Самофлюсующие и композиционные припои

Самофлюсующие припои – это припои, отдельные компоненты которых обладают флюсующими свойствами. Такие припои наиболее целесообразны при пайке нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, на поверхности которых образуются стойкие окисные пленки, состоящие из трудно удаляемых оксидов хрома, титана, алюминия, поэтому смачивание паяемого металла расплавленным припоем затруднено. В качестве самофлюсующих компонентов припоев применяют бор, фосфор, кремний, германий, барий и щелочные металлы: магний, калий, натрий. Как пример приведены составы и температуры плавления некоторых припоев:

Ag (84,8 %) – Mn (15 %) – Li (0,2 %), Т_п= 930 – 960 ^ОС

Ag (72 %) – Cu (26,5 %) – Ni (1,0 %) – Li (0,5 %), Т_п = 840 – 860 ^ОС

Cu (98 %) – Si (2 %), Т_п = 1000 – 1050 ^ОС

Cu (32,5 %) – Ag (62,5 %), Т_п = 870 – 940 ^ОС

Cu (95 %) – P (5 %), Т_п = 950 ^ОС

Ni (89,5 %) – B (4,5 %) – P (6 %), Т_п = 1030 – 1080 ^ОС

Самофлюсующая функция припоев поясняется восстанавливающими свойствами флюсующих добавок. Особенностью процесса флюсования является то, что окислы, которые образуются в процессе пайки, при температуре пайки взаимодействуют с оксидной пленкой паяемого металла, переводя ее в легкоплавкий шлак.

При анализе свойств флюсующих добавок можно видеть, что все они активны и способны непосредственно соединяться со многими простыми веществами.

При введении бора в припои в процессе их выплавки он растворяется, взаимодействует с расплавом с образованием боратов, частично окисляется. При пайке содержащийся в припое бор вступает в дальнейшие взаимодействия, а борный ангидрид и образовавшиеся при плавлении припоя в незначительных количествах различного состава бораты вступают во взаимодействие с оксидной пленкой основного металла.

В самофлюсующие припои, содержащие бор, часто порознь или одновременно вводят фосфор и кремний. Такое комплексное введение флюсующих компонентов способствует образованию в процессе пайки шлаков с низкой температурой плавления.

Фосфор в качестве флюсующего компонента используется в припоях на медной и никелевой основе. В меди при температуре 280 ^ОС растворяется около 0,5%Р. При содержании 8,4 %Р образуется медно-фосфорная эвтектика с температурой плавления 714 ^ОС. С никелем фосфор также образует эвтектику с температурой плавления 880 ^ОС при содержании в сплаве 11 %Р.

Свободный фосфор чрезвычайно активен и способен непосредственно соединяться со многими простыми веществами. При его окислении образуется три соединения: фосфорный ангидрид – Р₂О₅, фосфористый ангидрид – Р₂О₃ и четырехокись фосфора – Р₂О₄.

С медью фосфор образует два фосфида Cu₃P и CuP₂, с никелем дает большое количество соединений различного состава, в серебре растворяется в жидком состоянии. Со многими металлами, входящими в состав многокомпонентных припоев, фосфор образует различного состава фосфиды.

Самофлюсование припоев, содержащих фосфор, связано с активностью его к кислороду, а также с образованием в процессе пайки между оксидами паяемого металла и соединениями фосфора легкоплавких шлаков.

Кремний в качестве флюсующего компонента вводится в припои на основе меди, никеля, марганца, кобальта, серебра, золота в отдельных случаях до 5 – 10 %. При высокотемпературной пайке кремний является активным восстановителем. Образующиеся при этом окислы кремния взаимодействуют с оксидной пленкой с образованием аморфных сплавов типа стекол. Наряду с удалением оксидной пленки образующийся в процессе взаимодействия шлак защищает расплав припоя и поверхность основного металла от окисления.

Из щелочных металлов в качестве флюсующего компонента наибольшее распространение имеет литий, этот элемент вводится в припои на основе серебра, меди и никеля. Лития в припои имеет высокое химическое сродство к кислороду, азоту, водороду и сере, растворяется в расплавах серебра, меди, палладия, алюминия, цинка, кадмия. С серебром и палладием литий образует твердые растворы.

Небольшие добавки лития в припои являются поверхностно – активными, способствуют снижению краевого угла смачивания при растекании и снижение межфазной энергии в системе паяемый металл – расплав припоя. На воздухе литий легко окисляется, образуя оксид состава Li₂O с температурой плавления 1427 ^ОС и перекись лития состава Li₂O₂ с температурой плавления 425 ^ОС.

Механизм самофлюсования припоями, содержащими литий, объясняется его химической активностью к кислороду и способностью гидроокиси лития, которая в интервале 450 – 925 ^ОС находится в жидком состоянии, растворять многие окислы металлов.

Композиционные припои используют для обеспечения установленных техническими требованиями прочностных и физико-химических свойств паяных соединений, а также при сборке деталей с неравномерным или некапиллярным зазором.