锑在汽车行业散热器中的应用之抗氧化性

我国汽车中散热器产品主要是铜制散热器，生产需要大量的锡铅焊料，锡铅焊料种类很多，用量亦很大，年生产用量约有100吨，锡铅是贵重稀有的原材 料，在焊接过程中，锡铅焊料在炉中加热熔化后，长期处于高温状态很容易氧化，使其表面生成一层厚厚的锡灰。因此，提高锡铅焊料的抗氧化性，减少液态锡铅焊料的烧损具有重要意义。要提高锡铅焊料的抗氧化性，必须能够在液态钎料表面生成一致密的氧化膜，当这种表面氧化膜被机械破坏时，能立即形成相同结构的新膜，继续起保护作用。锑是提高液态锡铅焊料抗氧化性最常用、最经济的合金元素。

一、锡铅焊料氧化性

当锡铅钎料合金处于液态时，其氧化是非常迅速的，而当采用扒渣方式去除钎料槽表面上的氧化层后，又会迅速地形成新的氧化渣，钎料槽表面的氧化物层主体是锡的氧化物，有关分析表明，其表面SnO₂厚度为2mm，压其下的是SnO弥散分布的细小的金属铅颗粒 ，再下面则是SnO和金属锡和铅。由此可见，钎料的氧化问题主要是锡的氧化。对于锡的抗氧化问题，大体上可以分为物理方法和化学方法两类。

（一）物理方法

物理方法是通过隔绝液态钎料与大气直接接触来实现抗氧化的，常用的方法是在钎料液面上增加一层有机液体物质来覆盖。使锡液面的的氧化压力大大降低，这样不仅可以隔绝锡液与大气的接触，还有助使溶解于锡中的氧含量降低。现用作抗氧化剂的有机物大体为两种类型，一类为由低分子聚合物及其酸组成的锡合金抗氧化剂，最典型的是低分子量聚苯醚和聚苯醚羧酸混合物，该混合物随着聚苯羧酸含量的增加，抗氧化的效果明显加强。但其缺点是制备困难，且价格昂贵。另一类抗氧化剂是由油类和还原剂配合而成，这类抗氧化剂的原料来源丰富，价格便宜，且还原能力强，但耐热性能和使用寿命差一些。

（二）化学方法

化学方法是在液态钎料合金中，添加微量的表面活性元素，它比Sn和Pb更亲氧，并且与Sn和Pb的氧化物生成稳定致密的表面膜以保持Sn和Pb合金 不进一步氧化。锑正是这种保护元素之一。

二、实验

实验样品：纯锡、纯铅、15%锡、50%锡钎料氧化对比试验（均不含锑）

每次称取实验样品钎料300g，放置在SKC—2H—1型可焊性测试仪加热炉里，温度控制在360℃的恒温，在钎料完全熔化的开始,，液面表面撤一 次渣，排除钎料中可能有的不熔杂质对试验结果的影响。后每隔2小时进行一次撤渣，然后搅拌1分钟，4小时为一周期，称重作为衡量氧化速度的标准。实验持续 8小时，平行做2组，求取平均值。氧化渣采用T328A光学读数分析天平称重。实验数据如表1。

表1  几种钎料氧化后渣的重量 单位 g

六种不同含量锑含锡50%氧化对比实验实验数据见表2。

表2  几种不同锑含量钎料氧化后渣的重量  单位 g

六种不同含量锑含锡15%钎氧化对比实验实验数据如见表3。

表3  几种不同锑含量钎料氧化后渣的重量  单位 g

三、实验结果与探讨

几种不含锑钎料的抗氧化性能：

钎料的氧化速度可以通过颜色变化的快慢来做定性的判断。液态锡铅焊料表面初期呈现金属光泽，经过一段时间加热氧化后，液态钎料表面氧化膜增后，颜色由银白色变成轻微金黄色，继而变成灰黑色，表面呈现粉末状颗粒。含钎越高，钎料表面越黑，同时产生的黑色粉末状颗粒增加。含铅越高，钎料表面越黑，同时产生的黑色粉末状颗粒增加。通过比较发现，纯锡和含锡50%的钎料首先在表面产生金属光泽的氧化膜，且持续的时间比纯铅和含锡15%钎料长。因此，先期形成 的氧化膜又可能起着隔绝空气的作用，保持钎料不被进一步氧化。表1是钎料氧化后渣的称重。从表1的结果看到，纯铅的氧化渣比纯锡的多，含铅量高的钎料氧化 渣比含铅量低的多。锡的氧化物有SnO和SnO₂两种。其中SnO的膜疏松，不够致密完整。而SnO₂的结构致密且完整，能有力地阻止氧向液态钎料中扩 散，从而有良好的抗氧能力。当含锡量低时，锡的氧化物大多以SnO的形式存在，其抗氧化性能不好；当锡的含量增加时，能够形成足够的SnO₂致密保护膜，防止氧的侵入。

铅生成的氧化物为PbO，它与液态的铅湿润，能溶解于其间，不能在表面形成致密的氧化膜而成粉末状，所以氧能通过PbO的氧化膜继续向液态钎料深 入，导致氧化物的不断增加，使其抗氧化性能下降。

综上所述，无论是低锡钎料还是高锡钎料，处于高温液态下都有不同程度的氧化，以渣的形式覆盖在钎料表面。

锑对钎料抗氧化性的影响：

由表二，表三可见，随着锑含量的增加，从钎料中撤去的氧化渣重量降低，表明钎料抗氧化性能提高。当锑含量继续增加，撤去的氧化渣重量趋于饱和。

对形成的氧化膜进行宏观观察，钎料中锑较少时，氧化膜成金黄色，随后成暗褐色；含锑多时，氧化膜形成较快，且颜色为银白色，此颜色持续时间也较长。撤渣时发现，不加锑或锑减少时，氧化膜厚，润湿钎料往往包裹着钎料；而含锑多时，则氧化膜较薄，均匀地浮在钎料表面。因此，锑提高了钎料的抗氧化性，改变了原有钎料表面疏松氧化膜的结构，使之形成致密的氧化膜。

四、结论

（一）锡的抗氧化性好于铅的抗氧化性，高锡钎料的抗氧化性好于低锡钎料。

（二）锑是提高锡钎铅料抗氧化性的元素，随着锑的增加，抗氧化性提高，增加到一定量后，抗氧化性趋于饱和。

（三）锑在提高钎料抗氧化性的同时，又降低了钎料的润湿性。因此，钎料中锑的含量应适中，最佳含锑量为0.5%～0.8%。