加热温度对铝合金润湿铺展性的影响研究

陈祖赐

摘要：本文采用含Si量12.6%的Al-Si晶态合金作为反应材料置于6063铝合金上，在其他工艺参数条件一定的前提下，选取不同的加热温度进行铺展试验，着重分析加热温度对润湿铺展的影响，试验结果表明：加热温度升高时，铺展面积逐渐变大，润湿角逐渐变小。

关键词：铝合金；加热温度；润湿铺展

中图分类号：TS912+.3文献标识码：A

1前言

钎焊过程中只有在液态钎料充分流入并致密地填满全部焊缝间隙，又与母材有良好相互作用的前提下才能获得优质的接头。熔化的钎料是否能顺利填入焊件间的间隙，主要取决于液态钎料能否很好的润湿母材表面，即取决于钎料的润湿性。润湿性与保温时间、加热温度、反应材料等工艺参数因素有关。

钎料对母材的润湿性是钎料的重要工艺性能指标。目前尚无法从理论上完全确定润湿性的好坏，只能借助试验方法来评定。评定钎料润湿性的好坏可以采用钎料的铺展性试验来评定。

本文采用含Si量12.6%的Al-Si晶态合金作为反应材料置于6063铝合金上，在其他工艺参数条件一定的前提下，选取不同的加热温度进行铺展试验，着重分析加热温度对润湿铺展的影响，并通过对相关公式的引用解释，为6063铝合金接触反应钎焊的参数设置提供一定的依据。

2钎料润湿铺展试验及结果分析

图1为采用不同加热温度得到的加热温度与铺展面积和润湿角的关系，其中图1基体为6063铝合金，保温时间保持10min不变，反应材料都为Al-12.6%Si晶态合金。由图可以看出，刚开始升高温度时，铺展面积增加比较缓慢，随着加热温度的升高，铺展面积增加速度明显加快，当加热温度升高到605℃后，铺展面积增加速度逐渐减少。

温度升高铺展面积增加是因为高温度反应铺展时形成液相所需的Si量降低引起的，即温度越高，Al可以被更少的Si所液化。因而，相同Si量下所能反应的铝合金表面更大。

从扩散角度看，当温度升高时，原子的振动能变大，金属内部的空位浓度提高，导致原子的扩散能力增强，反应速度加快，扩散量增加[1]。而文献[2]则指出当温度接近铝的熔点时，铝表面可能已处于熔融状态甚至发生流动，原子迅速沿表面扩散，甚至在整个试样表面发生铺展。

但是当温度升高到一定程度时，铺展面积增加速度逐渐减少，可以推测：当温度升高到一定时铺展面积甚至会渐渐地减少，董占贵[3]在Al/Cu接触反应钎焊中也得出类似的结论，他同时指出温度过高时，Cu在加热过程向基体中的扩散“损失”量增加，参与反应的总量减少，从而导致液相铺展面积减小。

图1中，在铝合金基体上润湿角随着温度的升高逐渐变小直至6.5º，这可以由润湿角和各界面张力的关系以及液相表面张力与温度的关系[4]来解释：

(1)

(2)

式中，θ－润湿角；σsg－固-气相界面张力；σsl－固-液相界面张力；σlg－液-气相界面张力；M－液体的摩尔质量；ρ－液体的密度；k－经验常数；Tc－表面张力为零时的临界温度；τ－通常取6K。

温度升高时，液相体积膨胀，分子间距增大，削弱了基体分子对表面层分子的作用力，同时气相蒸气压变大，密度增加，气相分子对液体表面分子的作用减弱，由式(1)、(2)可知，σsl和σlg变小，从而使θ变小。

综合分析，润湿铺展比较适宜的工艺参数为：加热温度为590～600℃，保温时间为5～15min。

3结论

在其他工艺参数条件一定的前提下，加热温度升高时，铺展面积逐渐变大，润湿角逐渐变小。润湿铺展比较适宜的工艺参数为：加热温度为590～600℃，保温时间为5～15min。

参考文献：

[1]黄继华．金属及合金中的扩散[M]．北京：冶金工业出版社，1996．58-63．

[2]石素琴．Al/Si/Al接触反应钎焊接头成缝行为研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学硕士学位论文．2001：18-34．

[3]董占贵，钱乙余，石素琴，等．Al/Cu/Al接触反应钎焊液相行为及其连接[J]．焊接学报．2001，22(6)：45-47．

[4]高峰，钱乙余．国外铝合金钎焊扩散焊进展动态[C]．第十届全国钎焊与扩散焊技术交流会论文集．中国无锡，1998．20-23．