臺灣博碩士論文加值系統

自文獻中得知接合304SS與BeCu可以使用BNi — 7、BAg — 3、BAg — 24等三種填充合金。其中BNi — 7為鎳基之填充合金，故其硬銲溫度高達1010℃。而BAg — 3、BAg — 24這兩種填充合金雖然有較低的硬銲溫度，但是合金中化學組成內含有Zn和Cd。這兩種元素在硬銲的高溫下存在較高的蒸汽壓，容易造成填料組成的偏離，在硬銲製程中不易穩定控制合金的成份。故本研究選用工業界經常使用之銀基硬銲填充合金添加活性元素Ti之Ticusil填充合金，以及另一種銀基填料內含Sn和Mn之Braze 580填充合金進行真空硬銲。經由動態潤濕角觀測，其中Braze 580對於基材304SS與BeCu不管是在最終潤濕角、spreading面積都比Ticusil有較佳的表現。再經由接合界面顯微組織化學成分的分析，可以知道使用Ticusil填充合金在硬銲接合後，於304SS與填充合之間及填充合金區域內有複雜的冶金反應發生，產生許多具脆性的介金屬化合物，然而使用Braze 580填充合金於硬銲接合後不管是接合界或是填充合金區域內都比較不容易生成脆性的介金屬化合物。故使用Braze 580填料來接合304SS與BeCu能夠在較低的硬銲溫度，即可獲得良好的接合效果。

BNi-7, BAg-3 and BAg-24 braze alloys can be used in joining 304 SS and BeCu according to literature review. Whereas BNi-7 is a nickel base braze alloy with a brazing temperature up to 1010oC. BAg-3 and BAg-24 braze alloys have lower brazing temperatures, but the alloys containing Zn and Cd which have high vapor pressure during vacuum brazing. Elements with high vapor pressure can result in the change of filler metal composition in brazing, and the control of filler metal composition during brazing is not stable. Two silver base braze alloys, Ticusil (a widely used silver base filler containing Ti) and Braze 580 (a silver base filler containing Sn and Mn), were used to proceed vacuum brazing in the research. Based on the dynamic wetting angle observations, Braze 580 is better than Ticusil filler alloy in both final wetting angle measurements and the spreading area of filler metal after brazing. There were complex metallurgical reactions and forming many brittle intermetallics after Ticusil brazing. However, little brittle intermetallics were formed in both bonding interface and filler alloy after Braze 580 brazing. Therefore, lower brazing temperatures and better joints can be obtained by using Braze 580 to join 304SS and BeCu.

目錄
頁數
誌謝…………………………………………………………………..
中文摘要……………………………………………………………..
英文摘要……………………………………………………………..
目錄………………………………………………………………….i
圖目錄……………………………………………………………...iii
表目錄……………………………………………………………...vi
第一章 前言………………………………………………………1
第二章 文獻回顧…………………………………………………5
2.1 硬銲製程之基本原理………………………………….5
2.2 硬銲製程之冶金反應………………………………….9
2-2.1 碳化物的析出(Carbide Precipitation)………….9
2-2.2 接點脆化現象…………………………………10
2-2.3 熱影響區(Heat-Afected Zone)…………….…..11
2-2.4 氧化物形成(Oxide formation)…………….…..12
2-2.5 蒸汽壓(Vapor Pressure)……………………….12
2-2.6 基材和填充合金間的交互作用(Base Metal/Filler Metal Interactions)………...……13
2-2.7 合金化(Alloying)……………………….……..14
2-2.8應力腐蝕(Stress Corrosion Cracking)………....15
2.3 硬銲填充合金之性質…………………………….…..16
2-3.1 合金的熔化或是液化性質………………..…..17
2-3.2 擴散及浸蝕(Diffusion & Erosion)…….………18
2-3.3實驗中填充合金性質比較……………………..19
2.4 熱應力對於硬銲接點之影響………………………...22
第三章 實驗方法………………………………………………..27
3.1 實驗材料……………………………………………...27
3.2 實驗設備……………………………………………...27
3.3 潤濕角量測…………………………………………...28
3.4 試片硬銲接合………………………………………...28
3.5接合試片界面顯微組織觀察…………………………29
第四章 實驗結果與討論………………………………………..35
4.1 潤濕角觀察結果……………………………………...35
4.2 接合界面顯微組織觀察結果………………………...36
第五章 結論……………………………………………………..68
第六章 參考文獻………………………………………………..70
圖目錄
頁數
圖2.1 液相和固相界面表面能示意圖…………………………...24
圖2.2 潤濕角大於90°時之示意圖……………………………..24
圖2.3 潤濕角小於90°時之示意圖……………………………..24
圖3.1 真空電弧熔煉爐示意圖…………………………………...30
圖3.2 管型真空加熱爐及動態潤濕角觀察示意圖……………...30
圖3.3 經真空電弧熔煉後填充合金之外觀……………………...31
圖3.4 試片接合形態與固定夾具之示意圖……………………...31
圖3.5 (a)溫度校正曲線，室溫至700℃………………………….32
(b) 溫度校正曲線，700℃ ~ 900℃……………………….32
圖3.6 SEM, Hitachi 3500H………………………………………..33
圖3.7 EPMA, JEOL JXA — 8600 SX……………………………...33
圖3.8 實驗流程示意圖…………………………………………...34
圖4.1 硬銲填充合金Ticusil對304ss動態潤濕角與時間之變化…………………………………………………………..41
圖4.2 硬銲填充合金Ticusil對BeCu動態潤濕角與時間之變化…………………………………………………………..42
圖4.3 硬銲填充合金Braze 580對304s.s.動態潤濕角與時間之變化…………………………………………………………..43
圖4.4 硬銲填充合金Braze 580對BeCu動態潤濕角與時間之變化…………………………………………………………..44
圖4.5 不同硬銲填充合金對304ss於880℃時動態潤濕角與時間之變化……………………………………………………..45
圖4.6 不同硬銲填充合金對304ss於900℃時動態潤濕角與時間之變化……………………………………………………..46
圖4.7 不同硬銲填充合金對BeCu於880℃時動態潤濕角與時間之變化……………………………………………………..47
圖4.8 不同硬銲填充合金對BeCu於900℃時動態潤濕角與時間之變化……………………………………………………..48
圖4.9 Ticusil及Braze 580兩種硬銲填料於各硬銲製程溫度持溫30分鐘後，硬銲合金展開(spreading)情形………………49
圖4.10 Ticusil填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度900℃,持溫時間10min)………………………………………….50
圖4.11 Ticusil填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度900℃,持溫時間20min)………………………………………….51
圖4.12 Ticusil填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度900℃,持溫時間30min)………………………………………….52
圖4.13 Ticusil填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度880℃,持溫時間20min)………………………………………….53
圖4.14 Ticusil填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度900℃,持溫時間20min)………………………………………….54
圖4.15 Ticusil填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度920℃,持溫時間20min)………………………………………….55
圖4.16 Ticusil填料接合304SS及Be — Cu 合金後其接合界面內各相之EPMA化學成份分析結果(900℃,10 min)………56
圖4.17 Ag — Cu — Ti 二元相圖…………………………………...57
圖4.18 Ag — Cu 二元相圖………………………………………..58
圖4.19 Fe — Ti 二元相圖………………………………………….59
圖4.20 Braze 580填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度860 ℃, 持溫時間10 min)…………………………………….60
圖4.21 Braze 580填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度860 ℃, 持溫時間20 min)…………………………………….61
圖4.22 Braze 580填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度860 ℃, 持溫時間30 min)…………………………………….62
圖4.23 Braze 580填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度860 ℃, 持溫時間20 min)…………………………………….63
圖4.24 Braze 580填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度880 ℃, 持溫時間20 min)…………………………………….64
圖4.25 Braze 580填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度900 ℃, 持溫時間20 min)…………………………………….65
圖4.26 Braze 580硬銲填料接合304SS及Be — Cu 合金後其接合界面內各相之EPMA化學成份分析結果(900℃,10 min).66
圖4.27 Braze 580填充合金區域SEM BSE之觀察(硬銲溫度860 ℃,持溫時間 10 min)……………………………………67
表目錄
頁數
表1.1 鎳基硬銲填充合金化學組成……………………………….3
表1.2 常用銀基硬銲填充合金化學組成………………………….4
表2.1 常用硬銲填充合金的化學組成…………………………...25
表2.2 常用活性硬銲填充合金之化學組成……………………...26

1. Humpston, Giles and Jacobson David M., Principles of Soldering and Brazing, 1993.
2. Gibbs, J. W. Collected Works, Vol. 1, Yale University Press, New Haven, 1948.
3. Kim, D. H. Hwang, S. H., Chun, S. S., The Wetting, reaction & bonding of silicon nitride by Cu—Ti alloys, Jrnl of Matl Sci. Vol. 26 (1991) 3223-3234.
4. Naka, M., Tanaka, T., Okamoto, I., Quart. J., Jpn Weld. Soc. Vol. 4 (1986) 597.
5. Kapoor, R. R., Eagar, T. W., J. Amer. Ceram. Soc. Vol. 72 (1989) 448.
6. Loehman, R. E., Ceram. Bull. Vol. 68 (1989) 891.
7. Ritter, J. E., Jr., Burton, M. S., Trans. Metall. Soc., AIME, Vol. 239 (1967) 21
8. Naka, M., Kubo, M., Okamoto, I., J. Mater. Science, Vol. 22(1987) 4417-21.
9. Bondl, A., Spreading of liquid metals on solid surface chemistry of high energy substances, Chem. Rev. Vol. 52(2) (1953) 417-58.
10. Metals Handbook, 9th Ed., Vol.6, Welding, Brazing and Soldering, American Society of Metals, Metals Park, Ohio, 1983, p. 956.
11. Hirnfeld, S. F., Gabbay, R., Ramon, J. J., et.al, Copper embrittlement by silver brazing alloys, Metals. Characterization, Ref 2, Vol.26, 17-22, Jan 1991.
12.M.Schwartz, Brazing: For the Engineering Technologist.
13. Steffens, H. D., Wielage, B., Biermann, K., Modified high temperature brazing techniques for nickel based materials, Industrial Heating, 17-18, May 1989.
14. Wielage, B., Doctoral Thesis, University of Dortmund, 1979.
15. Hartmann, K. —H, Doctoral Thesis, University of Dortmund, 1980.
16. Steffens, H. —D, Wielage, B., Kerns, H., DVS-Berichte Band 92, S. 11-18 Deutscher Verlad fur Schweisstechnik GmbH, Dusseldorf, 1984.
17. Peterson, W. A., Brazing thin nickel sheet, Weld. J., Vol. 42(4), April 1963, 190s-192s.