Припой для пайки меди и ее сплавов

 

Изобретение относится к области машиностроения , в частности к пайке металлических деталей из меди, ее сплавов, мельхиора, никеля, молибдена, а также керамики и металлокерамики с использованием в качестве припоя гомогенных ленточных или порошковых припоев на медной основе. Цель изобретения - снижение усадочной пористости в паяном шве и упрочнение паяного соединения. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: никель 8-15, олово 5-12, фосфор 5-10, индий 0.5-1,5, кремний 1,0-4,5, медь - остальное . При этом суммарное содержание индия и кремния составляет 1,5-5,5. Прочность паяного соединения по латуни Л 63 210-229 МПа. Температура плавления припоя 678°С. 4 табл.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5у) В 23 К 35/30

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О (7с

СО (с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4799962/27 (22) 07.03.90 (46) 23.01.92. Бюл. № 3 (71) Центральный научно-исследовательский институт материалов (72) В.В. Смирнов, М.Е. Марков. А.Е. Силаев и Е.А. Прокофьева (53) 621.791.3(088.8) (56) Патент США

¹ 44557733663300, кл. В 23 К 35/30, 25.05,86, (54) ПРИПОЙ ДЛЯ ПАЙКИ МЕДИ И ЕЕ

СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к области машиностроения, в частности к пайке металлических деталей из меди, ее сплавов, Изобретение относится к машиностроению, в частности к пайке металлических иэделий иэ меди и ее сплавов, мельхиора. никеля, молибдена, а также керамики и металлокерамики, с использованием в качестве припоя гомогенных пластичных ленточных или порошковых припоев на медной основе.

Эти припои должны обеспечивать прочность и коррозионную стойкость паяного соединения, более низкую температуру пайки и ее самофлюсуемость, Кроме того, одним из основных требований является отсутствие пористости в паяном шве, что необходимо для пайки некоторых ответственных изделий, например деталей, предназначенных для соединения радиоизмерительной аппаратуры. Наличие пористости приводит в паяных соединениях. к снижению выхода годной продукции.

„„Я „„1706816 А1 мельхиора, никеля, молибдена, а также керамики и металлокерамики с использованием в качестве припоя гомогенных ленточных или порошковых припоев на медной основе.

Цель изобретения — снижение усадочной пористости в паяном шве и упрочнение паяного соединения. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас. : никель 8-15, олово 5 — 12, фосфор 5-10, индий 0,5 — 1,5, кремний 1,0-4,5, медь — остальное. При этом суммарное содержание индия и кремния составляет 1,5 — 5,5, Прочность паяного соединения по латуни Л 63 210-229

МПа. Температура плавления припоя 678"С.

4 табл.

Известны серебросодержащие припои типа ПСр45. ПСр72 известные по ГОСТ

19738-74 и имеющие в своем составе 39-72 мас. серебра. Припои используются для пайки деталей из меди и ее сплавов, в частности латунных деталей. Они обладают повышенной прочностью и коррозионной стойкостью в соединении, относительно низкой температурой пайки, хорошо смачивают металл и затекают в зазоры. Обеспечиваются следующие свойства, отраженные в табл. 1.

Недостатком этих припоев является дефицит и высокая стоимость серебра, дорогая технология изготовления припоев, а также пористость зоны паяного шва.

Известен припой ПМФС6-0,15 для пайки деталей из меди и ее сплавов.

Припои имеют состав и свойства, отраженные в табл. 2.

1706816

20

730-780

30

55

Для припоя характерна сложная технология его приготовления и пайки. B соединении, полученном с указанным припоем также обнаруживается пористость, хотя ее величина на 10 ниже, чем при использовании серебряных припоев. Кроме того, остатки флюса используемого при пайке, вызывают разъедание шва, снижая прочностные характеристики.

Известны припои на медной основе, Припой имеет состав, приведенный в табл. 3.

Припой наиболее употребительного состава содержит, мас.7.:

Никель 9,91

Олово 4,00

Фосфор 7,84

Медь 78,25

Основные характеристики припоя следующие:

Температура — солидус, С

Температура — ликвидус, С

Температура пайки, С—

Сопротивление растяжению, МПа 208

Пористость шва, 10-15

Припой имеет удовлетворительные температурные и прочностные характеристики, самофлюсующийся и может быть использован взамен серебросодержащих припоев для пайки меди и ее сплавов.

Недостаток этого припоя — пористость паяного шва из-за широкого интервала твердо-жидкого затвердевания при образовании соединения. Особенно повышена концентрация пор в галтельных участках шва, При этом уменьшается прочность соединения, герметичность, вакуумная плотность, что снижает область его применения, Цель изобретения — снижение усадочной пористости паяного шва и упрочнение паяного соединения.

Для достижения указанной цели в припой, содержащий медь, никель, олово, фосфор, дополнительно вводят кремний и индий при следующем соотношении компонентов, мас.7,:

Никель 8,0 — 15,0

Олово 5,0-12,0

Фосфор 5,0-10,0

Индий 0,5-1,5

Кремний 1,0 — 4,5

Медь Остальное при этом суммарное содержание индия и кремния составляет 1,5-5,5 м а с. 7ь.

Снижение усадочной пористости и упрочнение паяного соединения достигается за счет легирования припоя кремнием и индием в укаэанных пределах.

Пористость паяного шва изучалась на микрошлифах, концентрацию усадочных пор оценивали методом радиографического контроля в плоских и галтельных участках шва.

Сплав припоя выплавляют в индукционной печи в атмосфере аргона. В тигель вводят составляющие, а именно медь, никель, олово, кремний и фосфористую медь. Тигель помещают в печь, нагревают до 10801090 С до полного расплавления всех составляющих, постепенно снижают температуру расплава до 750-800 С и вводят индий, После полного растворения индия расплав охлаждают, Предлагаемый припой изготовляют в виде фольги или ленты и порошка. Ленту толщиной 0,02 -0,06 мм получают быстрым охлаждением расплава путем подачи его на охлажденный металлический диск. вращающийся со ско;,остью 20-40 м/с.

Порошок получают центробежным распылением расплава на диске. Оба процесса обеспечивают наличие в структуре аморфной или микрокристаллической фазы.

Параллельно изготовлен припой известного сплава. Припой получают в виде лент шириной 10-40 мм и толщиной 0,02-0,06 мм.

Для испытаний на растяжение приготовляют паяные образцы в соответствии с

ГОСТ 23047-78. B качестве основного материала используют листовую медь и латунь

Л63, ЛС59 толщиной 1,5 мм, в качестве присадки-ленты. Образцы паяют внахлестку, при этом размер нахлестки составляет 3 мм.

Перед пайкой образцы обезжиривают ацетоном и промывают спиртом, подвергают химическому травлению. 8 качестве флюса используют борную кислоту или флюс Ф209.

Припой укладывают так, чтобы он полностью покрывал всю площадь нахлестки. Затем образцы скрепляют и паяют горелкой с восстановительным пламенем, после чего охлаждают до комнатной температуры и удаляют остатки флюса механически.

Характеристики соединений, паяных ленточными припоями известного и предлагаемого на нижнем, среднем и верхнем пределах компонентов, а также выходящих эа нижний и верхний пределы, приведены в таблице.

Результаты испытаний соединений, паяных предлагаемым припоем, показали их преимущество по сравнению с известным припоем. Лучшие сочетания свойств припоев получены при добавке кремния в количестве 1,0-4,5. индия 0,5-1,5 мас., причем суммарное содержание кремния и индия в количестве 1,5-5,5 мас.7ь. В этом случае

1706816

8-15

5-12

5-10

0,5 — 1,5

1,0-4,5

Остальное

Никель

Олово

Фосфор

Индий

Кремний

Медь

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Nl

Си

6,5 — 48,24

4,0 — 18,5

4,8 — 7,8

Остальное снижается температура пайки, возрастает прочность соединения, и наблюдается и ра ктичес ки пол ное отсутствие усадоч ной пористости иэ-эа снижения интервала твердо-жидкого состояния при затвердевании. 5

Кроме того, припои не корродируют при длительном хранении.

При введении в состав припоя кремния и индия в количествах ниже нижнего предела интервал затвердевания увеличивается и 10 становится возможным образование усадочной пористости, и ри введении укаэанных добавок выше суммарного верхнего предела паяный шов охрупчивается.

Преимуществом припоя является то, 15 что он может применяться без сложных флюсов. Порошковый припой этого состава не нуждаетс я в дл и тел ь ной подготов ке, Технико-экономические преимущества игпольэования предлагаемого припоя эа- 20 ключэются в возможности использования первого для получения надежного дешевого паяного соединения.

Стоимость соединения. паяного серебряным припоем, 15 руб, стоимость соедине- 25 ния, паяного предлагаемым припоем 3 руб.

Экономический эффект на 1 тыс. деталей

Э=(15-3) 10 =12000 руб.

Технические преимущества использования припоя заключаются в том, что паяное соединение имеет большую прочность, а паяный шов не имеет пор, что расширяет область его применения в технике.

Формула изобретения

Припой для пайки меди и ее сплавов, содержащий никель, олово, фосфор, о т л ич а ю шийся тем. что. с целью снижения усадочной пористости паяного шва и упрочнения паяного соединения, припой дополнительно содержит кремний и индий при следующем соотношении компонентов, мас. :

) и

Щ т

i .й (C C

I Ф

)! I I I I I л О

)(S х

О

О с

I ! I I I I ) С) Л СО О(Г) Г- (О

1 1

CC Ф О - (()

Ф (.) ? а О Ф!— (C e (C а)(с

? т

О а

Щ

T .()

)о

СО -(Г)сГ . -СЧ ОСОО) ) с ) N т — с 4 a) co — - - — сч С (N С 4 сч сч N сч сч сч сч сч

NСЧС4 СЧN

LA N N ) () О С) Г

СОtOt О -CDсГ

С1

Kl х

Е с

О.

1 аU

ФО

2

I—

Ю Г С Ъ (7) (1 (О N СО - СО LA Ю сГ

С7)t» t (Юf-t t t t»COt Г Г

ЕС) (?) (О CD (D CD CD CD (Ы (Ю CD (О CD ()) C7) (О (7) O t ()

СО CO СО t Ь ) - СО С7) (Х)(ОCDCDf f CDCD с

Е с

О (\

О LA N N (О (Ч - (D О О lA N 0)

С7) a) a) a) О) a) О) СТ) N Ю D O

CD LA lA lA LA lA iA lA LA (О (D (D CD

С"Ъctl - CDС) - - CO с4 с4 ° a) co Г с ) (?) CD CD LA (О ЧЭ CD (О с ( () ) (О Ю С ) СЧ

LA . сГ -С) ,(-) LA (Ы (") (-) (,, LA . (() (Л 01 „ lA LA LA (A IA

LA lA LA LA, (С) LA (Г) LA tf On

- =Г - - - .())

--О-О-InO(nOLAL()O

О

О . — О (Г) LA C) О LA

Щ

С1 (О

О01 Ж счев

a) (Г) сГ Г О О

O N O LA O Ы О О (Г) О

С 4 Г Ф с Г 7 сГ

- О) О) О CD О О t сГ С Ъ LA LA CO CO (D N

CD CD (=) CO — О) f (Г) ! t»CDCOt»lAlA

in a) О CO lA O f (С) a) LA a) (С) IA

NCr tСГ . -СС - - -Г(D - (С) Ю - Г Л

"" О "-" (С Г- СО Ю CD CD (7) LA LA

l»CO! t «Ю LA

CL

D D iA lA iA iA (ALA!--t e

ГООСЧО ОООО

COОQОO---OOO

7 Г- Г !»

Ф

)С S (:

О

С, - ООООО„) OOOO

РOOOOOO -NNNN (Г) LAIDLACOCO - -О ()) О (() О LA С!С) СО

-O - - - -с (.;

Z (C

)»

О,-,,-) О,-, О Ф О О О О О О

СЧ С4 Р4 N LA LA LA М)

С7) СО СО С(! » е — а т е

О o o D co co D D

co co ai O t t- lA lA

О (:

Л с

Ф Ф LA ю I co (т) (:)О

)Ф а О с О

O

Б

Cl.

1 а о г

IX

Щ

? т о с (C () л

О

)?

Ю

О с

Б

S

Cf

О (3 (()

Z .() !

О

О

)() I

О

? а х

S

IS

2

Ф

Ф (=) сГ ID CD () Ф

Б а

>

5, 3 сГ

I» (0 О) D N n G х

СО о

С)

Б (S.

С

О

Ф

Z т (t)

5

CL с