Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов, композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов

Изобретения могут быть использованы при пайке алюминия без применения припоя. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов осуществляют с применением композиции, содержащей, мас.%: фторсиликат щелочного металла 2-98 и фторсиликат алюминия 2-98. Дополнительно композиция может содержать порошок алюминия в количестве 1-54 мас%. Можно использовать композицию в составе готовой смеси с органическими растворителями и вспомогательными веществами. В качестве фторсиликата щелочного металла композиция может содержать фторсиликат калия, и/или фторсиликат рубидия, и/или фторсиликат цезия, и/или фторсиликат лития и/или их смеси. Изобретения обеспечивают проведение эффективной и надежной пайки деталей различной конфигурации и толщины. 2 н. и 8 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к способам пайки алюминия без применения припоя и к композиции для этого способа.

Известен способ пайки алюминия без применения припоя с использованием флюса, содержащего фторалюминат калия и гексафторсиликат калия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: K₂SiF₆ 6-50, фторалюминат калия 50-94. Известен также флюс, не содержащий припоя, включающий фторалюминат калия и гексафторсиликат калия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: K₂SiF₆ 6-50, фторалюминат калия 50-94, при этом составляющие его вещества он содержит отдельно друг от друга с возможностью их совместного применения (RU 2182059, В 23 К 1/00, В 23 К 35/363, В 23 К 103:10, 2002.05.10).

При осуществлении способа происходит окисление кремния, выделяющегося на поверхности паяемого алюминия при медленном нагреве деталей при пайке в среде воздуха. Данное обстоятельство затрудняет пайку толстостенных изделий, приводит к ухудшению качества пайки.

Известно также изобретение, описанное в патенте (US 4906307, В 23 К 35/34, 1990.03.06), по которому способ пайки алюминия или алюминиевых сплавов осуществляют с применением флюса, содержащего 70-90 мас.% K₂SiF₆ и 30-10 мас.% AlF₃, используемого в виде взвеси в полибутене.

Так же, как и в приведенном выше аналоге, имеет место окисление кремния при медленном нагреве.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ нанесения покрытия из сплава алюминия с кремнием на алюминий или алюминиевые сплавы, а также полученные этим способом детали и способ пайки (RU 2243865, В 23 К 1/00, В 23 К 35/363, 2005.01.10). По этому способу детали из алюминия или алюминиевого сплава изготавливают и соединяют с применением смеси, содержащей чистый гексафторсиликат щелочного металла или смесь гексафторсиликата щелочного металла с фторалюминатом максимально 5 мас.% в пересчете на используемый гексафторсиликат щелочного металла. На деталь методом сухого или мокрого нанесения флюса наносят гексафторсиликат щелочного металла необязательно вместе со связующим или пленкообразователем, после чего деталь нагревают до образования сплава алюминия с кремнием.

Недостатком способа также является недостаточно высокое качество пайки, особенно при покрытии и соединении толстостенных деталей, вследствие окисления кремния на поверхности алюминия.

Задачей настоящего изобретения является создание способа пайки алюминия и алюминиевых сплавов и композиции для пайки, обеспечивающих более эффективную и надежную пайку деталей различной толщины и формы.

Технический результат выражается в улучшении качества пайки и достигается за счет образования на поверхности паяемого алюминия металлического кремния с последующим образованием низкоплавкого кремний-алюминиевого сплава по своему химическому составу, близкого к эвтектике.

Задача изобретения решается тем, что в способе пайки алюминия и алюминиевых сплавов, осуществляемом с применением композиции, содержащей фторсиликат щелочного металла, в композицию дополнительно вводят фторсиликат алюминия, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%: фторсиликат щелочного металла 2-98, фторсиликат алюминия 2-98.

Способ может быть осуществлен с применением композиции, в которой в качестве фторсиликата щелочного металла используют фторсиликат калия, и/или фторсиликат рубидия, и/или фторсиликат цезия, и/или фторсиликат лития и/или их смеси.

Способ может быть осуществлен с дополнительным введением в состав композиции порошка алюминия в количестве 1-54 мас.%.

Способ может быть осуществлен с использованием композиции в составе готовой смеси с органическими растворителями.

Способ может быть осуществлен с использованием композиции в составе готовой смеси с органическими растворителями с применением вспомогательных веществ.

Задача изобретения также решается тем, что композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов, включающая фторсиликат щелочного металла, дополнительно содержит фторсиликат алюминия при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%: фторсиликат щелочного металла 2-98, фторсиликат алюминия 2-98.

Композиция может содержать в качестве фторсиликата щелочного металла фторсиликат калия, и/или фторсиликат рубидия, и/или фторсиликат цезия, и/или фторсиликат лития и/или их смеси.

Композиция дополнительно может содержать порошок алюминия в количестве 1-54 мас.%.

Композиция может быть использована в составе готовой смеси с органическими растворителями.

Композиция может быть использована в составе готовой смеси с органическими растворителями с применением вспомогательных веществ.

Способ осуществляют следующим образом. На одну или обе паяемые поверхности наносят композицию по изобретению. Композиция может быть нанесена путем распыления по спаиваемым поверхностям. В случае приготовления готовой смеси для пайки, в которой композиция растворена в органических растворителях с добавкой вспомогательных веществ (диспергаторов, смачивателей, пленкообразователей, загустителей), нанесение может быть осуществлено кистью, валиком, окунанием деталей, напылением и любым другим способом. После нанесения покрытия поверхности просушивают. Пайку осуществляют предпочтительно при температурах от 575 до 620°С в инертной атмосфере, либо на воздухе.

Композицию для пайки готовят в соотношении компонентов композиции, мас.%: фторсиликат щелочного металла 2-98, фторсиликат алюминия 2-98. Затем смесь компонентов, из которых состоит композиция, диспергируют в органическом растворителе с добавлением вспомогательных веществ: смачивателей, связующих, загустителей и пр. Количество растворителя может быть различно, в зависимости от необходимой для пайки консистенции готовой смеси. Размеры частиц в составе готовой смеси для пайки могут варьировать от 0,1 до 1000 мкм, предпочтительно 1,0-10,0 мкм, что обеспечивает нанесение ровного слоя на паяемую поверхность.

При нагреве композиции до температуры пайки в результате химической реакции между компонентами композиции на поверхности паяемого алюминиевого сплава образуется эвтектическая по составу смесь фторидов алюминия и фторидов калия и кремния в высокодисперсном состоянии, образующая алюминиево-кремниевый припой, близкий к эвтектике по химическому составу.

Примеры выполнения способа.

Пример 1.

Осуществляли способ с использованием композиции, соответствующей теоретически обоснованному (полученному расчетным путем) составу, в которой содержание фторсиликата калия составляет 90,44%, фторсиликата алюминия 9,56%. В результате нагрева такой смеси до температуры пайки на поверхности паяемого алюминия образуется кремний, а также смесь фтористого калия и фтористого алюминия в массовом соотношении 46:54, что соответствует эвтектике. Таким образом, при отсутствии побочных реакций, образовавшаяся смесь кремния в высокодисперсном состоянии и расплавленная смесь фторидов калия и алюминия в массовом соотношении 12,1:87,7 обеспечивает качественную пайку.

Пример 2.

Осуществляли способ с использованием композиции, в которой содержание фторсиликата калия составляет 70%, фторсиликата алюминия 30%. При нагреве смеси в результате химических реакции происходит выделение фторида алюминия, количество которого превышает необходимое для образования эвтектики с фторидом калия. Вследствие высокой летучести фторида алюминия при температуре пайки происходит его улетучивание, в результате чего состав смеси фторидов калия и фторидов алюминия приближается к эвтектическому, что обеспечивает высокое качество пайки.

Пример 3.

Использовали композицию по примеру 1, нанесенную слоем толщиной 0,1-0,2 мм на поверхность двух плоских пластин размером 30×30×0,4 мм из алюминиевого сплава АМЦМ. После сушки при 100°С в течение 5 минут пластины совмещали и помещали в печь для пайки, нагретую до 610°. Были получены спаянные детали.

В примерах представлен предпочтительный интервал количественных значений компонентов, составляющих композицию, в рамках которых осуществляется высококачественная пайка алюминия и алюминиевых сплавов. При этом пайка возможна во всем заявленном интервале количественных значений компонентов, составляющих композицию. Конкретный состав композиции определяется в зависимости от поставленных задач и условий, например толщины паяемых изделий, состава паяемого алюминиевого сплава, среды пайки и пр.

Заявляемый способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов и композиция для пайки позволяют качественно производить пайку деталей различной толщины и конфигурации.

1. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов, осуществляемый с применением композиции, содержащей фторсиликат щелочного металла, отличающийся тем, что в композицию дополнительно вводят фторсиликат алюминия при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

Фторсиликат щелочного металла	2-98
Фторсиликат алюминия	2-98

2. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.1, отличающийся тем, что его осуществляют с применением композиции, в которой в качестве фторсиликата щелочного металла используют фторсиликат калия, и/или фторсиликат рубидия, и/или фторсиликат цезия, и/или фторсиликат лития, и/или их смеси.

3. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.1, отличающийся тем, что в состав композиции дополнительно вводят порошок алюминия в количестве 1-54 мас.%.

4. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.1, отличающийся тем, что его осуществляют с использованием композиции в составе готовой смеси с органическими растворителями.

5. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.4, отличающийся тем, что его осуществляют с использованием композиции в составе готовой смеси с применением вспомогательных веществ.

6. Композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов, включающая фторсиликат щелочного металла, отличающаяся тем, что дополнительно содержит фторсиликат алюминия при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

Фторсиликат щелочного металла	2-98
Фторсиликат алюминия	2-98

7. Композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.6, отличающаяся тем, что она содержит в качестве фторсиликата щелочного металла фторсиликат калия, и/или фторсиликат рубидия, и/или фторсиликат цезия, и/или фторсиликат лития, и/или их смеси.

8. Композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.6, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошок алюминия в количестве 1-54 мас.%.

9. Композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.6, отличающаяся тем, что она использована в составе готовой смеси с органическими растворителями.

10. Композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.9, отличающаяся тем, что она использована в составе готовой смеси с применением вспомогательных веществ.