鄭建峰 陳德娟 蔡薔 趙越

(1.浙江衢州大通鍋爐有限責任公司 浙江衢州 324000;2.中國海洋大學材料科學與工程研究院 山東青島 266100;3.廣東恒基金屬制品有限公司 廣東佛山 528305)

1 引言

釬焊是常用的鋁合金焊接方法之一，與熔焊相比其特點明顯：加熱溫度一般低于母材熔點，對母材物理化學性能無明顯的不利影響；釬焊溫度低，易對工件整體均勻加熱等。制冷管路鋁鋁釬焊，特別是感應釬焊，已經(jīng)成為制冷行業(yè)為實現(xiàn)全面鋁代銅而采取的主要焊接方法 。目前所使用的鋁合金釬料品種較多，主要以共晶成分的鋁合金為基礎。根據(jù)釬焊溫度，可以分為Al-Si系高溫釬料和Al-Zn系中溫釬料，前者熔化溫度為577～580℃，接近鋁的熔點，因此釬焊難度較大；后者熔化溫度為382～400℃，焊接工藝難度較小，但是其耐蝕性能較差。隨著新材料科技的發(fā)展，市面上新型Al-Zn釬料層出不窮，制冷行業(yè)有采用中溫釬料Al-Zn系釬料釬焊鋁管接頭和銅鋁管接頭的趨勢。但是由于GB 9237-2001《制冷和供熱用機械制冷系統(tǒng)安全要求》，對制冷系統(tǒng)中的鋁制構件釬焊材料選擇含鋅材料提出了限制性要求，而Al-Zn釬料是否能達標卻令人懷有疑問。本文主要從Al-Si釬料和Al-Zn釬料的抗腐蝕性能方面探究，繼而比較二者的優(yōu)劣，以望在實際生產(chǎn)中能給予企業(yè)技術建議。

圖1 電化學試樣

圖2 鹽霧試驗試樣宏觀形貌對比

圖3 鹽霧試驗試樣表面微觀組織形貌

2 試驗材料

本試驗以1060鋁片為母材，分別選用Al-Si釬料和Al-Zn釬料焊接，焊接工藝為感應釬焊，所用電源設備為EFD公司生產(chǎn)的Minac感應釬焊設備。母材及兩種釬料的化學成分見表1，焊接工藝參數(shù)見表2。

3 試驗方法

3.1 中性鹽霧實驗

采用感應釬焊工藝分別使用兩種釬料焊接1060鋁片得到焊接接頭，用丙酮將試件樣品表面油污清理干凈，然后蒸餾水沖洗后晾干稱重。根據(jù)GB/T 10125-1997《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》進行腐蝕試驗，采用乙酸銅加速鹽霧腐蝕。樣品表面與垂直方向成30°角，腐蝕液采用5%氯化鈉溶液，在溶液中加入氯化銅（CuCl ·2H2O，0.26g /L±0.02g/L)，采用連續(xù)霧化，試驗時間為24小時。

實驗后將樣品干燥1h，然后用流動水沖洗以除去表層殘留鹽霧溶液，吹干后稱量，比較試驗前后質量變化。觀察比較樣品的宏觀形貌，用YJ100-310型金相顯微鏡觀察焊縫處的微觀組織結構。

3.2 電化學試驗

首先將釬料置于鋁板上，加熱使其熔化鋪展，然后在鋪展區(qū)選取1cm×1cm 的區(qū)域進行線切割，最后對所得試樣進行打磨清洗進而得到電化學試樣，如圖1所示。本實驗運用Autolab Pgstat 302N電化學工作站，采用三電極體系在室溫下的中性3.5%NaCl溶液中對釬料電化學試樣進行極化曲線測試，掃描范圍為-1.4V~0.4V，掃描速率為2mV/s，對得到的極化曲線進行擬合并分析試樣的腐蝕行為。

4 試驗結果及討論

4.1 鹽霧試驗結果及分析

4.1.1 腐蝕失重比較

表3為試樣在中性鹽霧試驗后的腐蝕失重數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)的準確性，每種釬料測試3個樣品，然后取平均值。從表3中我們可以看出，使用Al-Zn釬料焊接的試樣失重量明顯大于Al-Si釬料的，從質量損失的角度說明Al-Zn釬料的耐蝕性比Al-Si釬料的耐蝕性要差。

4.1.2 試樣宏觀形貌對比

應用Al-Si釬料和Al-Zn釬料進行感性釬焊所得焊接接頭在中性鹽霧試驗前后的宏觀形貌對比如圖2所示。腐蝕后，試樣母材和焊接接頭均發(fā)生不同程度的腐蝕，而且后者較前者腐蝕更加明顯。圖2中Al-Si釬料填充的焊縫處變化不明顯，腐蝕產(chǎn)物很少。對比看出，Al-Zn釬料填充的焊縫處在腐蝕試驗后焊縫清晰可見，表面較光亮，點蝕相互連接擴展成團簇，并產(chǎn)生大量腐蝕產(chǎn)物，部分腐蝕產(chǎn)物鼓泡剝落。

4.1.3 腐蝕試樣微觀組織形貌

圖3為兩種釬料焊接試樣經(jīng)鹽霧試驗后表面金相顯微照片。在圖3A沒有出現(xiàn)明顯的裂紋，只發(fā)現(xiàn)一些因腐蝕產(chǎn)物剝落留下的坑點。而在圖3B中，去除表面腐蝕產(chǎn)物后發(fā)現(xiàn)表面有大量的孔洞，在晶界上已形成大的蝕坑，蝕坑內部有小點蝕坑，有的已連接貫通，說明Al-Zn釬料焊接試樣發(fā)生了嚴重的腐蝕。

4.2 電化學測試結果及分析

由中性鹽霧結果看出Al-Si釬料的抗腐蝕性比Al-Zn釬料的抗腐蝕性要好，為了進一步研究這兩種釬料的耐蝕性，本課題組又做了電化學試驗，圖4是 Al-Si釬料和Al-Zn釬料的電化學極化曲線，表4為極化曲線經(jīng)擬合后得到的腐蝕電位、腐蝕電流。

圖4 Al-Si釬料和Al-Zn釬料的電化學極化曲線

表1 鋁管、Al-Si釬料和Al-Zn釬料的化學成分（%）

表2 焊接工藝參數(shù)

表3 腐蝕失重數(shù)據(jù)

表4 Al-Si釬料和Al-Zn釬料極化曲線擬合結果

從圖4中可以看出，Al-Si釬料的腐蝕電位明顯高于Al-Zn釬料，從擬合結果（表4）看，兩者的Ecorr相差高達0.437V，說明Al-Zn釬料更容易發(fā)生腐蝕；另外，Al-Si釬料的腐蝕電流密度也較Al-Zn釬料有很大的降低，分別為0.386μA和20.732μA，這說明Al-Zn釬料有更快的腐蝕速度；極化電阻值是反映材料抗電化學腐蝕性能的重要指標，從極化曲線的擬合結果看，Al-Zn釬料的極化電阻值約為1.9kΩ，而Al-Si釬料的極化電阻值則高達227kΩ，進一步說明了Al-Si釬料具有更好的抗電化學腐蝕性能。這主要是由于Zn與Al的互溶度很大，釬料熔化時Zn以相當快的速度向Al基體晶間滲透，形成一種高選擇性的晶界沉淀物，加之鋁鋅之間具有較大的電位差，在腐蝕介質中晶界迅速遭到侵蝕，發(fā)生較為嚴重的晶間腐蝕。

5 結論

(1)中性鹽霧試驗結果表明，應用Al-Zn釬料感應釬焊焊接所得試樣試驗后有大量白色腐蝕產(chǎn)物，腐蝕失重量大，金相顯微鏡觀察到明顯的腐蝕裂紋，許多蝕坑分布在晶界上，相比之下，Al-Si釬料感應釬焊焊接所得試樣的腐蝕較輕微。

(2)從電化學極化曲線的測試結果分析可知Al-Zn釬料比Al-Si釬料更容易發(fā)生電化學腐蝕且腐蝕速率更大。

(3)本文試驗證明了Al-Zn釬料的耐蝕性遠不如Al-Si釬料，而在制冷產(chǎn)品中不可避免要接觸腐蝕環(huán)境，因此生產(chǎn)廠家在選用鋁鋁釬焊釬料時要慎重，著重考慮釬料的抗腐蝕性。

[1]左軻，趙亞濤，王昕，等.冰箱前排鋁合金管感應釬焊試驗研究[J].焊接.2012(4)：51-54.

[2]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊：焊接方法及設備[M].北京市：機械工業(yè)出版社.2008：561.

[3]GB 9237-2001.制冷和供熱用機械制冷系統(tǒng)安全要求.