Structure and Properties Research of solder on zinc based alloy

Xu Wei-pu

.Shanghai Institute of Special Equipment Inspection and Technical Station，Shanghai  200062,

Abstract ： Cd- Zn - Sn solder that used to soldering Zinc-based alloy was developed; Properties and structure of Cd- Zn – Sn alloy were investigated; Soldered ZA joints using Cd- Zn - Sn solder alloy were analyzed. Results show that solder alloy had low density and relatively high strength, it owes melt point of 250.8℃ that can be a good low temperature solder. Solder alloy had excellent wettabilities at ZA alloy and can also be used at the soldering of other alloy; With the increase of Sn at Cd-Zn-Sn alloy, soldered square of solder alloy at ZA alloy increased too. There had white phases as α-Cd, black strip and mass shaped -Cd+β-Sn phases and some relatively small black mass phases as α-Zn. Using Cd-Zn-Sn solder alloy to soldering ZA alloy can achieve soldered joinst that had mechanical properties as σ_b=116.3、τ=96 MPa and hardness as 42HV_0.1.

Key words:  Cd-Zn-Sn solder alloy；  Structure；  Properties;   ZA alloy

1．  前言

近年来，锌基合金得到了较快的发展和应用，它具有强度和硬度高，阻尼性好，耐磨性好，摩擦系数小，摩擦温升低，材料与制造成本低廉等优点，因此被广泛应用于汽车，机电，模具，家电，装潢等行业。但该合金存在着连接和修复的问题。锌基合金在铸造中会产生缩松、缩孔、裂纹、夹杂等冶金缺陷，在使用中会产生磨损、碰伤，需要进行修复^[1-3]；传统修复的方法主要是机械修复，修复时间长、成本高，因此亟需用焊接的方法进行连接和修复。用TIG焊和气焊的方法对锌基合金进行连接虽然可以满足使用要求，但由于焊接温度高，锌基合金中的组元锌的熔点偏低，因此焊接过程中易出现锌的蒸发，威胁操作人员的健康；同时由于熔焊温度过高，易产生焊接变形及出现组织内应力。而钎焊的加热温度低于母材合金的熔点，可以有效的避免锌的蒸发，整体加热的焊接变形也很小。要对锌基合金进行钎焊必须首先研制合适的钎料合金，在研制过程中需要考虑熔点和强度。常见的Sn-Pb钎料虽然具有优异的润湿性，但强度偏低；其它比较合适的钎料组分有Cd和Zn，它们具有低的熔点和相对高的强度和腐蚀性能，完全可以满足钎焊连接

的要求^[4-6]。

作者简介： 徐维普（1977-），男（汉），山东烟台人，博士

通讯地址： 上海市金沙江路915号容器室，200062，TEL：13918731356, E-mail: neiltwo@126.com

本文主要对Cd-Zn–Sn钎料合金的组织和性能进行了研究，也对使用该钎料合金钎焊锌基合金得到的钎焊接头的组织和性能进行了分析研究。

2. 试验材料和方法

试验用Cd-Zn–Sn钎料合金是在电阻炉中熔炼得到的，加热温度为500℃，在加热的过程中在待熔炼的试块上面覆盖ZnCl₂以保护Zn不被氧化。共研制了不同合金含量的六种钎料合金，使用钎料合金对锌基合金进行钎焊，发现Sn元素的含量对钎料的润湿性有影响，结果见图.1所示。随着Sn元素在Cd-Zn–Sn钎料合金中含量的增加，钎料合金的润湿性开始阶段提高；但当Sn含量超过12%以后，其润湿性趋于稳定，而合金的强度开始降低。因此选择12%Sn含量的钎料合金作为最终使用的钎料合金。用于钎焊的锌基合金母材的化学成分如表.1所示^[11]。钎焊研究用的钎剂为ZnCl₂-53NH₄Cl-2KF钎剂；钎焊方法为炉中钎焊。钎焊之前需要对母材用酒精进行清洗，钎焊工艺参数为：钎焊温度320℃，保温时间15min，钎缝间隙为0.14㎜。力学性能在WA-10万能试验机上进行，组织和相分析在 CSM-950 SEM 、H-800TEM以及Philips X’Pert MPD X-Ray试验机上进行。

表1. 试验用锌基合金的化学成分（质量，%）

图1. Cd-Zn–Sn钎料合金中Sn元素含量对合金润湿性的影响

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