非晶態(tài)焊接材料的特性及其應用研究

孟智超

摘 要：近年來，物理性能和化學性能優(yōu)異的非晶態(tài)焊接材料受到了人們的高度關(guān)注，它被廣泛應用于電子儀表、軍工和宇航等領域。因此，在簡要分析了非晶態(tài)焊接材料特性的基礎上，研究了鎳基非晶態(tài)焊接材料、銅基非晶態(tài)焊接材料和鋁基非晶態(tài)焊接材料的應用情況，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：非晶態(tài)焊接材料；非晶態(tài)合金；化學特性；物理特性

中圖分類號：TG425 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.059

非晶態(tài)合金是短程、有序的玻璃態(tài)合金，它在一定溫度范圍內(nèi)能保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。由于具有獨特的合金結(jié)構(gòu)，所以，非晶態(tài)焊接材料具有較高的硬度、強度、耐磨性和耐腐蝕性，并且逐漸成為了焊接領域重點研究的材料。作為焊接材料，非晶態(tài)材料充分展現(xiàn)了其特性和奇妙的能效。因此，研究非晶態(tài)焊接材料的特性及其應用是非常必要的。這樣做，可以為材料的推廣和應用奠定良好的基礎。

1 非晶態(tài)焊接材料的特性研究

1.1 材料的化學特性

目前，非晶態(tài)釬料是應用最廣泛的非晶態(tài)焊接材料之一，它具有組織均勻、成分均勻的特點。作為由液態(tài)合金快速冷卻形成的材料，非晶態(tài)釬料能保持液態(tài)時的均勻性。同時，材料本身熔化均勻，沒有晶粒和共晶相，也不含粗大的化合物，呈現(xiàn)出組織單一、細化的特點。因為材料所含雜質(zhì)比較少，所以，其純度也相對較高。在制取材料的過程中，不需要進行鍛、軋、拉、拔等處理，材料性能也不受加工氧化和潤滑劑的影響。從目前發(fā)展情況看，已經(jīng)研發(fā)出的非晶態(tài)釬料多由合金元素Ni、Cu、Ti、Al和非金屬元素Si、B、P構(gòu)成。由于非晶態(tài)釬料成分相對均勻，制成的釬料箔也不同于高溫釬焊的釬料，它具有較好的柔韌性。在生產(chǎn)釬接件的過程中，可以根據(jù)實際需要預制形狀，然后再將釬接件放置在釬焊接頭間隙中，從而減少釬料的浪費。此外，調(diào)整母合金成分可以更容易地制備出各種成分的非晶態(tài)釬料。

1.2 材料的物理特性

從物理性能方面看，非晶態(tài)釬料潤濕性良好，在加熱過程中，它能夠均一地熔化和鋪展，不會出現(xiàn)晶態(tài)釬料熔化分層的情況。同時，由于非晶態(tài)釬料的非晶型結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定，所以，在臨近熔化狀態(tài)時，會析出晶體，并且會在熔化瞬間釋放大量的熱能。熱能的釋放會導致釬料中的相關(guān)元素被迅速擴散，從而提高其潤濕能力。如果使用鎳基非晶態(tài)釬料焊接，它本身有較強的耐高溫性和耐腐蝕性，而且可以制作成比較薄的釬料箔，減小釬縫的間隙。另外，在冷凝后，非晶態(tài)釬料熔化，產(chǎn)生合金晶結(jié)構(gòu)。由此可見，低溫條件下是不會發(fā)生釬接層熔化的問題的。此外，與粉狀釬料相比，非晶態(tài)釬料中不含助焊劑和黏結(jié)劑，可以避免對釬焊爐造成的污染。使用非晶態(tài)釬料無需使用墊片保護釬縫間隙，進一步簡化了釬焊操作。

2 非晶態(tài)焊接材料的應用研究

2.1 鎳基非晶態(tài)焊接材料的應用

鎳基非晶態(tài)釬料是研發(fā)較早的非晶態(tài)焊接材料，它具有抗氧化性、耐高溫性和耐腐蝕性，被廣泛應用于航天、航空等領域的高溫合金焊接方面。與普通鎳基釬料相比，鎳基非晶態(tài)釬料能夠快速凝固，很好地解決了釬料變脆的問題。在具體應用過程中，因為不需要使用助溶劑等物質(zhì)，所以，焊縫不僅不會被污染，還具備較好的力學性能。但是，在制備鎳基非晶態(tài)釬料時，要精確控制各成分的含量和工藝參數(shù)。目前，制備該材料仍有一定的難度。

2.2 銅基非晶態(tài)焊接材料的應用

銅基非晶態(tài)釬料是有較強玻璃形成能力的焊接材料，具有制備成本低的優(yōu)勢。20世紀90年代，該材料被研發(fā)出來。從性能上來講，銅基合金具有耐腐蝕性和導熱性強等特點，可用于電子儀表的制作和銀合金等材料的焊接工作中。而使用含硼的銅基非晶態(tài)釬料焊接紫銅，能夠大大提高釬料的潤濕性和接頭性能。此外，在銅基非晶態(tài)釬料中添加Si、B、Zr等微量元素，可以使釬料具有較好的流動性，還能代替昂貴的銀基釬料用于焊接銅合金等。

2.3 鋁基非晶態(tài)焊接材料的應用

從目前情況看，鋁基非晶態(tài)釬料的應用范圍比較廣。在焊接電子器件等產(chǎn)品時，低溫或中溫鋁基非晶態(tài)釬料的應用情況良好。但是，這類材料的熔點較高，釬焊溫度接近鋁合金的固相線。在Al-Si基體中加入銅、鉻等元素，能夠在一定程度上降低材料的熔點，避免出現(xiàn)母材過燒的問題。此外，可以使用快速凝固法制備鋁基非晶態(tài)釬料，使材料具有高接頭強度和釬焊溫度低等優(yōu)勢，從而擴大其應用范圍。

2.4 其他非晶態(tài)焊接材料的應用

在釬焊鈦合金、石墨和陶瓷等材料時，鈦基非晶態(tài)釬料的利用率極高。從目前的發(fā)展形勢看，加入銅、鎳等元素的鈦基釬料具有流動性好和熔點低的特點，它在陶瓷和鈦合金材料的焊接上表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。而貴金屬鉑具有較好的耐氧化性和耐熱性，用該元素制備的鉑基非晶態(tài)釬料具有良好的玻璃形成能力，可以成功焊接銅棒。此外，鍺基非晶態(tài)釬料也具有較好的玻璃形成能力，它在鈦合金材料等異種材料的焊接方面有良好的應用。

3 結(jié)論

總而言之，非晶態(tài)合金具有良好的物理性能和化學性能，有一定的應用潛力。作為焊接材料，應用它能進一步降低焊接工藝的成本，并在一定程度上實現(xiàn)焊接工藝的節(jié)能高效發(fā)展。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，非晶態(tài)焊接材料將會有廣闊的應用前景。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕