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一,概述,
金是名符其实的贵金属,它具有美观的金黄色光泽,塑性极好,化学性能非常稳定,在加热时不变色,有良好的抗氧化性和耐腐蚀性;金还具有良好的导电性、导热性和高的反射率。它的密度19.32g/cm3,熔点℃,导热率31w/(m·k),电阻率2.×10^-8,延伸率39~45%(退火),抗拉强度MPa。
金及其合金主要用在首饰、工艺品上,以足金和千足金甚至万足金为主,随着科技发展,在钎料、精密电阻材料、接触材料、弹性元件、应变材料、微电子技术和医疗等。由于纯金太软应用受到限制,为此加入使金强化的元素,如:Ni、Cr、Y、Ag、Cu、Mn等,常见的金合金有:Au-Ni、Au-Cu、Au-Cr等。根据国标GB-黄金分为9K、14K、18K、22K、足金、千足金,其含金量分别为:、、、、、。金及其合金的熔焊性、钎焊性良好,对于纯金焊接过程中氧化不是问题,只有少数金合金在焊接过程中需考虑氧化的问题。
1,熔焊
最古老的方法是气焊,火焰的性质以微还原性为佳,如:氧-乙炔、氧-液化气、空气-液化气甚至汽油-空气、煤油-空气的火焰进行气焊;焊炬通常使用小型的即可,焊件若有颜色要求的,常用同样材质的金或金合金作填充;气焊时可以不用焊剂,也可用硼砂或硼酸或它们的混合物用作焊剂。
钨极氩弧焊也是比较常用的方法,它的优点是:焊接速度快,焊接质量好,并且可以防止焊接高温引起的氧化变色,这里要注意的是尽量避免钨极对焊缝的污染!
还有更高档一点焊接方法,如:等离子弧焊、激光焊、真空电子束焊等方法焊接金及其合金,这些方法比钨极氩弧焊的焊接速度更快、焊接质量更好更稳定。有时还可采用摩擦焊等。
2,压焊
金及其合金由于具有良好的塑性,可采用冷压焊或热压焊。采用冷压焊时,必须将焊件表面清理干净,当变形量大于20%时,就能实现牢固的连接。在微电子中集成电路内引线的丝球焊,就是将直径φ20~50μm的金丝端头熔烧成球状,然后采用热压焊或超声热压焊的方法,将金丝球与集成的电路芯片(即表面经Au或Ag或Al金属化处理的硅片)实行焊接。
3,电阻焊
金及其合金店电阻焊的电极采用Mo制作,Au-Cu、Au-Cu-Ni、Au-Cu-Ag等在珠宝、光学装置、电触点等小型构应用较多;带状构件一般采用脉冲缝焊眼镜框架采用氩气或氮气保护电阻点焊。
4,钎焊
金及其合金的硬钎焊常用于黄金珠宝首饰及牙科制品中,常见钎焊金合金的钎料如图1。
含Ag量高的钎料润湿铺展性、流动性较好,与金合金相互作用倾向小;含Cu量高的钎料在钎焊温度增加时,与母材相互作用加剧,焊接时严格控制钎焊温度、保温时间;钎焊金合金时,一般采用50%硼砂、43%硼酸、7%硅酸钠混合物作焊剂。
金及其合金硬钎焊工艺方法有:火焰钎焊、电阻钎焊、普通炉中钎焊、高频钎焊等。小构件采用电阻钎焊时,可将定位好的接头放于两电极之间,当通电加热到钎焊温度时,及时送给钎料完成钎焊。珠宝牙科行业一般采用中性或微还原性的氧-乙炔(氧-液化气)火焰进行钎焊;考虑到健康因素,牙科钎料禁用含Cd钎料,通常可用Au-Ag-Pb类型钎料;K金中大多数含有Cu,在加热时会氧化成黑褐司色,钎焊时应采用钎剂保护。
金及其合金的软钎焊应用也比较广,在半导体及微电子器件中,
经常被用作在陶瓷、玻璃或其它金属的表面金属化涂层,例如薄膜电路中金的涂层是用作电导体,电路的软钎焊按通常的软钎焊工艺方法,采用Sn61Pb39、In95-Bi5、Sn53-Pb29-In17-Zn05等钎料和松香酒精中性钎剂。在进行锡基钎料软钎焊时,必须要考虑到金在锡或锡基钎料中的溶解作用的影响,当温度达到一定值时,金在锡基钎料中的溶解速度极快,必须严格控制钎焊温度和钎焊时间,避免过度溶解造成的溶蚀现象,比如微电子薄膜电路中金层的脱落现象。
还有利用金与某些金属的共晶反应而实现连接的接触反应钎焊,这在半导体和微电子器件芯片连接中有应用,如:Au-Si共晶法接合是常用的钎焊工艺,其共晶点是℃。金基软钎料AuGe12、AuSi、AuSn20对镀金层均无溶蚀现象,是高可靠镀金构件的常用钎料。