，应在较高真空条件或仔细净化过的氩气保护下进行，并采用快速加热的办法。由于钼再结晶后强度和塑性显著下降，因此钎焊温度不应超过再结晶温度。钼与钴、铁、锰、钛、硅等元素易形成脆性化合物，使用含有这些元素的钎料时，为了防止金属间化合物的生成及改善钎料对钼的润湿性，可在钼上镀金属铜或铬。

钼的钎焊在电气和电子工业中用于电子管、电器开关触点、换能器和电子管支座的制造；在航空工业中用于机翼前缘、辐射屏蔽部件的制造；在核工业中用于制造热交换器和支承格栅。此外，在化学、宇航等工业领域也得到了应用。

2-108　钼金属钎焊，选择何种钎料？

钎焊钨的钎料大多数都可以用于钼的钎焊。在400℃以下工作的钼构件，可选用铜基和银基钎料；在400～650℃之间工作使用的电子元器件及非结构件，可以使用Cu-Ag、Au-Ni、Pb-Ni、Cu-Ni等钎料。高温下工作的结构件可采用钛基或其他高熔点的纯金属钎料。通常情况下不推荐使用锰基、钴基和镍基钎料，以避免在钎缝中形成脆性金属间化合物。

2-109　钼钎焊工艺有哪些注意要点？

钼钎焊工艺有如下要点。

①由于钼与氧的亲和力大，钎焊前一定要清除表面氧化物。在完成清理工序之后要立即进行钎焊，防止污染。

②脱脂处理、机械清理和化学处理可以有效地消除指痕和油脂；喷砂、液体研磨剂清洗和研磨可以清除简单零件的氧化膜；对于较厚的氧化膜，可用氢氧化钠（质量分数为70％）和亚硝酸钠熔盐，或硝酸钠和硝酸钾的混合溶液在260～371℃清洗，可获得好的效果。但应控制清洗时间，以免造成钼的腐蚀。

③在钎焊接头装配时，应考虑钼的热膨胀系数小这一特点，接头间隙选在0.05～0.13mm范围内为宜。如果使用夹具，要选择热膨胀系数小的材料。

④火焰钎焊、受控气氛炉、真空炉、感应加热炉和电阻加热设备都可以用来钎焊钼。钎焊加热超过再结晶温度，或由于钎料元素的扩散使再结晶温度降低，都会使钼发生再结晶。因此钎焊温度接近再结晶温度时，钎焊时间越短越好。在钼的再结晶温度以上钎焊时，一定要控制钎焊时间和冷却速率，避免冷却过快引起开裂。

2-110　钽和铌的钎焊性和应用范围怎样？

钽和铌钎焊时，最突出的问题是防止氧、氮、氢的污染。由于它们在空气中加热时，从200℃开始便发生强烈的氧化，同时在加热时大量吸收氧、氮及氢气，形成饱和气体层，导致金属变硬而脆。

钽和铌具有耐蚀性、化学稳定、高温性能好的优点，其钎焊构件在化学工业、化工设备以及耐高温结构中得到日益增多的应用。此外，铌由于具有较低的热中子吸收面积，在核能工业中也得到应用。

2-111　钽和铌钎焊时钎料如何选取？

钽和铌构件在1000℃以下使用时，可以选用铜基、锰基、钴基、钛基、镍基、金基及钯基钎料，其中Cu-Au、Au-Ni、Pb-Ni、Au-Ti、Pt-Au-N及Cu-Sn钎料对钽和铌的润湿性及钎缝成形好，接头强度也比较高。由于银基钎料有使钎焊金属变脆的倾向，应尽可能避免使用。在1000～1300℃之间使用的构件，钎料应选用与它们形成无限固溶体的纯金属Ti、V、Zr或以这些金属为基的合金。使用温度更高时，可选用含铪（Hf）的钎料。

2-112　钽和铌的钎焊技术有哪些要点？

钽和铌的钎焊技术有如下要点。

①钽和铌的焊前清洗方法基本相同，首先将它们进行喷砂处理，然后浸入盐酸溶液中把铁粒溶解掉，最后用热Cr酸清洗液进行清洗。热碱性清洗液会腐蚀金属，不宜使用。

②钽和铌构件最好在真空下进行钎焊，且真空度不低于1.33×10-2Pa。

③如果在惰性气体保护下进行钎焊，必须去除一氧化碳、氨、氮和二氧化碳等气体杂质。

④在空气中进行钎焊或电阻钎焊时，应采用特种钎料，配以合适的钎剂。

⑤为防止高温下钽和铌构件与氧接触，可在表面镀一层金属铜或镍，同时要进行相应的扩散退火处理。