Алюминий — металл, не имеющий полиморфного превращения, с относительно невысокой температурой плавления (660 °С), легкий (плотность 2,7 г/см 3), с высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и некоторых кислотах. При нагреве его модуль упругости быстро снижается, и поэтому алюминиевые конструкции при температурах 250—300 °С и выше могут терять устойчивость. Температура солидуса применяемых в промышленности алюминиевых сплавов довольно низкая (500—640 °С). Поэтому велика вероятность их перегрева, что при высокотемпературной пайке требует весьма узких интервалов нагрева. Температура рекристаллизации алюминия и его сплавов составляет 250—300 °С, и при ней происходит разупрочнение алюминиевых сплавов, упрочненных предварительно наклепом.
Алюминиевые сплавы, упрочняемые по механизму дисперсионного твердения («старения»), при нагреве под пайку разупрочняются в результате коагуляции упрочняющих их фаз. В связи с этим пайке подвергают только алюминий и небольшое число деформируемых, термически необрабатываемых сплавов систем Al—Si, Al—Si—Mg; Al—Mg—Si; Al—Mg—Мп и др. Практически не подвергаются высокотемпературной пайке деформируемые, термически обрабатываемые сплавы систем Al—Сu—Mg и Al—Zn— Mg, а также литейные сплавы систем Al—Si—Mg; Al—Сu—Si: Al—Mg; Al—Сu—Ti; Al—Сu—Ti—Si. Одной из причин этого является близость температур нагрева при закалке этих сплавов к температурам их солидуса и опасность вследствие этого пережога паяемых сплавов. Закалка паяных соединений после пайки от более низких температур не обеспечивает достаточной прочности паяных соединений.
Алюминий с большинством легкоплавких элементов, составляющих основу легкоплавких припоев (Sn, Pb, Cd, Bi, In, Li, Na), образует монотектические диаграммы состояния, с весьма слабой взаимной растворимостью компонентов (кроме цинка, образующего с алюминием эвтектику при температуре 382 °С и широкую область твердых растворов со стороны алюминия и олова). Поэтому низкотемпературная пайка алюминия и его сплавов применяется весьма ограниченно.
Большинство депрессантов алюминиевых припоев, таких, как Сu, Cr, Mn, Mg, Ti, имеют с алюминием высокое химическое сродство и образуют химические соединения, входящие в эвтектики. Такой компонент алюминиевых припоев, как кремний, образует с алюминием сплавы с простой, относительно пластичной эвтектикой.
Наиболее прочной является эвтектика с серебром (oB = = 24,4 МПа), а затем по мере убывания прочности располагаются эвтектики А1—Si—Сu; А1—Сu; А1—Ni; Al—Mg—Si. Наименее прочной является эвтектика А1—Mg—Сu (oв = 7,5МПа).
Первые же попытки паять алюминий припоями и флюсами, пригодными для сталей и медных сплавов, потерпели неудачу. Этот металл и его сплавы не смачивались припоями, пригодными для пайки сталей и медных сплавов. Более двух десятилетий алюминий считали труднопаяемым и даже непаяемым металлом. Причина этого заключалась прежде всего в высокой химической стойкости его оксида.
Пленка оксида, образовавшаяся на воздухе при 20 °С, состоит из двух слоев. Внутренний слой оксида, прилежащий к металлу (барьерный), — компактный, с недостроенной кристаллической решеткой, т. е. аморфный, который может перейти в кристаллическую модификацию после длительной выдержки на воздухе или после двухчасовой выдержки при температуре свыше 20 °С.
Наружный слой так называемой воздушно-оксидной пленки состоит из более проницаемого пористого оксида; его толщина зависит от продолжительности реакции и влажности окружающей атмосферы.
Наибольшая выдержка при температуре до ~500 °С приводит к образованию аморфного оксида. После выдержки при температуре до 475 °С в течение 10—12 ч или после выдержки при температуре 500 °С в течение 2—4 ч наблюдается частичный переход оксида в кристаллическое состояние. Длительное окисление при температуре свыше 475 °С ведет к полному переходу оксида в кристаллическое состояние.
После погружения в воду при температуре 60 °С на поверхности алюминия мгновенно образуется пленка байерита (А120з.3Н20). При контакте с водой на поверхности алюминия образуется также гидрат оксида алюминия.
Состав и структура оксидной пленки, покрывающей алюминий, обусловливают ее свойства. При температуре 20 °С теоретическая плотность а-Аl2Оз по Р. К. Харту составляет 3,97 г/см3.
В интервале температур 0—100 °С средний коэффициент линейного расширения оксида алюминия а— (6-8) 10-6 °С-1. Температура плавления а-А120з составляет 2045 °С, температура кипения равна 2980 °С. Коэффициент его теплопроводности при температуре 20 °С A= 30,145 Вт/ (м • °С). Давление паров а-А1203 при температуре его плавления равно 45,5-10 Па; давление диссоциации а-А12Оз при температуре 2000 °С — 1,33.10-3 Па, т. е.
оксид А1203 практически не восстанавливается в используемых для этой цели газообразных средах и не испаряется при пайке. Этот оксид устойчив к действию воды и кислот.
На поверхности сплавов А1—Mg (с 2,8—8 % Mg) при нагреве до 120 °С образуется пленка аморфного оксида А1203; при 120— 350 °С —у-А1203. При нагреве выше 400 °С растет двухслойная оксидная пленка: сверху оксид MgO, а под ним у-А12Оз, что обусловлено большим давлением пара магния.
Вследствие перестройки кристаллической решетки и изменения физических свойств при нагреве до температуры пайки в оксиде алюминия возможны местные нарушения ее сплошности и другие дефекты, по которым может происходить контакт паяемого металла с жидким припоем.
Подготовка алюминиевых сплавов перед пайкой состоит из следующих операций: 1 — обезжиривания; 2 — травления в 10 — 15 %-ном NaOH при 60 °С; 3 — промывки в холодной воде; 4 — обработки в 20 %-ном растворе HN03; 5 — тщательной промывки в проточной горячей и затем холодной воде; 6 — сушки горячим воздухом. Пайка проводится не позже чем через 6—8 ч после подготовки. При низкотемпературной пайке алюминий с чистой блестящей поверхностью можно паять без подготовки. После термообработки или плохих условий хранения необходима ее подготовка, а в некоторых случаях даже шлифование.
Обезжиривать поверхности деталей из алюминиевых сплавов перед пайкой можно в органических растворителях — бензине или ацетоне. Такие растворители пригодны для удаления неомыляемых щелочами жиров и маркировочных знаков. После сушки на воздухе в течение 10—20 мин процесс обезжиривания считается законченным. После предварительного обезжиривания толстый слой оксида может быть удален механически или химически.
Механическую очистку поверхности алюминиевых деталей и припоя проводят металлической щеткой или шлифовальной шкуркой. Детали, обработанные резанием, можно паять без дополнительной зачистки, но с обязательным удалением остатков эмульсии обезжириванием. Перед сборкой механически обработанные детали протирают бензином, этиловым спиртом или ацетоном.
Химическую обработку поверхности алюминиевых сплавов перед пайкой проводят в водных растворах едкого натра или едкого натра с кальцинированной содой и тринатрийфосфатом. Операция обезжиривания в таких растворах имеет пять переходов: травление в ванне, промывка в горячей воде (50—70 °С) в течение 30—40 с, осветление в 20—25 %-ном растворе азотной кислоты при температуре 17—28 °С в течение 10—20 с, промывка в горячей проточной воде и сушка в сушильном шкафу при температуре 80—100 °С в течение 20—30 с.
Алюминиевые сплавы перед пайкой можно травить и в 5 %-ном водном растворе NaON при 150 °С в течение 10—15 с. При этом требуется тщательный контроль температуры.
Для травления алюминия и его сплавов может быть использован водный раствор 20 %-ной фосфорной и 10 %-ной азотной кислот со смачивающим агентом. Процесс травления осуществляют при погружении в раствор при температуре 80 °С с выдержкой 1 мин.
Детали из листов, плакированных силумином, могут быть подготовлены к пайке путем промывки их бензином, затем в 5—8 %-ном растворе каустическй соды NaOH при температуре 60—80 °С, далее в холодной проточной воде и нейтрализованы в 10—15 %-ном растворе азотной кислоты (40—60 с) с последующей промывкой и сушкой в сушильном шкафу. После сушки на них могут быть водяные подтеки, которые не влияют на качество паяного соединения.
Подготавливают поверхности алюминия и его сплавов перед пайкой не позже чем за трое суток.
Подготовленные детали перед флюсовой пайкой собирают с равномерными зазорами шириной 0,15—0,3 мм. Фиксируют детали с учетом размеров и типа конструкции изделия и толщины его стенки путем установки деталей на место под действием собственной массы, точечной сваркой, свинчиванием, кернением, насечкой. Сложные изделия собирают и паяют в специальных прижимных и сборочных приспособлениях с механическими или пневматическими прижимами.
Низкотемпературная пайка алюминия. Пайку нагревом до температуры 450 °С проводят обычно оловянно-цинковыми, кадмиево-цинковыми и цинковыми припоями. Соединения из алюминия и его сплавов, паянные легкоплавкими припоями на основе олова или олова со свинцом, имеют низкую коррозионную стойкость как в условиях хранения, так и во всеклиматических условиях испытаний и в морской воде.
Положительное влияние цинка на коррозионную стойкость соединений из алюминия и его сплавов, паянных оловянными или оловянно-свинцовыми припоями, по мнению Дж. Д. Дауда, обусловлено улучшением соотношения потенциалов паяемого металла и шва. Однако при этом важную роль играют процессы пассивирования, т. е. образования оксидной пленки на контактирующих поверхностях металлов, тормозящие развитие коррозии. При развитии пассивирования соотношение потенциалов контактирующих металлов может и не оказывать существенного влияния на развитие коррозии. Развитие процессов пассивирования тормозится в узких зазорах между контактирующими металлами из-за затрудненного доступа в эти места кислорода, в результате чего в зазорах развивается щелевая коррозия.
Н. Ф. Лашко и С. В. Лашко высказали предположение, что развитие щелевой коррозии в соединениях из алюминия и его сплавов, паянных легкоплавкими припоями на основе олова или олово — свинец (отслоение шва от паяемого материала без видимых следов коррозии), связано с характером физико-химического взаимодействия олова и свинца с алюминием. Из двойных диаграмм состояния Al—Sn и Al—Рb следует, что при низкотемпературной пайке растворимость алюминия в олове и свинце весьма мала; при пайке алюминия такими припоями весьма слабо развивается диспергация оксидной пленки от мест ее разрушения. Это особенно проявляется при бесфлюсовой пайке с применением ультразвука или абразивной пайки. В результате этого связь между паяным материалом и швом осуществляется лишь по отдельным «мостикам» связи, между которыми располагаются невидимые для невооруженного глаза щели между паяным швом и основным материалом, по которым и протекает щелевая коррозия. При погружении паяного соединения в подсоленную воду образуются продукты коррозии (гидрооксиды), вызывающие изменение состава электролита, в результате чего снижается его рН, что способствует более интенсивному развитию коррозии.
С изложенной точки зрения, положительное влияние на коррозионную стойкость цинка в припоях с оловом и свинцом обусловлено повышением при этом растворимости в припое алюминия и, как следствие, более активным развитием процесса диспергации оксидной пленки на поверхности алюминия при низкотемпературной пайке. Процессу диспергации способствуют также повышение температуры и длительности выдержки при пайке, а также введение в припои других элементов, обладающих достаточно высоким химическим сродством к алюминию, в том числе образующих с ним химические соединения, особенно выше температуры пайки. К таким элементам с высоким химическим сродством к алюминию относятся серебро, сурьма, никель, а также медь, титан, магний, литий и др.
Слабо взаимодействуют с алюминием не только олово и свинец, но и кадмий. С. В. Лашко и В. П. Батраковым показано, что в этом случае введение цинка благоприятно для повышения коррозионной стойкости паяного соединения; припой П300А (60 % Zn—40 % Cd) образует с алюминиевым сплавом АМц коррозионно-стойкие паяные соединения, которые не снижают механических свойств после пребывания их в камере тропической атмосферы в течение четырех месяцев и в условиях полупромышленной атмосферы в течение девяти месяцев.
с соединениями, полученными при флюсовой пайке. Наилучшие свойства соединений обеспечиваются при нагреве в вакууме (р = 1,33.10-3 Па) при температурном градиенте по изделию ± 10 °С.
Пайку ведут в водоохлаждаемой рабочей камере с электронагревателем и системой экранов. Магний испаряется из куска или листов, помещенных предварительно внутрь тонкостенной оболочки, полностью охватывающей изделие или припой.
Разработка печей непрерывного действия обеспечивает высокую производительность этого процесса. Установлено, что при введении в припои элементов, образующих с алюминием химические соединения (Ag, Cu, Mg), ухудшается смачиваемость алюминиевых сплавов при бесфлюсовой пайке.
В Японии разработаны новые способы бесфлюсовой пайки алюминиевых сплавов в инертной атмосфере газов с добавкой паров галогенидов. На смачивание при бесфлюсовой пайке благоприятно влияют добавки по 0,1 % Sb, Bi, Ва, Si.
Для сохранения подготовленной под пайку поверхности на нее предложено наносить слой масла. При пайке в вакууме этот слой при нагреве удаляется (вакуумное обезжиривание).
По данным К. Д. Миллера, пайка алюминия и его сплавов в вакууме (р = 2,66.10-2 Па) возможна припоем (3—15% Si, 0,4—10 % Mg, 0,25 % Cu, Al остальное) в виде порошка из отдельных компонентов или лигатур, нанесенных предварительно в место пайки. Порошки должны быть химически чистыми (особенно кремний) и просеяны через сито (130 отверстий на 1 см). Порошок меди должен быть предварительно восстановлен в водороде при 800 °С. В качестве связки используют метилцеллюлозу. Наилучшие результаты получены при пайке в течение 1 мин при температуре 588 °С алюминиевых листов, плакированных припоем А1 — 10 % Si в сочетании с порошком, содержащим 75 % Mg и 25 % Сu в вакууме (p = 3,3.10-1— 2,66.10-2 Па).
Бесфлюсовая пайка алюминия на воздухе. Возможность бесфлюсовой высокотемпературной пайки алюминиевых сплавов на воздухе с предварительным лужением впервые рассмотрена в 1965 г. С. В. Лашко, А. М. Никитинским и Н. Ф. Лашко. Среди легкоплавких припоев для этой цели наиболее подходящим оказался оловянно-цинковый припой с 10 % Zn (П200А).
Как показали исследования Г. Н. Уполовниковой и Р. С. Красиной, при высокотемпературной бесфлюсовой пайке на воздухе алюминиевых теплообменников силумином для предварительного абразивного лужения оптимальным является припой, содержащий 10 % Zn, 10 % Pb и 80 % Sn. Такие теплообменники в условиях
криогенных температур (— 196 °С) показали достаточную прочность (тср = 83,3 Па) и хорошую коррозионную стойкость в условиях тропической атмосферы.
Толщина слоя припоя П200А, наносимого при лужении абразивным способом перед пайкой высокотемпературными припоями ПСр54Кц, 34А и эвтектическим силумином, должна быть 0,03— 0,05 мм (на сторону). Допустимое время между лужением и пайкой зависит от толщины слоя полуды и при толщине 50 мкм составляет не менее 120 ч. Глубина химической эрозии при пайке высокотемпературными припоями по облуженному слою намного меньше, чем при пайке с флюсом 34А. Нагрев при пайке может быть осуществлен в печи, индукционным способом в среде аргона и на воздухе. Паяные швы обладают высокой вакуумной плотностью и коррозионной стойкостью во влажной и полупромышленной атмосфере.
Лужению перед пайкой подвергают все соединяемые поверхности. Наиболее удобна укладка припоя в зазор или использование в конструкциях листов алюминиевых сплавов, плакированных припоем, например силумином (АПС, АМцПС).
Как показали исследования, оптимальная толщина слоя полуды 10±2 мкм. Меньшее количество полуды может привести к непропаям и снижению качества паяного шва, а большее существенно влияет на развитие химической эрозии. При толщине полуды 10 мкм средняя глубина эрозии при нагреве до 560—590 °С в течение 5—20 мин не превышает 40—80 мкм. С повышением температуры пайки до 600—610 °С средняя глубина эрозии основного металла в слое полуды и силумине возрастает.
Паяные соединения из сплавов АМцПС и АМц, выполненные по этой технологии с нагревом на воздухе, имеют стабильные характеристики.
После длительного хранения перед пайкой облуженные детали подвергают травлению по режимам: 1) выдержка в 20 %-ном растворе NaOH в течение 1 мин, промывка в воде, погружение в 50 %-ном растворе HN03 на 1 мин, промывка в воде, сушка: 2) выдержка в 5 %-ном растворе H2S04 в течение 30 с, промывка волосяной щеткой в воде, сушка.
При пайке в интервале температур 550—570 °С образуются вполне удовлетворительные по виду галтельные участки шва. Однако прочные паяные соединения можно получить только после пайки при температуре 580—600 °С, т. е. после расплавления силумина. Наибольшее количество олова, переходящее в паяный шов с облуженной поверхности при пайке, не превышает 1 % и не оказывает заметного действия на температуру распайки и на прочностные характеристики паяных соединений.
Бесфлюсовая форвакуумная пайка припоями, содержащими легкоиспаряющиеся элементы, не восстанавливающие А120з и не связывающие Н20. Висмут, кадмий и цинк не способны восстанавливать А1203 и связывать Н20. Однако будучи введенными в алюминиевые припои, они при испарении в форвакууме усиливают разрушение пленки А1203 на плакированном слое из припоя и химически адсорбируются на паяемом металле в местах несплошности оксидной пленки, выросшей в условиях форвакуума, и тем самым способствуют ее диспергации перед фронтом растекающегося припоя.
Припои 34А и силумин, легированные одним из легкоиспаряющихся элементов (цинком, висмутом, кадмием) при любом расположении их у зазора: рядом с ним, ниже или выше, не затекают в каппилярный зазор при любом его наклоне, но растекаются по поверхности сплава АМц. По-видимому, наличие на поверхности жидкого растекающегося припоя оксидной пленки, образовавшейся на нем, при подплавлении алюминия под пленкой оксида и паров металлов препятствует смачиванию верхней детали и развитию процесса заполнения зазора жидким припоем.
При расположении исследуемых припоев над вертикальным зазором или в специальном питателе пары легкоиспаряющегося элемента не препятствуют заполнению зазора припоем, а пленка оксида, образовавшаяся на припое перед его расплавлением, остается вне зазора.
Припой 34А и силумин с добавками 5 % Bi или 5 % Cd вполне удовлетворительно затекают в V-образные зазоры при некапиллярной пайке. При Y-образных зазорах происходит заполнение лишь некапиллярной части шва, вероятно, вследствие попадания в закрытую подложкой капиллярную нижнюю часть зазора паров легкоиспаряющихся элементов. Капиллярная пайка этими припоями осуществлена при условии вытекания их из питателя — сквозного отверстия в верхней пластине нахлесточного соединения.
Методом крутого восхождения (с единичным шагом изменения содержания легирующего элемента на 1 %) обнаружено, что наиболее высокая прочность некапиллярного паяного соединения (oв= 10,78-11,76 МПа) наблюдается при использовании висмута или кадмия в количестве 2—5 % при пайке по режиму tn = 620 °С, т = 22—25 мин: оптимальное содержание в силумине магния 2—8 % и цинка 5—10 %.
При пайке алюминия к самофлюсующимся относятся припои, содержащие 10 % Si, легированные лантанидами в количестве 0,1—0,001 %. Такие припои предварительно наносят в виде плакированного слоя толщиной 5—10 % толщины материала, а процесс пайки производят в вакууме (р = 2,66.10-3 Па). Для этой цели пригодны также силумины, содержащие 8—11 % Si — (0,05—10) % К, где К — один из легкоиспаряющихся элементов — Bi, Mg, Cd и др.
Контактно-реактивная прессовая пайка. В последние годы интенсивно развивалась контактно-реактивная прессовая пайка алюминия и его сплавов. Одна из наиболее старых технологий — пайка с применением больших давлений для удаления жидкой эвтектики из зазора — использована при разработке способа А1соа-260.
Процесс А1соа-260 может быть осуществлен, в частности, с прокладкой медной фольги (0,075—0,125 мм) между соединяемыми деталями и нагреве между угольными блоками при умеренном давлении 7,8—14,7 МПа и без флюса; нахлестка 9,5— 12,7 мм, время пайки 15 с, медная фольга должна быть полностью израсходована при контактно-реактивном плавлении. Характерно, что при давлениях <49 кПа выдавливание жидкой фазы из зазора недостаточно, а сопротивление срезу паяного соединения, шов которого содержит значительное количество малопластичной эвтектики, находится в пределах 37,2—65,6 МПа. Прочность соединения при этом тем ниже, чем больше выдержка при температуре пайки до приложения давления.
О. Е. Осинцев, Н. А. Баресков и другие исследователи изучали контактно-реактивную прессовую пайку алюминиевых сплавов через прослойку серебра (15—25 мкм), нанесенную плакированием при температуре 200 °С с обжатием 45—50 %. Слой серебра может быть нанесен только на одну из соединяемых деталей.
Пайка возможна в вакууме (р = 6,65 Па) с прижимом деталей в результате действия атмосферного давления и нагрева при температуре 575—600 °С в течение 10—15 мин и выдержкой при оптимальной температуре пайки 590 + 5 °С в течение 5—7 мин.
Паяные соединения из алюминия и его сплавов припоями типа силумина склонны к межкристаллитной коррозии в солевых, щелочных и кислотных растворах, например в пищевых продуктах.
Слои меди или никеля, нанесенные электролитическим способом на алюминиевые сплавы АМц и особенно АМг, могут отслаиваться от поверхности и вспучиваться при нагреве до температуры 200 °С и выше. Более надежно ионное напыление алюминиевых сплавов никелем в специальных гипофосфитных растворах или в ванне, состоящей из 400 г/л хлористого никеля, 20 г/л фтористоводородной кислоты и 40 г/л борной кислоты. При этом не требуется специального подогрева и в ванне нет резких колебаний значений рН. Никелирование в растворе хлористого никеля возможно в монтажных условиях; достаточно нанести на поверхность металла несколько капель раствора, чтобы произошло удаление оксидной пленки алюминия и выделение никеля.
Для улучшения адгезии никелевого слоя к поверхности алюминиевого сплава применяют термообработку (нагрев до температуры 250 °С в течение 2 ч); затем никелированную поверхность паяют обычными легкоплавкими припоями по известной технологии. Полученный слой никеля позволяет проводить неоднократный нагрев под пайку. Однако временное сопротивление разрыву паяных соединений алюминиевых пластин, предварительно никелированных в ваннах с хлористым никелем и паянных припоем ПОС 61, невелико (ов = 9,8 МПа). По данным Ю. А. Цумарева, при пайке телескопических соединений труб из стали с охватывающей трубкой из алюминия с химически никелированной внутренней поверхностью в результате прижима тср возрастает до 24,5— 29,4 МПа.
Покрытие алюминиевых сплавов никелем (б=15-20 мкм), наносимым химическим способом, может быть применено при пайке легкоплавкими припоями (оловянно-свинцовыми, кадмиевыми) до температуры пайки 450—480 °С с применением флюсов ЛК2, ЛТИ120 и др. Нагрев деталей под пайку до температур выше 280 °С должен быть достаточно быстрым для того, чтобы исключить выгорание флюса и, как следствие, пористость в паяном шве. Время нагрева до расплавления свинцово-серебряного припоя ПСр2,5 при пайке не должно превышать 3,5 мин, припоя ПСр ЗКд — 1,5—2 мин. Это время может быть увеличено до 5 мин, если нагрев при пайке проводить в среде проточного аргона. Сопротивление срезу соединений из сплава АМц, поверхность которого перед пайкой была никелирована в гипофосфитных растворах, паянных припоем ПСр 2,5, равно 17—19 МПа, а припоем ПСр 8 КцН — 18—29 Па, ПОС 61—24—69 МПа.
По данным П. Г. Горячева, химическое меднение алюминия и его сплавов перед пайкой возможно в смеси 50 % СuО и 50 % NH4CI. Оптимальная температура нагрева алюминия при таком покрытии 480—530 °С. Ниже 480 °С покрытие не образуется: выше 530 °С алюминий в виде фольги может возгораться в результате выделения теплоты реакции. Время контакта алюминия с расплавом CuO+NH4Cl составляет 3—5 с. Толщина покрытия 10—15 мкм. Образующийся слой меди плотный и не отслаивается от алюминия при многократных перегибах и нагреве до 180 °С.
Остатки расплава смеси на медненой детали легко отслаиваются при охлаждении. Толщина покрытия 10—15 мкм.
Меднение возможно не только путем погружения алюминия в расплавленную смесь, но и при нанесении ее в виде порошка на поверхность нагретой алюминиевой детали. При этом нагрев может быть осуществлен на крышке печи газопламенной горелкой. Перед меднением поверхность алюминиевых деталей не требует предварительной обработки. Расход смеси для меднения 0,5 г на 6 см2. Медненую поверхность промывают содовым раствором. Далее возможна пайка припоем типа ПОС 40 с флюсами. Для предотвращения развития коррозии в контакте алюминия с медью целесообразно меднить и торцы алюминиевых деталей. По такому покрытию возможна пайка с припоями типа ПОС и соответствующими флюсами.
Алюминиевую проволоку для улучшения ее смачиваемости при пайке гальванически покрывают цинком, оловом или другими металлами.
Для соединения алюминиевых деталей с медными в электротехнике предложено наносить на алюминиевую деталь одно или несколько гальванических покрытий. Толщина гальванических покрытий должна превышать высоту неровностей паяемой поверхности. Температура нагрева при пайке должна быть выше температуры образования эвтектики А1 — Сu (Заявка 2532317 ФРГ, МКИ3 кл. В 23 К 1/02).
После покрытия поверхности алюминия очень тонким слоем серебра возможна бесфлюсовая пайка погружением паяемого изделия в жидкий цинк или цинковые припои, которые хорошо смачивают посеребренную поверхность алюминия.
Достаточно высокая коррозионная стойкость проводов из алюминия, паянных легкоплавкими припоями, может быть обеспечена при предварительном цинковании паяемой поверхности (толщина цинкового покрытия до 2 мкм) и лужении в ванне с расплавленным оловом. Поданным А. А. Суслова и И. С. Григорьевой, плакирование алюминиевых сплавов цинком обеспечивает высокую коррозионную стойкость соединений, паянных оловянными припоями.
Необходимо учитывать, что припой П200А, нанесенный на поверхность алюминиевых сплавов АД1, АМц и АМг6 в виде полуды, резко снижает их относительное удлинение и в меньшей степени сопротивление разрыву.
По данным Ф. Д. Милеса, сплавы типа Al — Mg, при содержании 0,5 % Mg в нагартованном состоянии особенно подвержены межзеренному проникновению в них легкоплавких припоев. Поэтому эти сплавы перед низкотемпературной пайкой необходимо отжигать при температуре выше температуры рекристаллизации.
Высокотемпературная пайка алюминия и его сплавов. Высокотемпературная пайка алюминия и его сплавов в печах осуществляется главным образом готовыми припоями и контактно-реактивными флюсами. Характерно, что для этой цели применяют главным образом припои на основе алюминия Al—Si, А1 — Zn, AI — Сu — Si, Al — Ml — Si. Совместимость сплавов с такими припоями характеризуется степенью химической эрозии, газовой пористости и охрупчивания при контакте их с жидкими припоями.
Выше температуры 500 °С растворимость алюминия в цинке резко возрастает: значительной величины достигает растворимость алюминиевых сплавов в припоях П575А, 590А, эвтектическом силумине. Особенно сильно развивается эрозия в галтельных участках швов, где скопляются большие количества жидкого припоя. В этом случае образуются более развитые и грубые галтельные участки шва.
Прочность соединений из сплава АМц, паянных припоями П425А, 34А и В62, при достаточной нахлестке (3—4 толщины листа) приближается к прочности паяемого металла, а температура распайки становится на 50—100 °С выше температуры плавления припоев вследствие повышения температуры ликвидуса.
Если после пайки изделие должно быть подвергнуто анодированию и при этом цвет паяного шва не должен отличаться от цвета паяемого металла, то не следует применять цинковые (П425А, П480А) и алюминиевые припои, легированные значительными количествами кремния или меди, так как швы чернеют при анодной обработке.
С ростом предельной растворимости алюминия в припоях с повышением температуры процесс подплавления его под оксидной пленкой и диспергации последней становится все более активным. Вероятно, при пайке с галогенидными флюсами возможна и электрохимическая диспергация оксидной пленки через ее несплошности в результате электрохимического растворения паяемого металла в электролите — расплаве флюса.
Флюсовая высокотемпературная пайка готовым припоем. Флюсовая высокотемпературная пайка алюминия и его сплавов готовым припоем может быть выполнена с локальным нагревом в пламени паяльных ламп, горелок, ТВЧ и общим нагревом в печах и погружением в флюсовые ванны. Для высокотемпературной пайки алюминия наиболее широкое применение нашли припои 34А и эвтектический силумин.
Плакирование листов из алюминиевых сплавов слоем припоя
облегчает процесс подготовки под пайку и пайку многих изделий. Для плакирования обычно применяют припои типа силумина.
Приведенные в табл. 38 флюсы № 1—6 и № 17 предназначены для пайки алюминиевых сплавов погружением. Наиболее технологичны флюсы № 17, 4, 5 и 6, так как они имеют высокую жидкотекучесть и сравнительно низкую температуру кристаллизации, что снижает унос флюса из ванны при выеме изделия. Такие флюсы почти полностью выливаются из узких каналов изделий. Однако за исключением флюса № 6, предложенного Е. И. Сторчаем и С. И. Барановым, они содержат повышенное количество LiCl и поэтому имеют более высокую стоимость.
Флюс № 7 имеет температурный интервал активности 500— 600 °С и весьма эрозионно активен. Его остатки удаляются промывкой в содовом водном растворе, а затем водой.
Технологические особенности пайки алюминия и его сплавов. Для пайки алюминиевых деталей можно применять паяльные лампы, бензовоздушные и газовые горелки, работающие на пропане, бытовом газе и т. п., с поддувом кислорода или воздуха. Ацетиленокислородное пламя непригодно, так как вредно влияет на активность солевых флюсов типа 34А, применяемых при пайке алюминия в пламени.
Практически пайке в пламени газовых горелок подвергают детали с толщиной стенки до 40 мм. Минимальная толщина паяемых деталей из алюминиевых сплавов при этих же условиях примерно равна 0,6—0,8 мм, т. е. больше, чем при пайке в печи и жидких флюсах.
Крупные детали при пайке в газовом пламени ввиду высокой теплопроводности алюминиевых сплавов и тонкостенные детали для предотвращения коробления предварительно подогревают в печи до температуры 400—450 °С.
