Паста для пайки алюминия и его сплавов

Изобретение может быть использовано при высокотемпературной пайке погружением в расплавленные соли изделий из алюминия или его сплавов, например узлов волноводной техники. В пасте на основе порошкового припоя системы алюминий - кремний с размером частиц 100-200 мкм в качестве органического связующего использован раствор высокомолекулярного соединения в изоамилацетате. Паста содержит также мелкодисперсный порошок алюминия с размером частиц, равным или меньшим 20 мкм, и/или пигментную алюминиевую пудру. Компоненты пасты взяты в следующем соотношении, мас.%: органическое связующее - 24-28, мелкодисперсный порошок алюминия - 10-40, порошковый припой системы алюминий - кремний (эвтектика) - остальное. Изобретение позволит повысить качество паяных соединений за счет стабильности состава и адгезионных свойств пасты, а также снизить ее стоимость и токсичность. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к пайке, в частности к пастам для высокотемпературной (ВТ) пайки алюминия и его сплавов погружением в расплавленные соли.

Известна паста для пайки алюминия и его сплавов (далее - алюминия) погружением в расплавленные соли, в состав которой входят порошкообразный припой системы Al-Si (далее порошкообразный припой), соль AlF₃, связующее вещество - вода [1].

Использование воды в качестве связующего вещества приводит:

во-первых, к низкой прочности сцепления порошкообразного припоя с паяемой поверхностью,

во-вторых, к окислению порошкообразного припоя во время предварительного подогрева паяемых деталей перед погружением в расплавленные соли.

Это снижает качество паяных соединений.

Известна паста для пайки алюминия, которая содержит, вес.%:

порошкообразный припой системы Al-S1	70,1-80
с размером частиц 100-200 мкм.
спирт этиловый или изопропиловый	18-25
шеллак	1-4
фторцирконат или фтортитанат калия	0,1-0,9

(2 - прототип).

Преимуществом данной пасты является то, что в качестве органического связующего (связки) используется спирто-шеллачная смесь.

Однако,

во-первых, паста имеет нестабильный состав во времени из-за испарения спирта из органического связующего, в результате связка загустевает, что затрудняет применение пасты;

во-вторых, остатки шеллака полностью не выгорают во время предварительного подогрева деталей, обугливаются, образуя углеродистый серый налет, который ухудшает адгезйонные свойства пасты и тем самым снижает смачиваемость и растекаемость порошкообразного припоя;

в-третьих, адгезия пасты к паяемой поверхности после предварительного подогрева на воздухе низкая и при переносе деталей в ванну часть порошкообразного припоя рассыпается по их поверхности и смывается расплавом солей во время погружения еще до момента его расплавления, в результате качество пайки ухудшается, появляются непропаи;

в-четвертых, следует также принять во внимание относительную дефицитность и дороговизну импортного шеллака, что усложняет его использование.

Техническим результатом изобретения является повышение стабильности состава пасты во времени, повышение ее адгезионных свойств и, следовательно, повышение качества паяных соединений, а также снижение ее стоимости и токсичности.

Технический результат достигается тем, что в известной пасте для пайки алюминия и его сплавов погружением в расплавленные соли, содержащей порошкообразный припой системы алюминий-кремний с размером частиц 100-200 мкм и органическое связующее, в качестве органического связующего используют раствор высокомолекулярного соединения в изоамилацетате, паста дополнительно содержит мелкодисперсный порошок алюминия с размером частиц равным или меньше 20 мкм и/или пигментную алюминиевую пудру при следующем соотношении компонентов, мас.%:

раствор высокомолекулярного	24-28
соединения в изоамилацетате (10%)
мелкодисперсный порошок алюминия
и/или пигментная алюминиевая пудра	10-40
порошкообразный припой системы
алюминий - кремний (эвтектика)	остальное

Высокомолекулярное соединение представляет собой сополимер изобутилметакрилата с метакриловой или акриловой кислотой.

Использование в качестве органического связующего 10%-ного раствора высокомолекулярного (ВМ) соединения, в частности, сополимера изобутилметакрилата с метакриловой или акриловой кислотой (СПИБМ) в изоамилацетате, который

во-первых, благодаря свойству сохранять свою вязкость неизменной в течение длительного времени (1 год и более) обеспечит пасте стабильность состава во времени;

во-вторых, благодаря тому что раствор ВМ соединения обладает клеящими свойствами, данные свойства он обеспечивает и пасте и тем самым повысит ее адгезионные свойства;

в-третьих, благодаря свойству полностью разлагаться при температуре свыше 500°С - температура предварительного нагрева - органическое связующее не оставляет углеродистого серого налета на паяемой поверхности и тем самым повысит качество паяных соединений;

в-четвертых, снижает стоимость пасты, так как компоненты органического связующего выпускаются отечественной промышленностью.

Введение в пасту порошка алюминия с размером частиц, равным или меньше 20 мкм и/или пигментной алюминиевой пудры, позволит повысить адгезионные свойства пасты и прежде всего на стадии предварительного нагрева.

Предлагаемая паста не токсична, так как исключены из состава пасты фтористые соли, используемые в прототипе.

Изобретение поясняется фотографией, на которой изображен типовой узел волноводной техники: волновод - фланец и волноводная разводка, паяный предлагаемой пастой.

Пример 1.

Пасту для пайки приготавливают следующим образом.

В фарфоровую чашку насыпают порошкообразный припой системы AI-Si (эвтектика) с размером частиц 100-200 мкм марки АКД - 12-3 (ТУ6 - 02-007-75) и пигментную алюминиевую пудру марки ПАП - 2 (ГОСТ 5494 - 74), перемешивают, затем в смесь вводят органическое связующее - 10%-ный раствор СПИБМ-01-Н (ТУ6 - 01-2-744-85) в изоамилацетате (ТУ6 - 09-2-1240-76) и снова перемешивают до образования однородной массы - пасты.

Примеры 2-5.

Аналогично примеру 1 были приготовлены пасты, но имеющие иные количественные соотношения компонентов, как указанные в формуле изобретения (примеры 2-3), так и выходящие за ее пределы (примеры 4-5), кроме значений количества пигментной алюминиевой пудры, которые взяты средними.

Примеры 6-7.

Аналогично примеру 1 были приготовлены пасты, но имеющие среднее значение количества органического связующего, а количество пигментной алюминиевой пудры, выходящее за пределы, указанные в формуле изобретения.

Примеры 1а-7а.

Аналогично примерам 1-7 соответственно были приготовлены пасты, но с мелкодисперсным порошком алюминия вместо пигментной алюминиевой пудры.

Из приготовленных составов пасты были изготовлены путем выдавливания через трафарет диаметром 5 мм и толщиной 3 мм таблетки, которые были использованы для определения силы сцепления таблетки - адгезии пасты - с поверхностью образцов из алюминиевого сплава АМц размером 20×15×2, после предварительного нагрева.

Образцы сплава АМц изготавливают фрезерной обработкой с последующим обезжириванием в ацетоне.

Нагрев проводят в муфельной печи в воздушной атмосфере по режиму:

- температура - 530°С

- выдержка - 10 мин.

После спекания был проведен визуальный анализ образцов и определена сила сцепления.

Все данные сведены в таблицы 1 и 2.

Как видно из таблиц:

Сила сцепления таблеток из приготовленных составов пасты с поверхностью образцов из Амц - адгезия пасты - составляет в среднем 65 ГС, содержащие пигментную алюминиевую пудру (примеры 1-3) и 40 ГС, содержащие мелкодисперсный порошок алюминия (примеры 1а-3а) при соотношении компонентов пасты, указанных в формуле изобретения, что более чем в 10 раз превышает силу сцепления, при соотношении компонентов, выходящих за пределы, указанные в формуле изобретения (примеры 4-7) и (примеры 4а-7а), так же как и по сравнению с прототипом (пример 8).

На всех образцах отсутствует серый налет, кроме образца-прототипа (пример 8). Это подтверждает, что органическое связующее полностью разложилось на газообразные составляющие.

Приготовленная паста (примеры 1-3) и (примеры 1а-3а) была также использована для пайки типовых узлов волноводной техники:

волновод - фланец и волноводная разводка, изготовленные из алюминиевого сплава АМц.

Пасту наносят резиновым шпателем толщиной 3-4 мм по периметру волноводов.

Пайку проводили по режиму:

предварительный подогрев	530°С
в печи с воздушной атмосферой
время выдержки	10 мин
погружение в расплавленный
флюс 16 ВК при температуре	620°С
время выдержки в расплаве солей	30 сек

Был проведен визуальный анализ паяного шва.

По всему периметру паяного шва всех волноводных узлов (примеры 1-3) и (примеры 1а-3а) наблюдаются непрерывные равномерные галтели.

Таким образом, предлагаемая паста для пайки алюминия и его сплавов погружением в расплавленные соли обладает высокой стабильностью состава и высокими адгезионными свойствами и тем самым обеспечивает повышение качества паяных соединений.

Предлагаемая паста дешева благодаря исключению из состава дефицитного и дорогостоящего шеллака - природной смолы, поставляемой из Индии.

Предлагаемая паста нетоксична благодаря исключению из состава фтористых солей.

Источники информации

1. Патент Швейцарии №410592, кл. 49, В 23 К 31/01.

2. Авторское свидетельство СССР №493319 приоритет 07.05.73, В 23 К 35/36, опубл. бюлл. №44, 1975 г.

Таблица 2
№ п/п	Состав пасты, мас.%	Результаты исследований
	Органическое связующие	Мелкодисперсный порошок алюминия	Порошкообразный припой (эвтектика)	Сила сцепления после спекания ГС*	Визуального на сохранение геометрии (формы) таблетки и наличие серого налета	Визуального на качество галтели периметра паяного шва волноводных узлов
1a	26	25	49	40	Таблетка сохраняет свою форму, серый налет отсутствует	Непрерывные, равномерные галтели по всему периметру
2а	24	25	51	40	То же самое	То же самое
За	28	25	47	40	То же самое	То же самое
4а	19	25	56	4	Таблетка теряет свою форму, серый налет отсутствует	Не проводили
5а	33	25	42	5	То же самое	Не проводили
6а	26	5	69	5	То же самое	Не проводили
7а	26	45	29	4	То же самое	Не проводили
*Среднее значение 3-х измерений

1. Паста для пайки алюминия и его сплавов погружением в расплавленные соли, содержащая порошкообразный припой системы алюминий - кремний и органическое связующее, отличающаяся тем, что использован порошкообразный припой с размером частиц 100-200 мкм, в качестве органического связующего использован 10%-ный раствор высокомолекулярного соединения в изоамилацетате, при этом паста дополнительно содержит мелкодисперсный порошок алюминия с размером частиц равным или меньше 20 мкм и/или пигментную алюминиевую пудру при следующем соотношении компонентов, мас.%:

10%-ный Раствор высокомолекулярного соединения
в изоамилацетате	24-28
Мелкодисперсный порошок алюминия
и/или пигментная алюминиевая пудра	10-40
Порошкообразный припой системы
алюминий-кремний	Остальное

2. Паста по п.1 отличающаяся тем, что в качестве высокомолекулярного соединения использован сополимер изобутилметакрилата с метакриловой или акриловой кислотой.