在钎焊过程中,钎剂的主要作用是去除钎焊金属和钎料表面的氧化物,使液态钎料在钎焊金属表面铺展;同时,钎剂以液态薄层覆盖钎焊金属和钎料,使其与空气隔绝,防止其在加热过程以及焊后冷却过程中氧化。此外,钎剂还具有界面活性作用,提高钎料的流动性,降低钎料的表面张力,改善液态钎料对钎焊金属表面的润湿性能。
要完成上述作用,钎剂必须具备一定的条件。不同用途的钎剂,对其要求有所不同,但许多必须具备的要求已列入JB/T 6045—1992《硬钎焊用钎剂》和GB/T 15829—2008《软钎剂 分类与性能要求》中。如25.2.6节中所述,钎剂的试验必须配合钎料才能进行,在上述章节中已叙述过的内容在此不再重复,在此节中只对以钎剂为主的有关试验方法进行阐述。
25.2.7.1 硬钎剂试验方法
目前我国已经制定的有关硬钎焊用钎剂的国家标准或行业标准只有机械行业标准JB/T 6045—1992《硬钎焊用钎剂》。该标准适用于钎焊温度在450℃以上的气体火焰钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊、感应钎焊等钎焊方法所使用的钎剂,标准中对钎剂的技术要求主要包括钎剂颗粒度、夹杂物以及钎剂的钎焊工艺性能。对硬钎焊用钎剂的性能试验,主要考虑其在正常钎焊条件下,是否产生令人窒息的烟雾和影响操作的火焰或烟气;焊后残渣是否易除去(使用≥85℃的热水或其他清洗方式);配合其适用的钎料,按GB/T 11364—2008《钎焊润湿性试验方法》中规定的试验条件进行试验时,钎剂能否保证钎料熔化后完全填满规定的钎缝间隙。
25.2.7.2 软钎剂试验方法
软钎焊用钎剂是焊接行业制定标准最多的产品,国际标准化组织已制定或正在制定的有关软钎剂的标准已达20多个。我国目前已制定并已发布实施的软钎剂标准有:SJ/T 2660—2009《软钎焊用树脂系焊剂试验方法》、GB/T 9491—2002《锡焊用液态焊剂(松香基)》、JB/T 6173—2014《免清洗无铅助焊剂》、GB/T 15829—2008《软钎剂 分类与性能要求》。由于标准的起草单位不同、归口部门不同,对软钎剂的技术要求及试验方法差别也很大,为此全国焊接标准化技术委员会钎焊分技术委员会于2008年实施了通用的,与ISO 9454-1:2013(E)等效的国家标准GB/T 15829—2008《软钎剂 分类与性能要求》。
25.2.7.3 树脂芯钎料及膏状钎料钎剂含量试验方法
树脂芯钎料(药芯常以松香为主或其他树脂类有机物为主,添加少量活性组分)及膏状钎料中钎剂含量,各国标准中对其含量范围都有要求,不可太高也不可太低。如我国标准GB/T 3131—2001《锡铅钎料》中规定树脂芯助焊剂(软钎剂)占钎料总重量的百分比为1.5%~3.0%;日本国家标准JIS Z 3283:2006《树脂芯软钎料》标准中则规定助焊剂(软钎剂)含量为1%~3%(质量分数)。为了准确测定其含量,相应的产品标准中亦做了规定。
(1)树脂芯钎料 取试样30g左右,将表面清洗干净后准确地测定其质量,并设其质量为W1(g);接着将试样放入甘油中加热使其熔融,当钎剂完全从树脂芯钎料中去除后空冷,使其凝固。
将凝固的钎料取出后水洗,再用酒精清洗干燥,然后精确地测定其质量,并设其质量为W2(g),按式(25-6)计算出钎剂的含量。
(2)膏状钎料 从搅拌均匀的膏状钎料中取出30g左右作为试样,精确地测定其质量并将其设为W1(g)。将钎料放入甘油中加热使其熔融,当钎料与钎剂完全分离后空冷,使其凝固。
将凝固的钎料取出水洗后,再用酒精等清洗,干燥后精确地测定其质量,其值设为W2(g),并按式(25-6)计算出钎剂的含量。
上述测定方法的试验温度一般在200℃以上,操作时需小心,防止钎剂溅出伤人。作者在检验实践中发现,若以异丙醇代替甘油,同样可以得到满意结果,而且试验时操作更安全。采用异丙醇代替甘油进行试验时,在称取钎料W1后,用剪刀将钎料剪成约2~3mm的小段,将钎料放入约200mL异丙醇的500mL烧杯(或其他锥形瓶)中,加热至85℃,使钎剂完全溶解。将溶有钎剂的异丙醇倒掉,再加入异丙醇清洗钎料2~3次。再用酒精清洗后干燥,然后精确称取其质量W2,再按式(25-6)即可计算出钎剂含量。
25.2.7.4 钎剂性能试验方法
钎剂包括硬钎剂和软钎剂两大类,硬钎剂无论是应用面还是技术要求,都远不如软钎剂那样复杂。在25.2.7.1中对硬钎剂的试验方法已有叙述,在此不再赘述。
软钎剂的性能,包括物理稳定性、不黏着性、不挥发物含量、铺展率(扩展率)、相对润湿力、水萃取液电阻率、干燥度、铜镜腐蚀试验及绝缘电阻试验等。其中最重要、最常用于试验的是不挥发物含量的试验和相对润湿力试验方法。
1.不挥发物含量的试验方法
不挥发物含量是指在一定温度下助焊剂(软钎剂)中固体残留物的含量。由于助焊剂(软钎剂)的固体残留物通常都有黏性,对钎缝或母材有腐蚀性,因此希望它的残留量越小越好。如GB/T 15829—2008《软钎剂 分类与性能要求》中规定,不挥发物的质量分数应小于15%。随着表面组装技术(SMT)的发展,国内外不少公司已推出无须清洗(No-Clean)的助焊剂,试验测定的这类助焊剂的固体含量只有1%~5%(质量分数),这类助焊剂是今后软钎剂研究和生产发展的方向。
不挥发物含量的具体测定方法如下:
将6g钎剂助焊剂(放入已恒量的直径约为50mm的扁形称量皿中)准确称量(M1),并精确至±0.002g后,放入沸水浴中加热,使大部分溶剂挥发;再将其放入110℃±2℃通风烘箱中干燥4h,然后取出,放到干燥器中冷至室温,称量,反复干燥和称量,直至称量误差保持在±0.05g之内时为恒量,此时试样质量为M2。
按式(25-7)计算钎剂(助焊剂)的不挥发物含量
式中 M1——初始试样的质量(g);(www.xing528.com)
M2——试样经110°干燥后恒量时不挥发物
的质量(g)。
2.相对润湿力试验方法
相对润湿力试验方法是用于RA型钎剂的仲裁的试验方法(又称3s润湿力试验方法)。该法在GB/T 15829—2008《软钎剂 分类与性能要求》中已有规定,具体内容如下。
(1)标准钎剂的制备 将符合GB/T 8145—2003的特级固体松香,溶于无水乙醇或异丙醇中,并使松香的质量分数为25%。
(2)试件的准备 取直径为0.8mm的二号铜线(牌号为T2)一段,用溶剂擦洗去油,用10%的稀盐酸浸泡5s,用流水清洗,再浸入无水乙醇;然后将试件挂在120℃烘箱中老化1h,取出,截成15~20mm长若干根(注意,试件端面不应有飞边并应与轴线垂直),作为试件备用。
取10根试件用按上述方法配制的标准钎剂,按下面所述方法测试,所测结果均一致时方为有效。
(3)试验步骤 将按上述方法制备的试件蘸上RA型钎剂,按GB/T 2423.32—2008《电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Ta:润湿称量法 可焊性》中的规定进行润湿力测试。试件浸入深度为3mm,在此位置保持5s,浸提速度为20mm/s±5mm/s,记录第3s的润湿力,与理论润湿力之比应不小于35%方为合格。
3.铺展率(扩展率)试验方法
用铺展率试验来测试软钎剂的性能,除了采用GB/T 11364—2008《钎料润湿性 试验方法》进行试验外,亦可采用软钎剂专用的铺展率试验方法进行,这种方法在国家标准GB/T 15829—2008《软钎剂 分类与性能要求》中专门做了规定,具体步骤如下:
(1)试片的准备 从GB/T 2040—2008规定的二号铜板(牌号为T2)上切取0.3mm×50mm×50mm平整试片五块,去油后用500号细砂纸打磨铜板表面,用1∶2盐酸除去氧化膜后,再用无水乙醇清洗干净并充分干燥,为便于用镊子夹持试片,将试片的一角向上折弯,操作中应戴手套接触试片。
将试片放在温度为150℃±2℃的烘箱中氧化1h,所有试片应放在烘箱的同一高度上。试片从烘箱中取出后,放在密封的干燥器中备用。
(2)焊环的准备 将符合GB/T 3131—2001规定的标准直径为1.5mm、牌号为S-Sn60Pb锡铅钎料的丝材绕在圆柱形心轴上,再沿心轴方向将钎料切断,从心轴上取下钎料环,整平。每个钎料环的质量应为0.30g±0.005g,共做10个。
(3)试验步骤 从干燥器中取出五块铜试片,在每块试片中部放一个钎料环,在环中央滴0.10mL(约2滴)钎剂;再将这些试片水平地放置在235+5℃0的锡焊槽的熔融焊锡表面上保持30s;取出试样并水平放置,冷却至室温,用无水乙醇擦去钎剂残渣,测量焊点高h,精确到0.001mm。以五块试片焊点高度的算术平均值作为焊点高度,但当单个试片焊点高度hi与平均高度之差hav大于每个试样焊点高度与平均高度之差的平均值时,即该试样的焊点高度值应删去不计。
(4)计算 将余下的五个钎料环放在小磁蒸发皿中,放在平板上加热,使其熔为一个小球。冷却后,将其放到密度瓶中测定其在水中的排水量M,精确到0.001g;根据式(25-8)求出小球的等效体积V,并精确到0.001cm3,小球的相应标称直径D按式(25-9)求出;最后按式(25-10)计算平均铺展率。
式中 M——带小球密度瓶排开水的质量(g);1.2407——经验常数;
ρ——水的密度(g/cm3);
V——小球的体积(cm3);
D——小球的直径(cm);
h——焊点高度(cm)。
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