如何有效去除氧化物 - 化学活性手段法

对大多数金属而言，单纯在空气中加热并不能使其氧化物自然分解。通常情况下，即使加热到金属性能退化甚至熔化，也依然达不到使金属氧化物自然分解的温度，而一旦金属熔化，氧化物还会溶解到液态金属的体内，造成金属性能下降（如波峰焊锡槽中的氧化情况）。况且，湿度每增加25℃，氧化的速度还会增加一倍左右，导致去氧化更加困难。因此，需要选择一种有效的去氧化措施。下面就从氧化机理和物理手段两方面来分析去氧化措施。

1.从氧化机理上考虑

（1）采用惰性气体氛围去氧化 惰性气体不与金属产生反应，因此这类氛围可以保护“纯洁”的金属表面不被氧化。这种机制的实质是排除焊接场合中的氧和其他有害气体成分，以此避免在新生的金属表面形成阻碍钎料润湿、铺展的反应层。可以考虑的惰性气体包括氯气（最常用）、氮气，真空环境也属于这一类，金属表面通常要靠其他手段（如机械打磨方法）进行清洁处理。这种方法主要用于预防“纯洁”金属表面新生氧化的焊接场合，但它对气氛中的氧含量和水分的要求较高。通常工业质量的真空和惰性气体常不能完全避免新的氧化发生，而在真空中的高温焊接对某些金属元素还有所限制（可能出现金属沸腾或升华现象）。

（2）采用化学活性手段去氧化 采用化学活性手段包括采用还原性气体氛围和使用助焊剂两种途径去氧化。所谓还原性气体，是指能够对氧化物进行化学还原，从而将氧化物分解的气体。例如前述的还原反应，即

CuO+H₂=Cu+H₂O

通过氢气将CuO还原成了Cu与H₂O，从而达到去氧化的目的。还原性气体需要根据具体的金属氧化物进行选择，最常见的气体是氢气（H₂）、一氧化碳（CO）和氮气、氢气与氨的混合气体。H₂、CO与常见氧化物的基本反应如下所示（式中M为金属元素）：yH₂+M_xO_y→xM+yH₂ O

yCO+M_xO_y→xM+yCO₂

显然，还原性气体去氧化是将金属氧化物进行了还原并释放出水、二氧化碳气体等而达到分解氧化层的目的。然而，还原性气体去氧化通常都是在高温下进行的，例如将Sn的氧化物还原成Sn理论上要在400℃以上才能缓慢地进行。因此，这种方法在硬钎焊工艺中可以考虑，而在软钎焊工艺中基本上是无法使用的。

无论是采用惰性气体还是还原性气体，焊接时不可避免地需要一定的容器（或焊接炉），其好处是：气压便于控制、焊接加热均匀、可使用活性较低的助焊剂（甚至不使用助焊剂），而且焊后处理简单，没有清洗助焊剂残留物的要求。但设备投资较高，若需要助焊剂的话也只能使用低挥发性的助焊剂，以免污染容器。

助焊剂主要是通过与氧化物反应生成新的化合物，而新生化合物最终可被熔融的钎料所取代的方式去氧化的。在电子装联的焊接工艺中，目前更多的是采用助焊剂进行去氧化。(www.xing528.com)

（3）采用过热手段去氧化 无论是纯金属还是合金材料，当其熔化并超过一定温度后，表面上的氧化物就能自动溶解到液态金属体内，从而也能达到清除氧化物的目的。软钎焊工艺中只有钎料合金可加热到熔化状态，因此这种方法只适用于钎料合金去氧化。这时，要求焊接气氛能够阻止新鲜表面再次氧化，钎料的清洁程度还与氧化物在其体内的溶解度有关。

溶解氧化物所需要的过热温度（即超过钎料熔点的温度）与焊接气氛中的氧含量有关。表3-3显示了几种钎料在300℃以下加热时，其氧化物自动溶解（表中“氮气环境”栏）和润湿铺展（表中各“含氧量”栏）所需要的过热温度值。在氧含量很低的真空条件下，钎料的含Sn越高，由氧化物溶解所促进的钎料铺展所需的过热温度也就越低，并且，无铅钎料的过热温度普遍比锡铅钎料的低，这也部分说明了使用无铅钎料在较低的过热条件下（即用较窄的工艺窗口）就能取得不错的焊接质量的原因。

钎料的过热温度普遍比锡铅钎料的低，这也部分说明了使用无铅钎料在较低的过热条件下（即用较窄的工艺窗口）就能取得不错的焊接质量的原因。

表3-3 氧化物自动溶解和润湿铺展所需的过热温度 （单位：℃）

注：含氧量为体积分数。

当然，通过钎料氧化物的溶解对提高润湿性虽然具有一定的积极意义，但是由于氧化物的溶解经常会增加钎料的粘度并恶化材料的性能，因此，这种方法一般并不实用，除非是在钎料体积很大的情况下才使用这种方法。

（4）添加微量元素 微量元素的添加对Sn-Pb钎料抗氧化能力的影响见表3-4。