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

Изобретения могут быть использованы при пайке алюминия и алюминиевых сплавов без применения припоя. Способ пайки осуществляют с применением композиции, содержащей, мас.%: фторсиликат щелочного металла 30-98, фторид алюминия (AlF₃) или его смесь с фторалюминатом калия 1-14 и алюминиевый порошок 1-56. 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 10 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, относящееся к способу нанесения покрытия из сплава алюминия с кремнием на алюминий или алюминиевые сплавы, а также к полученным этим способом деталям и способу 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 с покрытием, которое содержит гексафторсиликат щелочного металла или состоит из него, или смесь гексафторсиликата щелочного металла со 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 вследствие окисления кремния на поверхности алюминия.

Наиболее близким к заявляемому является 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 приведенных выше описаниях аналогов, имеет место окисление кремния при медленном нагреве.

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

Технический результат достигается за счет образования в объеме композиции припоя в высокодисперсном состоянии с изменением состава от металлического кремния до эвтектического по своему химическому составу сплава кремния с алюминием.

Задача изобретения решается тем, что в способе пайки алюминия и алюминиевых сплавов, осуществляемом с применением композиции, содержащей фторсиликат щелочного металла и фторид алюминия (AlF₃), в композицию дополнительно вводят алюминиевый порошок, а фторид алюминия используют в чистом виде и/или в смеси с фторалюминатом калия при следующем соотношении компонентов композиции, мас.% фторсиликат щелочного металла 30-98, фторид алюминия 1-14, алюминиевый порошок 1-56.

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 фторсиликат аммония, и/или их смеси.

Способ может быть осуществлен с применением композиции, в которой соотношение фторида алюминия (AlF₃) и фторалюмината калия в смеси составляет, мас.%: фторид алюминия (AlF₃) 0,01-99,99; фторалюминат калия 99,99-0,01.

Способ может быть осуществлен с применением в композиции фторалюмината калия с максимальным содержанием в нем фтористого алюминия, предпочтительно KAlF₄.

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 и фторид алюминия (AlF₃), дополнительно содержит алюминиевый порошок и фторид алюминия в чистом виде и/или смесь фторида алюминия с фторалюминатом калия, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%: фторсиликат щелочного металла 30-98, фторид алюминия 1-14, алюминиевый порошок 1-56.

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

Композиция может содержать смесь фторида алюминия (AlF₃) и фторалюмината калия со следующим соотношением компонентов, мас.%: фторид алюминия (AlF₃) 0,01-99,99; фторалюминат калия 99,99-0,01.

Композиция в качестве фторалюминат калия содержит фторалюминат калия с максимальным содержанием в нем фтористого алюминия, предпочтительно KAlF₄.

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 30-98, фторид алюминия 1-14, алюминиевый порошок 1-56. 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 объеме композиции в результате химической реакции между компонентами композиции образуется припой в высокодисперсном состоянии, который ложится на очень тонкий сплав алюминия с кремнием. Тепловой эффект реакции восстановления фторсиликата щелочного металла алюминиевым порошком в объеме композиции с образованием кремния, фтористого калия и фтористого алюминия способствует быстрому плавлению фторида калия в смеси с фтористым алюминием. При этом изначально присутствующие в композиции фторид алюминия либо его смесь с фторалюминатом калия позволяют получить эвтектическую смесь фторидов. Экзотермический эффект при использовании композиции позволяет несколько снизить температуру пайки. В рамках композиции возможно изменение состава припоя: при малом количестве алюминиевого порошка в припое образуется кремний, в другом случае - эвтектический сплав - алюминий-кремний с выделением тепла, что способствует быстрейшему прогреванию и более быстрому осуществлению пайки и также снижает степень окисления кремния при пайке на воздухе.

Примеры выполнения способа.

Пример 1.

Осуществляли способ с использованием композиции, обеспечивающей максимальное содержание кремния при пайке: фторсиликат калия - 78,46%, фторид алюминия - 8,71%, алюминиевый порошок - 12,83%. В результате нагрева такой смеси до температуры пайки образуется кремний в количестве 10% от массы композиции, а также смесь фтористого калия и фтористого алюминия в массовом соотношении 46:54, что соответствует эвтектике. Таким образом, при отсутствии побочных реакций (например, окисление кислородом воздуха) получена суспензия высокодисперсного кремния в расплавленной смеси фторидов калия и алюминия в массовом соотношении 10:90 с выделением части кремния на поверхности паяемого алюминия.

Пример 2. 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° в течение 5 минут пластины совмещали и помещали в печь для пайки, нагретую до 610°. Были получены спаяные детали.

Пример 3. Осуществляли способ с использованием композиции, соответствующей максимально целесообразному количеству (полученному расчетным путем) алюминиевого порошка в составе композиции с соотношением, мас.%: гексафторсиликат калия - 41,28%, алюминиевый порошок - 54,14%, фторид алюминия - 4, 58%, приводящего к образованию близкого к эвтектическому по составу сплава кремния с алюминием (кремний - 10%, алюминий 90%). В результате восстановления кремния, входящего в гексафторсиликат калия, и его сплавлением с избыточным количеством алюминия, входящего в состав композиции, образуется низкоплавящийся алюминиево-кремниевый сплав и образуется смесь, состоящая из 52,64% алюминиево-кремниевого припоя и 47,36% эвтектической по составу смеси фторидов калия и алюминия. Полученная суспензия высокодисперсного алюминиево-кремниевого припоя в расплавленной эвтектической смеси фторидов калия и алюминия обеспечивает качественную пайку деталей из алюминия и алюминиевых сплавов.

Способ позволяет более эффективно осуществлять пайку как толстостенных деталей, так и тонкостенных вследствие уменьшения степени окисления кремния.

1. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов, осуществляемый с использованием композиции, содержащей фторсиликат щелочного металла и фторид алюминия (AlF₃), отличающийся тем, что в композицию дополнительно вводят алюминиевый порошок, а фторид алюминия используют в чистом виде или в смеси с фторалюминатом калия при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

Фторсиликат щелочного металла	30-98
Фторид алюминия и/или его смесь с фторалюминатом калия	1-14
Алюминиевый порошок	1-56

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

3. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.1, отличающийся тем, что используют композицию, в которой соотношение фторида алюминия (AlF₃) и фторалюмината калия в смеси составляет, мас.%:

Фторид алюминия (AlF3)	0,01-99,99
Фторалюминат калия	99,99-0,01

4. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов по любому из пп.1,3, отличающийся тем, что в смеси фторида алюминия с фторалюминатом калия используют фторалюминат калия с максимальным содержанием в нем фтористого алюминия, предпочтительно KAlF₄.

5. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.1, отличающийся тем, что используют композицию в составе готовой смеси с органическими растворителями.

6. Способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.5, отличающийся тем, что используют композицию в составе готовой смеси с применением вспомогательных веществ.

7. Композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов, включающая фторсиликат щелочного металла и фторид алюминия (AlF₃), отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминиевый порошок, а фторид алюминия - в чистом виде и/или в виде смеси с фторалюминатом калия, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

Фторсиликат щелочного металла	30-98
Фторид алюминия	1-14
Алюминиевый порошок	1-56

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

9. Композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.7, отличающаяся тем, что содержит смесь фторида алюминия (AlF₃) и фторалюмината калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Фторид алюминия (AlF3)	0,01-99,99
Фторалюминат калия	99,99-0,01

10. Композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов по любому из пп.7, 9, отличающаяся тем, что смесь фторида алюминия (AlF₃) и фторалюмината калия содержит фторалюминат калия с максимальным содержанием в нем фтористого алюминия, предпочтительно KAlF₄.

11. Композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п.7, отличающаяся тем, что она предназначена для использования в составе готовой смеси с органическими растворителями.

12. Композиция для пайки алюминия и алюминиевых сплавов по п. 11, отличающаяся тем, что она предназначена для использования в составе готовой смеси с применением вспомогательных веществ.