术进行连接， 既能节约世界资源、 节省成本， 又能发挥铜 和铝各自的性能优势。 软钎焊已被大范围的使用在电子组装 工艺、 电机制造以及电器用端子的铝线与设备铜制引 出端的连接等。 铜与铝的物理化学性能差异较大， 钎焊时 Al 基 体表面极易氧化成致密的氧化膜， 且极易在界面产生 硬脆、 电阻极大的 Cu－Al 金属间化合物

  近几年关于 Cd－Zn 系软钎料的文献较少， Cd 元 素的有毒性可能是限制其发展的根本原因 。 Cd 蒸气 不仅直接危害钎焊操作者的健康， 也对旁边的环境产生 严重污染， 含 Cd 钎料的生产和使用慢慢的变成了一个全 球性的环境问题。 因此钎料的 “无镉化”， 将是中温 软钎料的发展趋势。

  抗腐蚀和抗老化性能较低温钎料有所改善。 适用于钎焊工作温 度不高、 抗腐蚀性中等的 Cu/Al 接头。 （3 ） 高温软钎料 （熔点 370～430 ℃ ）： 熔点在这 个范围的钎料， 几乎只有 Zn－Al 系钎料。 它是以 Zn 为基体， 加入少量 Al ， Ag ， Cu 等合金元素， 既可以 提高钎料性能， 又能降低熔点。 Zn－Al 合金接头的耐 腐蚀性能不佳， 但加入微量碱土族和稀土元素可显著 提高其耐腐蚀性能。 在铜 ／ 铝钎焊用软钎料中， 这类 钎料钎焊获得的接头耐腐蚀性最强。 铜/ 铝钎焊用软钎料特点及其焊接性能

  头强度俱佳， 在钎焊时可以使用有机钎剂， 与使用无 机反应型钎剂相比， 其对母材的腐蚀性大为减轻。

  物。 其液相温度范围为 198～260 ℃ ， 与 Sn－Pb 钎料的 熔点接近。 这类钎料不仅钎焊工艺性好， 而且与铝材 的色泽几乎一致。

  研究发现， 钎料中的 Sn 不但与 Zn 和 Al 作固溶结合， 还从 Al 面上生长出无数刺状固溶体晶须插入钎料作 嵌入结合， 从而增强了钎焊接头的结合强度 ［17］。 不单

  合金在铜上的润湿性的影响， 微合金化所达到的最佳 改性效果使 Sn－9Zn 合金对铜的润湿性由 Sn－37Pb 钎 料润湿性水平的 45．4％ 提高到了 70．3％ ［28］。 目前， Sn－Zn 系钎料在铝及铝合金钎焊或铜及铜 合金钎焊中的应用研究较多， 但应用在铜 / 铝异种材 料钎焊的研究相对较少， 还有待进一步的研究。

  中脆性化合物的产生， 明显提高 Cu/Al 接头的强度。 刘正林 ［35］等人研究发现， Zn－10Al 钎料在铜和铝上的 铺 展 性 较 好 ， 其 Cu/Al 接 头 强 度 能 达 42．5 MPa 。 刘 凤美 ［36］等人在 Zn－10Al 钎料中添加 Cu 元素， 可提高 钎焊接头的强度， Zn－9．3Al－7Cu 钎料的 Cu/Al 接头强 度可以达到 53．8 MPa， 钎缝中 Cu 侧界面上组织细小。 存在的问题及研究方向 上 述 几 类 软 钎 料 中 ， Sn－Pb 系 和 Cd－Zn 系 钎 料 在钎焊时均表现出良好 的 性 能 ， 但 由 于 Pb 和 Cd 具 有毒性， 它们的应用和发展均受到限制。 关于 Sn－Zn 无铅钎料的国内外文献多有报道， 尤其是铜及铜合金 钎焊常用的 Sn－9Zn 共晶钎料， 已经推出一些可以替 代 Sn－Pb 系钎料的商品化 Sn－Zn 系钎料。 Zn－Al 系钎 料作为铜铝钎焊用软钎料的新生力量， 是一种很有潜 力的铜 / 铝钎焊用软钎料。 但 Sn－Zn 共晶 合 金 和 Zn－

  注 Zn－Al 系软钎料研究的现状。 软钎料概述 软 钎 料 在 工 业 上 被 定 义 为 熔 点 低 于 450 ℃ 的 钎

  收稿日期： 2010-10-25 基金项目： 中国博士后科学基金资助项目 （）； 山东省 优秀中青年科学家科研奖励基金项目 （2008BS04037 ，

  通常将金属间化合物的厚度控制在 2 μm 以下， 才能 获得成形良好的 Cu/Al 异种接头， 同时， 又能保证其 力学性能 。 因此， 不断改善钎料性能， 降低金属间

  化合物对 Cu/Al 接头性能的影响， 一直是铜 ／ 铝钎焊 用软钎料研究的热点课题。 铜/铝钎焊用软钎料， 正 在经历 从 传 统 的 Sn－Pb 钎 料 向 绿 色 无 铅 软 钎 料 发 展 的过程。 本文主要介绍常见的几种铜 /铝钎焊用软钎 料的特点、 性能及其焊接性， 阐述了 Sn 基、 Cd 基、

  2．2 Sn－Zn 系钎料 Sn－Zn 系钎料具有其他无铅钎料无法获得的低熔

  点、 低 成 本 及 其 接 头 良 好 的 力 学 性 能 等 优 势 ［16 ］。 从

  虽 然 Sn－Zn 钎 焊 接 头 的 强 度 较 高 ， 但 Sn－Zn 共 晶钎料的耐蚀性能不佳。 陈方和肖正香等人分别总结 了国内 外 关 于 合 金 化 元 素 对 Sn－Zn 系 钎 料 性 能 影 响 的最新研究现状 ［19-20］。 研究指出在 Sn－Zn 共晶合金中 添加微量 Bi ， Ag ， Al ， 稀 土 等 元 素 ， 都 能 有 效 改 善 钎料的耐腐蚀和抗老化性能。

  易于控制熔蚀缺陷的产生 ［29］。 Cd 基钎料钎焊铜及铜 合金时， 在界面上容易形成脆性的 Cu－Cd 金属间化 合物， 钎焊时应采用快速加热的方法， 以缩短钎焊时 间和保温时间， 进而减少金属间化合物对钎焊接头性 能的影响。 有文献报道， 添加微量 Ag ， Ca， Mg 等合 金元素能显著提高接头力学性能和钎料润湿性 ［30］。

  的腐蚀很快沿界面进行 ［8］。 山东大学的李亚江 ［9］等人对低温 Sn－Pb 钎料钎焊

  是 Sn－Zn 共 晶 钎 料 ， 研 究 还 发 现 Sn－Pb－Zn 合 金 钎 料， 以及同时含有 Zn， Sn 的钎料， 在钎焊铝及铝合 金时都存在此现象 ［18］。 目前， 在其他种类接头中还未 有文献报道发现这种现象， 推测晶须的产生可能与

  因此 Zn－Al 系钎料是理想的铜 ／ 铝钎焊用软钎料， 其 液 相 温 度 范 围 为 382～400 ℃ 。 Zn－Al 共 晶 钎 料 对 Al 基体的熔蚀性很强， 主要是因为 Zn 与 Al 的互溶度很 大， 钎料熔化时 Zn 以相当快的速度向 Al 基体晶间渗 透。 Zn－Al 共晶钎料的 Cu/Al 接头强度低， 并且对铜 的 润 湿 性 能 差 ， 在 生 产 应 用 中 需 添 加 适 量 Cu， Ag，

  料， 液相温度范围为 183～270 ℃ 。 Sn－Pb 系钎料的工 艺性和经济性俱佳， 接头强度也能较好地满足使用要 求。 但 Sn－Pb 共晶钎料的 Cu/Al 钎焊接头性能并不理 想， 主要是因为 Sn 和 Pb 对 Al 的互溶度都很小， 钎 焊 时 没 有 化 合 物 生 成 ， 因 此 与 Al 的 结 合 力 都 很 弱 ， 再加上与 Al 的电极电位相差很大， 电化学作用引起

  前言 软钎焊是一种低温结合工艺， 主要依靠钎料对母 。 铜/铝异种材料利用钎焊技

  类： 低温软钎料、 中温软钎料和高温软钎料 ［7］。 （ 1 ） 低 温 软 钎 料 （ 熔 点 150～260 ℃ ） ： 主 要 有

  2 种金属间化合物， 在铝侧过渡区生成 AlNi ， NiSn， Ni3P 及 Sn4P3 等金属间化合物。 Sn－Pb 共晶钎料的润

  在 Cu 基板上的铺展。 试验表明， 添加微量 Zn， Ag， Bi， 稀土等合金元 素能有效提高 Sn－Pb 钎料的润湿性， 以及接头强度和 抵抗腐蚀能力能

  的组织变化发现： 稀土元素的加入， 改变了固液界面 处三相接触角， 并最终促使共晶组织直接在先析出富

  圈的出现， 使组织细化， 从而提高钎料抗拉强度。 尽管 Pb 在 Sn－Pb 钎料中具有降低合金熔点、 改 善操作性能、 减小表面张力、 增强抗拉强度和防止氧 化等作 用 ， 但 Pb 具 有 毒 性 ， 长 期 与 含 Pb 的 物 质 接 触， 会对人体造成危害， 尤其是对儿童， 少量的 Pb 中毒就能引发儿童的多动症。 绿色无铅钎料， 已经开 始从立法上和应用上逐渐取代传统的锡铅钎料。 因 此， 加快绿色无铅铜 ／ 铝钎焊用软钎料的研究， 也将 具有重大的现实意义。

  原因是钎料的表面张力较大， 以及钎焊时表面容易形 成氧化层， 从而阻碍了钎料在 Cu 基材上的润湿。 国 内外科 研 人 员 在 改 善 Sn－Zn 钎 料 对 铜 润 湿 性 方 面 的 大量研究发现， Sn－Zn/Cu 界面的金 属 间 化 合 物 主 要 有 Cu5Zn8 和 Cu6Sn5， 添加微量 Bi ， Ag ， Cu， Al 及稀 土等元素， 可以明显提高 Sn－Zn 共晶钎料在 Cu 基上 的润湿性能 ［21－27］。 魏秀琴等人研究了微量 Al， Mg， Ti，

  摘要： 介绍了铜 / 铝异种材料钎焊用的几种常见软钎料及其特点 、 应用及研究现状。 这篇文章着重介绍了 Sn－Zn 和 Zn－Al 系钎料的特点及应 用， 分析了目前 Sn－Zn 和 Zn－Al 系钎料存在的主体问题， 并对 Zn－Al 系钎料在铜 / 铝钎焊中的应用前景进行了展望。 关键词： 铜 / 铝； 异种材料； 钎焊； 软钎料 中图分类号： TG454 文献标志码： A