液态钎料表面氧化及解决方法

钎焊时，当钎料被加热熔化后，表面就会迅速氧化。由于表面氧化膜迅速生长，当液态金属受到搅拌作用时，便产生大量氧化物浮渣。例如，在浸焊过程中，当撇去熔融钎料表面氧化膜之后，新的氧化膜又会立即生成。在波峰焊中，由于新鲜的钎料表面连续暴露在空气中，钎料的氧化速度更快，而且产生的氧化物之间包裹着大量钎料金属。其他各种钎焊连接也不同程度地存在着液态钎料金属的氧化。图3-6给出了在大气气氛下，260℃时液态Sn-0᥊7Cu、Sn-37Pb合金表面氧化膜质量Δm随时间t的变化关系。

因为一定表面积上氧化膜的厚度与该氧化膜的质量成正比，所以该图实际上表明了金属氧化膜在恒温下的生长。从图3-6可以看出，在一定温度下，液态Sn-0.7Cu合金氧化膜的生长速度比Sn-37Pb大，且无论是液态Sn-Pb还是液态Sn-Cu合金，表面氧化膜的质量随时间的变化均服从抛物线规律，即氧化速度符合以下公式：

Δm=AKt¹/2

式中Δm——表面氧化膜的质量增量；

A——氧化的表面积；

t——加热时间；

K——氧化层生长系数，(www.xing528.com)

T——加热温度；

K₀、B——常数。

对Sn-37Pb合金来说，在240℃下，K≈10^-6，而对于纯锡来说，其K值大概是Sn-37Pb合金的两倍。

下面从热力学的角度分析各种钎料的氧化情况。对Sn-Pb钎料而言，在高温熔融状态下，根据体系标准吉布斯自由能的变化，Sn的氧化既可生成SnO，又可生成SnO₂，而Pb的氧化主要生成PbO。在氧化反应过程中，由于Sn与O₂的亲和力大于Pb，Sn将优先氧化。但由于Sn、Pb与O₂的亲和力相差不是特别显著，实际上，在钎料表面存在着Sn、Pb的同时氧化。由于生成PbO的ΔG⁰较生成SnO正，且一般Sn-Pb合金中Pb质量分数大于37%，因此含Pb钎料的氧化势应显著低于纯Sn。对Sn-Zn系无铅钎料而言，根据氧化反应标准吉布斯自由能的变化，可知Zn氧化反应的ΔG⁰较Sn负，所以Zn与O₂的亲和力大于Sn与O₂的亲和力，在高温下Zn将优先氧化。所以，对于Sn-Zn系共晶无铅钎料在高温下应以Zn的氧化为主，Sn氧化次之。显然，Sn-Zn系钎料在高温下的氧化势比纯Sn高。

对Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Sb系无铅钎料而言，由于Ag、Cu、Sb氧化反应的ΔG⁰较Sn正，所以Ag、Cu、Sb与O₂的亲和力小于Sn与O₂的亲和力，在这些钎料中，高温熔融状态下Sn将优先氧化。所以，对于Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Sb，以及Sn-Ag-Cu等共晶无铅钎料，在高温下应以Sn的氧化为主。由于这些合金中所含Ag、Cu、Sb很少，实际上它们在高温下的氧化势应与纯Sn接近。以上分析表明，在实际钎焊温度下，各种钎料合金的氧化趋势的大小顺序为：Sn-9Zn＞Sn-5Sb＞Sn-0.7Cu＞Sn-3.5Ag＞Sn-3.5Ag-0.6Cu＞Sn-37Pb。可见，几乎所有无铅钎料的抗氧化性能均比含铅钎料差。无铅钎料在高温下易氧化的本性，导致它们在使用过程中会造成稀贵金属资源的大量浪费，同时还会严重降低液态钎料在基板表面的润湿性和铺展性。