如何选择钎剂？——钎剂选择指南

钎剂的功能可以分为三部分：一是基质，二是去膜剂，三是界面活性剂^[38]。有的钎剂可以明显划分出这三项功能部分，如铝钎剂。多数钎剂的功能部分并不能明确划分，但这三项功能确实存在。

基质是钎剂的主要成分，它控制着钎剂的熔化温度。它熔化后覆盖在焊点表面，起隔绝空气的作用，它又是钎剂中其他功能组元的溶剂。为了配合钎料的熔点，钎剂的熔化温度应该比钎料熔化温度低10～30℃。特殊应用情况下，也有使钎剂的熔化温度稍高于钎料熔化温度的。钎剂的熔化温度如过低于钎料，则过早的熔化将使钎剂的成分由于蒸发、与母材作用，特别是钎剂与母材、钎剂与钎料间传质速度的降低等原因，使钎料熔化时钎剂已失去活性。由此可见，调节基体的成分使其熔化温度与钎料熔化温度匹配至关重要。

去膜剂的作用是通过物理化学的过程，除去、破碎或松脱母材的表面膜，使得熔化的钎料能够润湿新鲜的母材表面。界面活性剂的作用是起到进一步降低熔化钎料与母材间的界面张力，使熔化钎料得以在母材表面铺展。

铝钎剂的基体是由碱金属或碱土金属的氯化物构成的，去膜剂由氟离子担当。由于铝氧化膜的除去过程仅仅做到破碎松脱，尽管有基质的覆盖和氟离子的作用，新氧化膜生成的趋势仍然很强，必须以一些重金属离子与母材间的置换反应（传质作用）来降低熔态钎料与母材间的界面张力而达到两者的润湿。此重金属离子即起界面活性剂的作用。在高温钎焊铜合金、铁合金时，常用硼砂（Na₂B₄O₇·10H₂O）作为钎剂。它的熔点为742.5℃，有时嫌温度太高而配以B₂O₃，成为二元钎剂，可以获得不同的熔化温度，如图1-25所示[30]。此种钎剂其功能三而合一。硼砂熔化的黏稠液体成为基质。母材表面氧化膜溶于B₂O₃，生成偏硼酸盐而除去（见1.2.4节）。氧化膜的溶解过程即是一传质过程，同时起了降低界面张力的作用。有时为了延长这个传质过程，甚至往硼砂中加氧化剂，如加入高锰酸钾[31]381，使得母材表面价态被抬高而增加向钎剂中的溶解。

图1-25 Na₂B₄O₇ -B₂O₃ 相图^[30] Fig.1-25 Na₂B₄O₇ -B₂O₃ Phase diagram[30]

钎剂的选择常视氧化膜的性质而定。偏碱性的氧化膜，例如，Fe、Ni、Cu等的氧化物，常使用酸性的含硼酸酐（B₂O₃）的钎剂；偏酸性的氧化膜，例如，对付铸铁含高SiO₂的氧化膜，常用含碱性Na₂CO₃的钎剂，使得生成易熔的Na₂SiO₃而进入熔渣。

在钎焊一些含Cr、Ti、Mo、W等元素的合金钢或耐热钢时，由于这些元素的氧化物是酸性的，而基体元素Fe的氧化物又是偏碱性的，因此常在硼酸酐（B₂O₃）中加入部分强碱性的碱金属或碱土金属的氟化物，使得钎剂具有某种双重性格，显著提高钎剂对付这类合金的活性。为了同时调节钎剂的熔化温度，在850℃以下常添加LiF（m.p.845℃）、NaF（m.p.995℃）或KF（m.p.851℃），而在850℃以上常添加CaF₂（m.p.1423℃）。(www.xing528.com)

在钎焊一些结构钢、耐蚀钢和耐热钢以及铜、银、金等合金时，如果希望在较低温度下钎焊，则不用上述的氟化物而代之以氟硼酸钾（KBF₄）或氟硼酸钠（NaBF₄）。表1-2所列的熔盐系常被用来组成各种各样的钎剂。

表1-2 组成硬钎剂有关组元的相关系Table 1-2 Phase relationships of some systems used for brazing fluxes

一些氟化物的气体也常被用作钎剂，它有反应均匀、焊后不留残渣的优点。BF₃常和N₂混合使用，在高温下钎焊不锈钢。BF₃有钢瓶罐装出售。另外一种液体硼酸三甲酯混以BF₃，当作火焰钎焊时的气体钎剂使用。当可燃气体例如乙炔或天然气流经特制的罐内的上述混合液体时，由于鼓泡而使可燃气体中富含这种钎剂的蒸气。在火焰中硼酸三甲酯水解为B₂O₃。火焰所到之处，工件上即被覆一层极薄的B₂O₃熔化膜，既起钎剂的作用，又起保护工件表面不因烧灼而有氧化变色之虞[32]1252。

铝和镁合金是比较难以钎焊的，特别是镁含量高的合金。它们的钎剂主要由氯化物、氟化物和一些重金属离子构成。这类钎剂钎焊后的清洗比较困难，稍有不慎便会引起腐蚀。较大面积的搭接，钎缝中夹渣几乎难以避免，形成蚁窝状的缺陷。它通常不存在联通大气的洞口，如果表面进行机加工，形成了洞口，钎剂则因逐渐吸潮产生膨胀而会破坏接头。近20余年发展起来的所谓Nocolok（no-cor-rosive look）钎剂，因为不溶于水、不吸潮而成为“无腐蚀的钎剂”。这主要是由AlF₃和KF系中，两个中间化合物K₃AlF₆和KAlF₄共晶熔盐构成。近年来又发展了AlF₃-CsF和AlF₃-CsF-KF钎剂^[33]。含CsF成分的钎剂，特别适合钎焊含Mg量高的铝合金和镁合金，对去除镁氧化膜有特殊的效力。

钛合金钎剂和铝钎剂大体相同，由碱金属、碱土金属的氯化物和氟化物构成，但由于钛的氧化膜更难以破除，其界面活性剂常用活性更高的AgCl和SnCl₂。

有时需要在较低温度下进行钎焊。在450℃以下钎焊用的钎剂称为软钎剂。软钎剂分为两种：一种是水溶性的，通常由盐酸、ZnCl₂、SnCl₂、NH₄Cl、H₃PO₃等多个或单个盐的水溶液构成，活性高，腐蚀性也强，焊后需要清洗，适用于钢、不锈钢、铜合金、镍合金等的钎焊；另一种软钎剂是水不溶性的有机物钎剂，通常以松香或人工树脂为基，加入有机酸、有机胺或其HCl或HBr的盐，以提高溶去膜的能力和活性，为了调节稠度，常以无水酒精或异丙醇作为溶剂，这类钎剂由于腐蚀性小，常在电子工业中钎焊铜及铜合金。铝合金的软钎剂常在有机的羟胺中溶入重金属的氟化物或氟硼酸盐制成，铝钎焊避免使用水溶液钎剂。其他耐热合金，如含Cr、Mo、W合金，Mg合金，Ti合金等在一般条件下都无法用软钎剂钎焊。