Пайке подвергаются только алюминий и небольшое число деформируемых термически не упрочняемых сплавов системы Al-Si, Al-Si-Mg, Al-Mg-Mn

Практически невозможно выполнять высокотемпературную пайку деформируемых термически упрочняемых сплавов системы Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg и литейных сплавов системы Al-Si-Mg, Al-Cu-Si, Al-Mg, Al-Cu-Ti, Al-Cu-Ti-Si из-за близости температуры нагрева при закалке этих сплавов к температурам их солидус и опасность вследствие этого пережога паяемых сплавов.

Выполнение термообработки (закалки) после пайки от более низких температур не обеспечивает прочности паяных соединений.

При выборе припоев для пайки алюминия и сплавов необходимо учитывать следующее.

Алюминий с большинством легкоплавких элементов, составляющих основу легкоплавких припоев (Sn, Pb, Cd, Bi, Zn, Li, Na) образует монотектические диаграммы состояния со слабой взаимной растворимостью компонентов. Только с цинком алюминий образует эвтектику при Т_е = 382 ⁰С и широкую область твердых растворов. Поэтому низкотемпературная пайка алюминия применяются ограничено.

Большинство депрессантов алюминиевых сплавов (Cu, Cr, Mn, Mg, Ti) имеют с алюминием высокое химическое сродство и образуют химические соединения, входящие в эвтектику. Кремний образует с алюминием сплавы с относительно пластичной эвтектикой.

Наибольшую прочность имеет эвтектика в системе А1-Ag (s_в=24,4 МПа), затем, по мере убывания прочности, эвтектика в системе Al-Mg-Si, наименее прочна эвтектика в системе Al-Mg-Cu (s_в=7,5 МПа).

Низкотемпературная пайка алюминия. Низкотемпературная пайка алюминия может выполняться припоями системы Sn-Pb, однако паяные соединения имеют низкую коррозионную стойкость вследствие того, что компоненты припоя в паре с алюминием образуют коррозионно-нестойкие соединения из-за большой разности нормальных электродных потенциалов.

Использование припоев системы Sn-Pb не обеспечивается получение герметичных соединений.

Соединения, паяные припоями на основе Sn-Pb, могут использоваться только после нанесения на поверхность лакокрасочного покрытия, либо после пайки в вакууме или инертной газовой среде.

При низкотемпературной пайке используют припои системы Sn-Zn, Zn-Cd, Sn-Pb-Zn, Pb-Zn, однако паяные соединения также обладают низкой коррозионной стойкостью (пример состава припоя - 63Pb-34Sn-3Zn). При увеличении содержания цинка в припое повышается коррозионная стойкость паяных соединений: например припои состава 60Zn-40Cd и состава 70Zn-30Sn обеспечивают среднюю коррозионная стойкость; припои состава 95Zn-5Al; 100Zn обеспечивают высокую коррозионную стойкость паяных соединений.

Наибольшую коррозионную стойкость и прочность имеют соединения при пайке алюминия припоями, содержащими (вес.%) 70-95Zn с добавлением Ag, Cu, Al, однако недостатком таких припоев является высокая температура пайки (Т_п = 370-510°С), при которой наклепанный и нагартованый алюминий может отжигаться.

Возможна низкотемпературная пайка в печи, погружением и газопламенная.

Особенностью низкотемпературной пайки является необходимость кратковременного нагрева (t<1с) и недопустимость большого перегрева.

Цинковые припои, легированные Sn, Sb, Pb, Cd, склонны к развитию в швах межкристаллитной коррозии, поэтому при изготовлении припоев следует использовать только очень чистый цинк (99,99%Zn).

Ниже приведены составы наиболее используемых припоев и флюсов для низкотемпературной пайки алюминия и алюминиевых сплавов (системы Al-Mg, Al-Mn).

Припои (состав в вес.%): П200А - (Sn90, Zn10); Т_п =200°С; П250А – (Sn80,Zn20), Т_п =200-280°С; П300А-(Zn60, Cd40), Т_п =340°С; П425- (Zn65, Al20, Cu15), Т_п =455°С.

Пример состава флюса (вес.%): 10 фторбората кадмия; 2,5 фторбората цинка; 5 фторбората алюминия; 82 триэтаноламина, интервал активности 150-320°С.

Низкотемпературная пайка по технологическому покрытию. При низкотемпературной пайке в качестве технологического покрытия используют металлы: Cu, Ni, Ag, Zn, которые наносят на паяемую поверхность электролитически, химически, либо термовакуумным напылением. Пайка по покрытиям может осуществляться Sn-Pb припоями с применением канифольно-спиртовых флюсов или флюсов на основе водного раствора ZnCl2.

Безфлюсовая пайка ультразвуковым паяльником (ультразвуковое лужение) для покрытия поверхности алюминия и его сплавов, а также керамики, ферритов, сталей перед пайкой легкоплавким припоем.

Для ультразвукового лужения используют ультразвуковые паяльники или ванны. Под действием ультразвуковых колебаний (частота 18-60 КГц при интенсивности излучения 8-16Вт/м²) в жидком припое возникают макро- и микропотоки, уносящие частицы окислов. Используется ванна с Sn при 280°С, интенсивность колебаний зависит от состава припоя. Длительность лужения < 1с; недостатком является сильная эрозия поверхности паяемого металла, детали толщиной < 0,5 мм нельзя подвергать лужению этим способом.

Высокотемпературная пайка алюминия и сплавов. Высокотемпературная пайка алюминия и сплавов выполняется припоями на основе алюминия. Такие припои не вызывают коррозии в зоне паяных швов, так как разность нормальных электродных потенциалов припоев и паяемого металла незначительна.

Припои на основе алюминия обеспечивают получение паяных соединений с высокими коррозионными и механическими свойствами, однако они имеют сравнительно высокую температуру плавления (до 600-630⁰С), что затрудняет проведение пайки. В припои на алюминиевой основе вводят кремний, серебро, медь, цинк, кадмий, германий.

Наилучшие коррозионные свойства обеспечивают припои системы Al-Si (4-13% Si), например, эвтектический сплав, содержащий 12% Si, с Т_пл.=577⁰С, однако такие припои имеют высокую (относительно паяемого металла) температура плавления, что затрудняет проведение пайки.

Введениев припой системы Al-Si дополнительно Cu снижает температуру плавления припоя (28% Cu): образуется тройная эвтектика с Т_пл.=525⁰С (припой 34А: 66Al-28Cu-6Si).При пайке используется флюс следующего состава: 54-56 КCl; 29-35 LiCl; 9-11 NaF; 8-12 ZnCl₂ (флюс 34А).

Припой системы Al-Si-Cu используется для пайки сплавов с высокой температурой плавления (АВ, АМц, АМг), они непригодны для пайки дуралюмина (Д1, Д16), не допускающего нагрева выше Т=505⁰С.

Легирование алюминиевого припоя цинком и германием снижает температуру его плавления и следовательно температуру пайки.

Состав германиевого припоя на основе алюминия (вес.%): Si-5,5, Mn-1,5, Ge-28; Т_пл.=440⁰С; Zn 24-26, Cu-20, Si-3,5; Т_пл.=490-500⁰С. Флюсы – смеси солей хлоридов щелочных металлов с добавлением фторидов металлов.

Используют для пайки сплавов АМц, Д20 горелками (с бензино- или газовоздушным пламенем, а не ацетиленокислородным, которое, взаимодействуя с флюсом, снижает его активность). Зазор при флюсовой пайке – 0,1-0,25 мм.

Высокотемпературная флюсовая пайка алюминия и сплавов может производиться с применением газопламенного, печного, индукционного, контактного нагрева и путём погружения в расплавы флюсов.

Печной нагрев. Для печной пайки применяют припой 34А и флюс 34А, Т_п.=550-560⁰С; припой эвтектического состава системы Al-Si: Т_пл=580-590⁰С, Т_п=600⁰С.Используют для пайки тонкостенных ажурных конструкций, скорость нагрева при пайке зависит от толщины стенок соединяемых деталей.

Однако применение флюса 34А при печном нагреве опасно из-за растворения паяемого металла цинком, выделяющимся из флюса; при пайке тонкостенных изделий это может привести к сквозному проплавлению. Поэтому во флюсе заменяют ZnCl₂ на SnCl₂, CdCl₂, PbCl₂.

Пайка в соляных ваннах: пайка погружением в расплавах солей используется при изготовлении конструкций из алюминия и сплавов с применением готовых припоев или плакированного слоя. Иногда используют реактивно- флюсовую пайку с образованием припоя в результате взаимодействия активных компонентов солей с паяемыми материалами.

Реактивно-флюсовая пайка алюминия - разновидность флюсовой высокотемпературной пайки; пайку выполняют погружением в соляную ванну, в состав которой входит небольшое количество активных хлоридов – ZnCl₂, SnCl₂, CdCl₂.

После пайки необходима тщательная обработка: промывка в проточной горячей и холодной воде, последующая обработка в 5% растворе HNO₃ и 10% растворе хромового ангидрида Cr₂O₅.Основной недостаток флюсовой пайки алюминия - высокая коррозионная активность алюминия.

Пайка алюминия с медью: пайку выполняют по покрытию: например на поверхность алюминия наносят никелевое покрытие, пайку осуществляют в водороде припоем следующего состава: 49Ag, 20Cu, 31Zn. Еще один пример: на поверхность меди наносят защитное цинковое или серебряное покрытие, для пайки используют припои на основе Sn, Cd, Zn. Через серебряное покрытие на меди может быть осуществлена контактно-реактивная пайка. Но при этом в шве образуется хрупкая эвтектика Al-Ag-Cu; такие соединения могут быть использованы только в ненагруженных конструкциях.

Пайка алюминия со сталью выполняется после предварительного лужения стальной поверхности припоями системы Sn-Pb, Al-Si с применением активных флюсов на основе фтористых и хлористых солей.

Лекция 13