|
| |
|
Слаботочка Книги плецки, низкая температура солидуса большинства промышленных алюминиевых сплавов, высокая теплоемкость алюминия. Алюминий, обладая большим сродством к кислороду, образует стойкий окисел AlgOa, находящийся на его поверхности в виде плотной и прочной пленки. Состав и структура окисных пленок на поверхности алюминиевых сплавов зависят от состава последних. Так, на поверхности алю-миниево-магииевых сплавов присутствует смесь окислов AlOg и MgO. При пайке алюминиевых сплавов окислы удаляют с помощью флюсов, Б вакууме с добавлением паров магния, трением н ультразвуковым лужением. Кроме того, разработаны способы пайки контактным плавлением, а также по защитным и барьерным покрытиям и др. Для высокотемпературной пайки алюминиевых сплавов в качестве флюсов применяют смеси солей хлоридов щелочных и тяжелых металлов с добавками фторидов металлов, Пайку алюминия с указанными флюсами производят припоями на основе алюминия типа силумин, 34А, П575А. ПЗОО, П250 и др. Зазор при флюсовой пайке должен быть не менее 0,1-0,25 мм. Высокотемпературная флюсовая пайка алюминия и его сплавов может производиться с применением газопламенного, печного, индукционного и контактного нагрева, а также путем погружения в расплавы флюсов. Для пайки алюминиевых деталей применяют бензовоздушные и газовоздушные горелки. Ацетилено-ки-елородное пламя непригодно, так как снижает активность флюсов. Для пайки тонкостенных ажурных конструкций из алюминиевых сплавов хорошие результаты обеспечивает печной нагрев. Скорость нагрева для пайки зависит от толщины стенок соединяемых деталей Температуру печной пайки с применением припоя 34А и флюса 34А поддерживают 550- 560С; при пайке эвтектическим силумином 580-600 X. Применение флюса 34А при печном нагреве опасно ввиду возможности значительного растворения паяемого металла цинком, выделяющимся из флюса; в случае пайки тонкостепных деталей это может привести к сквозному проплавлеийю. Лучшие результаты дает применение флюсов, в которых хлористый цинк заменен па хлористое олово, хлористый кадмий Или хлористый свинец Это приводит к резкому снижению растворения паяемой поверхности металлом, выделя-ЮЩИ.МСЯ из флюса. Пайка в солевых ваннах отличается высокой производительностью. В связи со значительной температурой пайки (580-620 °С) этим способом паяют сплавы с высокой те.мпературой ликвидуса - АД1, АМц и др. Припои должны быть заранее нанесены на паяемые поверхности в виде покрытия или плакирующего слоя (пайка пластинчатых теплообменников). В случае пайки в солевых расплавах состав флюсовой ванны не должен содержать активных хлоридов типа ZiiCU из-за сильного растворения в них паяемого металла. Для нормальной работы ванны необходимо тщательное удаление из расплава солей влаги и солей тяжелых металлов. Для этого солевую ванну протравляют алюминием при температуре около 600 X. Еще более высокой степени очистки удается достигнуть применением порошка сплава, состоящего из 30 % А1 и 70 % Mg [II, 13]. При подготовке поверхности изделий из алюминиевых сплавов к пайке рекомендуется после обезжиривания поверхностей производить их травление в 10-15 %-ном растворе едкого натра при 60 X с последующей промывкой в холодной воде и обработкой в 20 %-ном растворе азотной кислоты, после чего следует тщательная промывка в Проточкой горячей и холодной воде и сушка горячим воздухом Пайку рекомендуется производить не позже, чем через 6-8 ч после травления При пайке погружением в расплав флюса необходим предварительный подогрев изделий до 400-500 °С. Сборку изделий под пайку производят с помощью специальных приспособлений, не взаимодействующих с солевыми расплавами. Приспособления изготовляют из коррозионно-стойких: йталей, инконелн, керамика. Своеобразной разновидностью флюсовой высокотемпературной пайки алюминия и его сплавов является реактивно-флюсовая. Флюсы-пасты для этой цели, как правило, содержат до 90 % активных хлоридов. При использовании таких паст наблюдается заметная эрозия основного металла. Для избежания указанного недостатка пайку производят погружением в солевую ванну, в состав которой вводят небольшое количество (в сумме до 1 %) активных хлоридов типа хлористого цинка, хлористого олова, хлористого кадмия н др. В связи с тем что остатки флюсов чрезвычайно коррозионноактивны, особенно при эксплуатации паяных соединений в электропроводящих средах, необходимо сразу же после пайки изделия подвергать тщательной обработке с целью удаления остатков флюсов, для этого их промывают в горячей и холодной проточной воде с последующей обработкой в 5 %-ном растворе азотной кислоты или 10 %-ном растворе хромового ангидрида. Однако флюсы могут оказаться и внутри паяного шва, и такая обработка не устранит опасности возникновения очагов коррозии. В этом заключается основной недостаток флюсовой пайки алюминиевых сплавов. Прочностные характеристики паяных соединений при применении наиболее распространенных припоев приведены в табл, 8. Низкотемпературную пайку алюминия и его сплавов припоями на основе олова можно ос\ществить с применением флюсов на основе высококипящих органических соединений типа три- эта1юламина с добавками в качестве активных компонентов борфторидов кадмия и цинка. Применение этих флюсов хотя и обеспечивает удаление окиси алюминия при пайке, но в промышленности они не нашли широкого распространения, так как не обеспечивают получения надежных и герметичных соединений. Кроме того, ко.мпоненты легкоплавких припоев в паре с алюминием образуют корро-зионно-нестойкие соединения вследствие большой разности нормальных электродных потенциалов. Такие со-едннония не способны работать в кор-розионно-активных средах. Указанные недостатки и затруднения исчезают при использовании технологических покрытий под пайку. В качестве таких покрытий при низкотемпературной пайке алюминия принято использовать медь, никель, серебро, цинк и т. п. Покрытие может быть нанесено электролитически, химически, термовакуумныы напылением и другими способами. Наиболее высокое качество сцепления покрытия с основным металлом и коррозионную стойкость паяных соединений обеспечивает применение никель-фосфорных покрытий, наносимых на поверхность алю.миния химическим способом из специальных ги-пофосфнтных растворов. Оптимальная толщина покрытия 17-25 мкм После нанесения покрытия деталь подвергают термической обработке в защитной среде (аргон или вакуум) при 200 С в течение 1 ч. что приводит к повышению Прочности сцептения покрытия с поверхностью паяемого металла. 8. Прочкость наяных соединений hj алюминиевых сплавов
Пайка по покрытию легко осуществима оловянно-свипиовыми припоями с применением канифольно-спнртовых флюсов или флюсов на основе водных растворов хлористого цинка Коррозионная стойкость таких соединений намного выше стойкости соединений нз алюминия, выполненных без защитных покрытий Соединения из сплава АМц и Д16, выполнекиые по никель-фосфорному покрытию припоем ПОС G1, обеспечивают Тср = 30-н50 МПа. После годичных испытаний в 3 %-ном растворе поваренной соли прочность соединений щшжается лишь на 15-18 %. Коррозионная стойкость соединений, выполненных но медному покрытию, особенно в коррозионно-актив-ных средах, гораздо ниже, чем по никель-фосфорному покрытию; повышается при пайке по цинковым покрытиям и, в частности, по слою цинкового сплава, содержащего 5 % А1. Слой нанесен на поверхность алюминия методом горячего плакирования. Пайку по цинковому покрытию рекомендуется вести припоем типа ПОСК 51 с удалением окисных пленок механическим способом или с помощью флюса на основе эвтектики КаОН-КОН, вводимой в количестве до 20 1) в глицерин. Бесфлюсовую низкотемпературную пайку алюминия можно осуществить в газовых средах без применения защитных покрытий (контактно-ре активным методом). В качестве припоя применяют кремний, медь или серебро, которые наносят на алюминий гальванически, термовакуумным напылением щи методом горячего плакирования. Высокое качество паяного соедин ения получают при найке в вакууме 10 Па н толщине покрытия 10 - 12 мкм. Пайку алюминия припоями типа ч;илумин осуществляют в специальных газовых средах: смесях аргона с парами магния. Такая атмосфера способна при 550-580 °С восстанавливать окись алюминия и обеспечивать смачивание паяемой поверхности припоями типа силумин. При пайке алюминиевых сплавов в атмосфере паров магния, последний переходит из газообразной фазы в расплав. Предел прочности соединений сплава АМгб, выполненных этим способам, 352- 358 МПа, а для сплава АМц - 115- 125 МПа. Коррозионная стойкость получаемых соединений намного выше, чем при флюсовой пайке. Пайку в защитной атмосфере можно осуществить при использовании само-флюсующих припоев (например, составов, %: 3-15 Si; 0,4-10 Mg; Al - остальное или 7,5-13 Si; 0,3 Cu; 0,1 М; 4,5 Р; 0,1-30,0 металлов из гругпы Ni и Co;0,2Zn;0,5 Мп; Al- остальное). Пайку этими припоями следует производить в среде аргона, гелия или в вакууме. Бесфлюсовую пайку алюминия припоями типа 34А, силумин (ПСр 5АКЦ) можно производить по предварительно луженой поверхности припоем П200А. Лужение производят механическим способом; толщина слоя 0.03- 0,05 мм на сторону. Нагрев под пайку рекомендуется производить в печи в потоке аргона или на воздухе индукционным способом. Известны способы низкотемпературной пайки без применения флюсов, такие, как абразивная панка или пайка трением. При этом способе пайки окисную пленку с поверхности алюминия можно удалить шабером, металлическими щетками, частицами абразива (асбест, металлические порошки, первичные кристаллы сплавов-припоев, в твердо-жидком состоянии и т. п.), находящимися в расплаве припоя Для лужения алюминия применяют также абразивные паяльники, у которых рабочая часть представляет собой стержень из частиц припоя и абразива. Операция пайки осуществляется уже посте абразивного лужения обеспечением плотного контакта по луженым поверхностям при темпер атл-ре полного расплавления припоя, возможна подпитка шва припсем Ультразвуковое лужение можно производить с помощью ультразву ковых паяльников и в ультразвуковых ваннах. В связи с тем что при ультразвуковом лужении отмечается сильная эрозия основного металла, лужению этим способом нельзя подвергать изделия с толщиной стенок менее 0,5 мм. Применим также способ абразивно-кавитацнонного лужения. При этом способе твердые частицы, находящи- еся Б жидком припое, в ультразвуковом поле оказывают дополнительное абразивное воздействие иа металл. При пайке алюминия припоями-пастами на основе галлия в качестве наполнителя паст служат алюминий и сплав алюминия с магнием. Температура пайки 200-225 С, время выдержки 4-6 ч; Ов = ЗОч-бО МПа. При пайке облуженной поверхности чистым галлием с постедующей термической обработкой Ов - 28-38 МПа. Паяные швы выдерживают ударные, вибрационные и термоциклические нагрузки, обеспечивают вакуумную плотность не ниже 1 Па и имеют удовлетворительную коррозионную стойкость. Применяют пайку алюминия цинковыми припоями по серебряному покрытию, нанесенному на поверхности пайки предпочтительно термовакуум-ным напылением с последующей термической обработкой. Разработан ряд технологических дфопессов, обеспечивающих надежное соединение алюминия с медью и ее сплавами, со сталью, никелевыми и другими сплавами. Основные трудности при осуществлении процесса пайки алюминия с указанными материалами заключаются в следующем: в выборе флюса или газовой среды, обеспечивающей удаление окислов с поверхностей столь разнородных материалов; в образовании хрупких соединений из-за возникновения интерметаллидов в зоне шва, в наличии большой разности ТКЛР алюминия и перечисленных материалов Первые две задачи успешно решаются предварительным нанесением на поверхности соединяемых материалов защитных металлических покрытий. Пайку алюминия с медью можно осуществить по никелевому покрытию, нанесенному на алюминий химическим способом. Пайку произ-едзт в водороде припоем состава, %: Ag. 20 Си. 31 In: температура пайки к температуре плавления алюминия. Пайка алюминия с медью и ее сплавами может быть также осуществлена несением защитных покрытий типа :нк, серебро и их сплавов на поверх-сть медн. При этом используют вюи иа основе олова, кадмия, ка. Через серебряное покрытие на едн может быть осуществлена кон- тактно-реактивная пайка с образованием в паяном шве хрупкой эвтектики AI-Ag-Си. Такие паяные соединения могут быть использованы только в иен агр уженных конструкциях. Соединения алюминия со сталью, в том числе и с коррозионно-стойкой, облегчается при предварительном лужении поверхности стальной детали легкоплавкими оловянисто-свинцо-выми припоями, алюминием и алюминиевыми припоями с применением активных флюсов на основе хлористых и фтористых солей. При пайке алюминия со сталью очень важно строго ограничивать режим из-за опасности образования хрупких интерметаллидов в паяных швах (время выдержки не должно превышать 1- 4 мин, температура пайки - заданного предела). Пайка алюминия с титаном возможна только по слою алюминия или олова, нанесенному на поверхность титана путем горячего лужения. Пайка магниевых сплавов. .Магний является самым легким (плотность 1,8-1,4 г/см) и дешевым конструкционным материалом. Низкая плотность сочетается с высоким пределом прочности (260-460 МПа), жаропрочностью и жаростойкостью (до 450- 500 °С). Высокая прочность и устойчивость при динамических нагрузках позволяют широко использовать эти сплавы в различных констр\ кциях. Пайка магниевых сплавов затруд-HCiia тем, что из всех конструкционных металлов магний обладает наисотьшсй активностью. Он известен как геттер. При окислении иа поверхности магния образуется пленка сложного состава, содержащая окись магния гидро окнсь магния, углекнслы?, сернокислые и другие соединения На поверхности сплавов магния окисная пленка имеет более сложный состав за счет окисления легирующих ко-М С!!ентгв сплава. Эта химически \ттоичиБая пленка не удаляется в известных активных средах и в вакууме до 10 - 10 * Па. Процесс пайки затруднен еще и тем, что гидрат окиси магния при нагреве выше 300-400 С разлагается с выделением воды и водорода. Плотность сплавов магния меньше плотности солевых систем, исполь- зуемых Б качестве флюса, поэтому в шве При флюсовой пайке неизбежно присутствуют остатки солей. Магний имеет наиболее электроотрицательный потенциал (-2,38 В), что затрудняет нанесение надежных покрытий электрохимическим и химическим методами; отличается низкой коррозионной стойкостью Сплавы на основе магния являются активным эмиттером, что создает определенные трудности при нанесении покрытий в тлеющем разряде ионным способом. Пайку нздели11 из магниевых сплавов осуществляют паяльником, газопламенными горелками, нагре1Юм ТВЧ, погружением в ванну с расплавленным флюсом, в печи с контролируемой средой [или в вакуу.ме. При использовании газопламенного нагрева подогрев изделий должен осуществляться бензино-воздушной горелкой и.чи пламенем, образуемым при сгорании газов - заменителей ацетилена в смеси с воздухом. Не допускается применение ацетилено-кисло-родного пламени. При сборке деталей под пайку следует тщательно удалить стружку, пыль и заусенцы, которые могут явиться источником воспламенения. Смазочные материалы, маркнровочито краску удаляют промывкой в бензине. ацетоне или спирте. Кроме того, смазочные материалы можно удалить кипячением в 0,5-1 %-ном водном растворе соды в течение 20-30 мин с последующей промывкой в теплой воде и сушкой при 60-80 С. Поверхности деталей в местах пайки должны быть тщательно зачищены от загрязнений и окислов. Зачистку производят напильником, стальной щеткой или шабером, Окисную пленку удаляют обработкой Б водном растворе хромового ангидрида с концентрацией 20-- 30 г/и при 60-70 Т илн 150-260 г/л при тейшературе не выше 30 С с последующей npo.MbiBKoii Б горячей и холодной воде. Подготовленные таким образом детали собира!от в приспособлениях. Перерыв между подготовквй Деталей и пайкой не доляен превышать 5 ч. Зазор при флюсовой пайке магниевых сплавов 0,1-0,3 мм. В настоящее время разработано несколько способов пайки магниевых сплавов, которые можно осуществлять с флюсами и без флюсов. Флюсовую пайку магниевых сплавов выполняют при 450-600С с использованием припоев на основе магния и флюсов на основе галлоидов щелочных и щелочноземельных металлов (табл. 9 и 10). Флюс для пайки должен быть хорошо просушен, так 9. припои для пайки магниевых сплавов
10, Флюсы для пайкн магниевых сплавов
как при наличии в нем влаги вследствие образования на поверхности ги-дроксилов магния пайка оказывается практически невыполнимой. Нагрев под пайку рекомендуется вести снизу с тем, чтобы пламя не соприкасалось с поверхностью, по которой должен растекаться припой. Флюс при наличии сравнительно большой нахлестки необходимо подавать не только к месту подвода припоя, но и с противоположной сторо{П)1. Только после расплавления флюса и затекания его в зазор следует начинать вводить припой, который в основном плавится за счет тепла спаиваемых деталей. Широкое распространение получил метод пайки магниевых сплавов погружением в расплавленный;флюс. Собранные в приспособления узлы нагревают в печи до 400-450С, а затем на 1 - 3 мин погружают в ванну с расплавленным флюсом. Пайку в печи выполняют с флюсом, который наносят на изделие в виде сухого порошка, при этом следует применять электрический или газовый обогрев с автоматическим регулированием температуры. Эффективен нагрев электрическими нагревательными плитами. В них легко поддерживать необходимую температуру, что очень важно при пайке магниевых сплавов. Спаянный узел охлаждают до 200 С промывают в 2-3 %-ном кипящем растворе углекислой соды в течение 30-60 мин. а затем в холодной воде, после чего дополнительно обрабатывают При 20-30С Б хромовокислой ванне, нромывают в холодной и горячей воде и высушивают в сушильном шкафу при 60-70 X Низкотемпературную пайку магниевых сплавов можно осуществлять только по предварительно нанесенным покрытиям легкопаяемкх металлов, например меди, никеля или серебра. Электроосаждение олова и никеля осуществляют обычными методами из стандартных электролитов Гальза- ические покрытия следует наносить I-после тщательной подготовки поверх- ности и декапирования Подготовка 41оверхности деталей заключается в погружении на 1-о мин в ванну, содержащую 150 г/л хромового ангидрида и 240 г/л азотной кислоты. Декапирование изделий из магниевого сплава перед покрытием производят путем погружения на 2 мин в ванну, состоящую из 400 г/л орто-фосфорной кислоты и 100 г/л фтористого калия. Покрытие медью осуществляют после контактного осаждения цинка в элек-ролите, содержащем, г/л 45 цинкового купороса, 210 пирофосфорнокисло-го натрия и 5 углекислого натрия. Продолжительность осаждения 5-7 мин, температура ванны 40-90С, кислотность раствора рН - 10,2 10,4. Температуру ванны и продолжительность сбра(Зотки выбирают в зависимости от Требуемой толщины цинкового покрытия. Осаждение меди производят из раствора состава, г/л: 40 меди цианистой, 50 натрия цианистого, 30 углекислого натрия, 45 сегнетовой соли, 7 едкого натра. Температура ванны 65-70 °С, продолжительность процесса 0,5- 1 мин, плотность тока 3-4 А/дм. Нанесение покрытий на магниевые сплавы гальваническим путем, как показывает практика, сопряжено со значительными трудностями. Надежное покрытие магниевых сплавов практически любым металлом обеспечивает ионный способ нанесения в тлеющем разряде Покрытие изделия паяют методами и припоями, применяемыми для паГжи металла покрытия. При зачистке паяного шва, выполненного с использованием флюса, не следует стремиться удалять с него литейную корку, так как она защищает металл от коррозии. Однако если ее не удается сохранить, то надо следить за тем, чтобы нз открывшихся под ней пор или раковин были тщательно удалены остатки флюса В качестве газовых сред дтя панки сплавов на основе магния можно использовать аргон марки А, азот с точкой росы -50°С, вакуум 10 - 10- Па и ак-ивную газовую среду, состоящую из аргона илн азота, активированного парами хлористого аммония 0,1% (объемные доли). Применение активной среды позволяет паять предварительно покрытые медью, никелем или серебром магниевые сплавы при 150-550 С, Разработано три способа пайки в этих средах. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [44] 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||