Технологии пайке |

Часть 11

Среда, 14 Окт 2009

Через серебряное покрытие на меди может быть осуществлена контактно-реактивная пайка с образованием в паяном шве хрупкой эвтектики Al — Ag — Си. Такие паяные соединения могут быть использованы только в несидовых конструкциях.

Соединение алюминия со сталью, в том числе и с нержавеющей, облегчается при предварительном лужении поверхности стальной детали легкоплавкими свинцово-оловянистыми 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 также не должна превышать заданного предела.

Пайка алюминия с титаном возможна только по слою алюминия или олова, нанесенных на поверхность титана путем горячего лужения.


Часть 10

Вторник, 13 Окт 2009

Основные трудности при осуществлении процесса пайки алюминия с указанными материалами заключаются в трудности выбора флюса или газовой среды, обеспечивающих удаление окислов с поверхностей столь разнородных материалов; в образовании хрупких соединений из-за возникновения интерметаллидов в зоне шва; в наличии большой разницы температурных коэффициентов линейного расширения алюминия и перечисленных выше материалов.

Первые два осложнения успешно преодолевают при предварительном нанесении на поверхности соединяемых материалов защитных металлических покрытий.

Пайку алюминия с медью можно успешно осуществить по никелевому покрытию, нанесенному на алюминий химическим способом. Пайку производят в водороде припоем состава 49% Ag, 20% Си, 31% In; температура пайки близка к температуре плавления алюминия.

Пайка алюминия с медью и ее сплавами может также быть осуществлена путем нанесения защитных покрытий типа цинк, серебро и их сплавы на поверхность меди. При этом используют припои на основе олова, кадмия, цинка.


Часть 9

Вторник, 13 Окт 2009

В связи с тем, что при ультразвуковом лужении отмечается сильная эрозия основного металла, лужению этим способом нельзя подвергать детали с толщиной стенок менее 0,5 мм. Имеется также способ абразивно-кавитационного лужения. При этом способе лужения твердые частицы, находящиеся в жидком припое, в ультразвуковом поле оказывают дополнительное абразивное воздействие на 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. Предел прочности соединений составляет 3—5 кгс/мм2.

При пайке по полуде чистым галлием с последующей термообработкой предел прочности соединения составляет 2,8—3,8 кгс/мм2. Паяные швы выдерживают ударные, вибрационные и термоциклические нагрузки, обеспечивают вакуумную плотность не ниже 10~2 мм рт. ст. и имеют удовлетворительную коррозионную стойкость.

Применяют также пайку цинковыми припоями по серебряному покрытию, нанесенному на поверхность алюминия предпочтительно термовакуумным напылением с последующей термообработкой.

Разработан ряд технологических процессов, обеспечивающих надежное соединение алюминия с медью и ее сплавами, со сталью, никелевыми и другими сплавами.


Часть 8

Вторник, 13 Окт 2009

Бесфлюсовую пайку алюминия припоями типа 34А, силумин ПСр 5АКЦ можно производить по предварительно луженной поверхности припоем П200А. Лужение производят абразивным способом, толщина слоя должна составлять 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 пайка 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 твердожидком состоянии и т. п.), находящимися в расплаве припоя. Применяют также абразивные паяльники для лужения алюминия, у которых рабочая часть паяльника представляет собой стержень из частиц припоя и абразива.

Собственно операция пайки осуществляется уже после абразивного лужения путем обеспечения плотного контакта по луженым поверхностям при температуре полного расплавления припоя. Возможна подпитка шва припоем.

Ультразвуковое лужение можно производить с помощью ультразвуковых паяльников и в ультразвуковых ваннах.


Часть 7

Вторник, 13 Окт 2009

Коррозионная стойкость соединений повышается при пайке по цинковым по¬крытиям и, в частности, по слою сплава Zn + 5% А1, нанесенному на поверхность алюминия методом горячего плакирования. Пайку по цинковому покрытию рекомендуется вести припоем типа ПОСК51 с удалением окисных пленок трением или флюсом на основе эвтектики NaOH и КОН, вводимой в количестве до 20% в глицерин.

Известны бесфлюсовые способы низкотемпературной пайки. Бесфлюсовую пайку алюминия можно осуществить в газовых средах без применения защитных покрытий контактно-реактивным методом. В качестве припоя применяют кремний, медь или серебро, которые наносят на алюминий гальваническим путем, термовакуумным напылением или плакировкой. Высокое качество паяного соединения получают при пайке в вакууме 10"мм рт. ст. и толщине покрытия 10—12 мкм.

Пайку алюминия припоями типа силумина осуществляют в специальных газовых средах. В качестве последних используют смеси аргона с парами магния. Такая атмосфера способна при температуре 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 газовой фазы в расплав. Предел прочности соединений сплава АМгб, выполненных этим способом, составляет 35,2—35,8 кгс/мм2, а для сплава АМц 11,5—12,5 кгс/мм2. Коррозионная стойкость получаемых соединений намного выше соединений, чем при флюсовой пайке.


Часть 6

Вторник, 13 Окт 2009

Наиболее высокое качество сцепления покрытия с основным металлом и коррозионную стойкость паяных соединений обеспечивает применение никель-фосфорных покрытий, наносимых на поверхность алюминия химическим способом из специальных гипофосфитных растворов.

Оптимальная толщина покрытия 17—25 мкм. После нанесения покрытия деталь подвергают термообработке в защитной среде (аргон или вакуум) при температуре 200° С в течение 1 ч, что приводит к повышению прочности сцепления покрытия с поверхностью основного металла.

Пайка по покрытию легко осуществима оловянно-свинцовыми припоями с применением канифольно-спиртовых флюсов или на основе водных растворов хлористого цинка.

Коррозионная стойкость таких соединений намного выше соединений алюминия, выполненных без защитных покрытий.

Соединения из сплава АМц и Д16, выполненные по никель-фосфорному покрытию припоем ПОС 61, обеспечивают предел прочности на срезе 3—5 кгс/мм2. После годичных испытаний в 3%-ном растворе поваренной соли прочность соединений снижается лишь на 15—18%.

Коррозионная стойкость соединений по медному покрытию, особенно в коррозино-активных средах, гораздо ниже, чем по никель-фосфорному покрытию.


Часть 5

Вторник, 13 Окт 2009

Однако флюсы могут оказаться внутри паяного шва, и такая обработка не устранит опасности возникновения очагов коррозии. В этом заключается основной недостаток флюсовой пайки алюминиевых сплавов.

Низкотемпературную пайку алюминия и его сплавов припоями на основе олова можно осуществить с применением флюсов на основе высококипящих органических соединений типа триэтаноламина с добавками в качестве активных компонентов борфто-ридов 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, компоненты легкоплавких припоев в паре с алюминием образуют коррозионно нестойкие соединения из-за большой разности нормальных электродных потенциалов. Такие соединения не способны работать в коррозионно-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, термовакуумным напылением и т. д.


Часть 4

Вторник, 13 Окт 2009

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 нержавеющих сталей, инконеля, керамики.

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. Рекомендован способ пайки, лишенный указанных недостатков [И]. В этом случае пайку производят путем погружения в солевую ванну, в состав которой вводят небольшое количество (в сумме до 1%) активных хлоридов типа хлористого цинка, хлористого олова, хлористого кадмия и пр.

В связи с тем, что остатки флюсов чрезвычайно коррозионноактивны, особенно при эксплуатации паяных соединений в электропроводящих средах, необходимо после пайки изделия подвергать тщательной обработке с целью удаления остатков флюсов. Для этого детали сразу же после пайки подвергают тщательной промывке в горячей и холодной проточной воде с последующей обработкой в 5%-ном растворе азотной кислоты или 10%-ном растворе хромового ангидрида.


Часть 3

Понедельник, 12 Окт 2009

Пайка в солевых ваннах отличается высокой производительностью. В связи со значительной температурой пайки (580—620° С) этим способом паяют сплавы с высокой температурой ликвидуса: АД1, АМц и др. Припои должны быть заранее нанесены в виде покрытия или плакирующего слоя (пайка пластинчатых теплообменников).

В случае пайки в солевых расплавах состав флюсовой ванны не должен содержать активных хлоридов типа ZnCl2 из-за сильного растворения основного металла. Для „нормальной работы ванны необходимо тщательное удаление из расплава влаги и солей тяжелых металлов. Для этого солевую ванну протравляют алюминием при температуре около 600° С. Еще более высокой степени очистки удается достигнуть применением порошка сплава 30% А1 и 70% Mg.

При подготовке поверхности деталей из алюминиевых сплавов к пайке рекомендуется после обезжиривания деталей производить травление их в 10—15%-ном растворе едкого натра при температуре 60° С с последующей промывкой в холодной воде и обработкой в 20%-ном растворе азотной кислоты, после чего следует тщательная промывка в проточной горячей и холодной воде и сушка горячим воздухом. Пайку рекомендуется производить не позже чем через 6—8 ч после травления.


Часть 2

Понедельник, 12 Окт 2009

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

Для пайки алюминиевых деталей применяют пламя бензовоздушных и газовоздушных горелок. Ацетиленокислородное пламя непригодно, так как оно снижает активность флюсов.

Для пайки тонкостенных ажурных конструкций из алюминиевых сплавов хорошие результаты обеспечивает печной нагрев. Скорость нагрева под пайку зависит от толщины стенок соединяемых деталей.

Температуру печной пайки с применением припоя 34А и флюса 34А поддерживают в пределах 550—560° С, при пайке эвтектическим силумином 580— 600° С.

Применение флюса 34А при печном нагреве опасно ввиду возможности значительного растворения основного металла цинком, выделяющимся из флюса. В случае пайки тонкостенных деталей это может привести к сквозному проплавлению. Лучшие результаты дает применение флюсов, в которых хлористый цинк заменен на хлористое олово, хлористый кадмий или хлористый свинец.

Это приводит к резкому снижению растворения паяемой поверхности металлом, выделяющимся из флюса.


Часть 1

Понедельник, 12 Окт 2009

Алюминий и его сплавы находят широкое применение для изготовления паяных конструкций в авиационной, электротехнической, радиотехнической и ряде других отраслей промышленности.

Особенности пайки алюминиевых сплавов определяются такими факторами, как высокая стойкость окисной пленки, низкая температура солидуса большинства промышленных сплавов, высокая теплоемкость алюминия.

Алюминий, обладая большим сродством к кислороду, образует химически и термодинамически стойкий окисел А1203, который находится 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 алюминиево-магниевых сплавов присутствует смесь окислов А1203 и MgO.

При пайке алюминиевых сплавов окислы удаляют флюсами в вакууме с добавлением паров магния, трением, абразивным и ультразвуковым лужением.

Кроме того, разработаны способы пайки путем контактного плавления, 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, П300, П250 и др. Зазор при флюсовой пайке должен быть не менее 0,1—0,25 мм.


Часть 3

Понедельник, 12 Окт 2009

При пайке бериллия серебряными припоями получают предел прочности паяного шва ~ 10 кгс/мм2. При пайке бериллия с другими металлами, например с никелем, монель-металлом или с титаном, при применении серебряных припоев обеспечивается предел прочности соединений 10—15 кгс/мм2.

Серебряные припои применяют при пайке соединений, работающих при нормальной температуре. Для улучшения смачивания и растекания припоев в них вводят 0.2—0,5% Li. Для работы при высоких температурах припоями служат сплавы бериллия с серебром, титаном или цирконием.


Часть 2

Понедельник, 12 Окт 2009

Высокотемпературную пайку бериллия обычно производят в вакууме 10— 10~6 мм рт. ст. или в тщательно очищенных аргоне или гелии. В качестве припоев применяют эвтектические сплавы алюминия с кремнием или серебра с медью. Пайку производят при температуре 785—1060° С, выдержке 5—10 мин.

Бериллий можно паять и по специально подготовленной поверхности, которую лудят магнием при температуре 750° С в аргоне. При этом на поверхности бериллия образуется пленка MgBe. Пайку луженой поверхности производят в аргоне при температуре 750° С алюминием, который в виде фольги закладывают между паяемыми поверхностями.

Пайка бериллия алюминием с длительной выдержкой при температуре пайки (870° С) приводит к упрочнению паяного шва. Предел прочности постепенно повышается с 9 до 19 кгс/мм2 при выдержке в течение 96 ч.

Другой способ пайки состоит в предварительном покрытии бериллия медью или серебром. Покрытие производят в цианистых или кислотных растворах, металлизацией или погружением в расплав металла. Перед покрытием изделие травят в 5—10%-ном растворе плавиковой кислоты и без промывки переносят в ванну для покрытия. Пайку по барьерному или луженому слою производят серебряными припоями в аргоне или вакууме.


Часть 1

Понедельник, 12 Окт 2009

Бериллий — легкий металл (плотность 1,84 г/см3), но имеет высокий предел прочности (56 кгс/мм2) и довольно высокую температуру плавления (1283° С). Поэтому бериллий является перспективным конструкционным материалом для атомных реакторов, летательных аппаратов и приборостроения.

Ввиду высокой химической активности поверхность бериллия в атмосферных условиях покрывается окценой пленкой ВеО. Перед пайкой бериллия с целью удаления окислов производят травление в растворе следующего состава: 450—500 мл ортофосфорной кислоты, 50—55 г хромового ангидрида и 20—25 мл концентрированной серной кислоты. Подогретый до 50—60° С раствор более активно снимает окисную пленку.

Легкоплавкими припоями бериллий паяют с применением специальных флюсов, содержащих фториды и хлориды цинка, аммония или щелочноземельных металлов. Нагрев под пайку осуществляют быстро, поскольку применяемые флюсы быстро теряют свои свойства. Перед пайкой поверхности желательно лудить. Лужение и пайку производят оловянно-свинцовыми припоями, содержащими цинк, индий или серебро. Пайку бериллия можно осуществить цинковыми или кадмиевыми припоями, которые хорошо растекаются по поверхности бериллия и затекают в зазор. Для улучшения смачивания легкоплавкими припоями с использованием флюса ЛК-2 бериллий покрывают гальваническим никелированием.


Часть 3

Понедельник, 12 Окт 2009

Тантал можно паять по предварительно нанесенному слою серебра. Серебро в виде пасты наносят на тантал, после сушки и обжига при 600° С в течение 1 ч получают прочное сцепление. Обработанный таким образом тантал можно паять, например, с медью. Предел прочности соединения достигает 5 кгс/мм2.

Ввиду того, что тантал трудно поддается пайке, его поверхность перед пайкой рекомендуется покрывать никелем или платиной. Пайку покрытых изделий можно вести с применением флюсов, в среде инертных газов или вакууме.


Часть 2

Понедельник, 12 Окт 2009

Тантал интенсивно поглощает газы при нагревании, поэтому при пайке тантала предпочтителен вакуум не ниже 10~4 мм рт. ст.

В качестве припоев для пайки тантала целесообразно использовать прежде всего такие металлы как титан, ванадий, ниобий и молибден, которые образуют с танталом непрерывный ряд твердых растворов, что позволяет получать высокопрочные и пластичные паяные соединения. Имеются сведения об успешном применении сплавов из указанных металлов, например припой, содержащий 85% Ti и 15% Мо, дает возможность производить пайку при 1850° С.

Для диффузионной пайки сплава тантала с 1% W в качестве припоя применяют чистый титан. Припой в виде фольги укладывают в места соединений. Пайку производят в печи при разрежении 10"4 — 10~5 мм рт. ст., температура пайки 1760° С, выдержка 10 мин. Температура вторичного расплавления шва после пайки поддерживалась 2092° С, предел прочности соединений при 1928° С составлял 1,65 кгс/мм2. Для капиллярной пайки применяют припой на основе тантала с 40% Hf. Пайку выполняют при температуре 2205° С с выдержкой 1 мин. Для пайки тантала запатентован припой следующего состава: 20% Та, 5% Nb, 3% W. Пайку этим припоем осуществляют в вакууме 10 5 мм рт. ст. при температуре 1000° С с выдержкой 5 мин. Предел прочности соединения на срез тср = 20 кгс/мм2, температура вторичной распайки 2000°С.


Часть 1

Понедельник, 12 Окт 2009

Тантал среди других металлов выделяется исключительной химической стойкостью в сильных кислотах, в расплавах щелочных металлов и рядом других свойств. Он имеет температуру плавления 2996° С и плотность 16,6 г/см3 и в отличие от вольфрама и молибдена обладает пластичностью. Тантал промышленной чистоты в отожженном состоянии при комнатной температуре имеет предел прочности ав= 42 кгс/мм2, относительное удлинение 6=25%, а при 980° С ав = 14 кгс/мм2. Температура пластично-хрупкого перехода тантала лежит ниже  — 196° С.

Кроме чистого тантала в промышленности применяют сплавы тантала с вольфрамом, ниобием, молибденом, гафнием. Сплавы тантала достаточно пластичны. Относительное удлинение равно 25 — 30% и зависит от способа выплавки. Тантал и его сплавы используют в электротехнике и для нагревателей в вакуумных печах. Известно также применение чистого тантала и его сплавов с ниобием в химическом аппаратостроении.

При нагреве на воздухе тантал, так же как ниобий, начиная с 200—300° С заметно окисляется. Наряду с окислением происходит диффузия газов в металл, и непосредственно под окисной пленкой образуется газа насыщенный слой, толщина которого зависит от температуры и времени нагрева.


Часть 4

Воскресенье, 11 Окт 2009

Для предотвращения растворения циркония припоями, вступающими с ним в активное взаимодействие, применяют промежуточные барьерные покрытия. В этом случае используют никелевое покрытие, которое имеет удовлетворительное сцепление с цирконием при условии предварительного травления поверхности детали в водных растворах фторида аммония и плавиковой кислоты, подогретых до 30—40° С, и последующего отжига в вакууме при 850—900° С. Пайку по никелевому покрытию можно производить всеми легкоплавкими припоями, смачивающими никель, и высокотемпературными, но с температурой пайки, не превышающей 900° С, так как при температуре 960° С образуется легкоплавкая эвтектика.

Припои на основе серебра, рекомендуемые для пайки никелированного циркония. При пайке этими припоями по никелевому барьерному покрытию обеспечивается вакуумная плотность и предел прочности паяных соединений до 20 кгс/мм2.

Для работы соединений циркония при высокой температуре применяют более тугоплавкие барьерные покрытия, например, ниобий. Пайку по ниобиевому покрытию производят при температуре 1000—1200° С припоями системы Zr — Ni, Zr — Ni — Pd, Ti — Pd и др.

При пайке циркония с ниобием, танталом, молибденом и гафнием, без нанесения барьерного покрытия, применяют припой системы Zr — V, Zr — Со и др. Соединения, паянные этими припоями, обеспечивают теплостойкость до температуры 1200—1300° С.


Часть 3

Воскресенье, 11 Окт 2009

При выборе припоя необходимо учитывать, что многие компоненты, входящие в припой (Ag, Cu, Ni), активно взаимодействуют с основным металлом с образованием химических соединений или легкоплавких эвтектик. Поэтому пайку циркония с медью, никелем, железом или нержавеющей сталью можно осуществлять без припоя, контактно-реактивным методом. Хотя соединения получаются и непрочными, но обеспечивают герметичность и коррозионную стойкость.

Многие припои активно растворяют цирконий, вызывая сильную эрозию или сквозное проплавление тонкостенных конструкций. Сильной эрозии цирконий подвергается при пайке медью. Припой на основе титана не вызывает эрозии, так как титан с цирконием образуют твердые растворы.

Припои обеспечивают вакуумную плотность соединений циркония с железом, низкоуглеродистой сталью и никелем при комнатной и повышенных температурах. Пайку циркония этими припоями осуществляют без нанесения барьерных покрытий, что упрощает технологический процесс и повышает надежность соединений.

Пайку циркония без барьерного покрытия осуществляют и самофлюсующими серебряными припоями.


Часть 2

Воскресенье, 11 Окт 2009

С азотом цирконий начинает взаимодействовать с температуры 400° С. Наибольшее поглощение азота из воздуха происходит в интервале температур 1000—1600° С. Удалить азот из циркония при нагревании в вакууме до температуры 1300° С не удается.

Реакция циркония с кислородом сопровождается образованием на его поверхности окисной пленки. Однако при температуре выше 450° С пленка растворяется в металле, вследствие чего происходит дальнейшее поглощение кислорода. Удалить кислород из циркония нагревом в вакууме не удается. Инертные газы аргон и гелий не растворяются в цирконии, но при недостаточной их чистоте цирконий окисляется и на его поверхности образуется слой окислов черно-синего цвета. Перед пайкой цирконий и его сплавы травят в смеси водных растворов плавиковой и азотной кислот (3 мл азотной, 5 мл плавиковой кислоты и 92 мл воды).

При пайке циркония в аргоне или гелии их необходимо предварительно очищать от примесей кислорода, водорода, азота и паров воды. Паять цирконий и его сплавы в вакууме можно при разрежении в камере пайки не ниже 104мм рт. ст.