Способ получения паяных конструкций из алюминия и его сплавов

Изобретение относится к области металлургии. Способ включает нагрев деталей до температуры пайки с последующей выдержкой при температуре пайки. Затем производят охлаждение спаянных деталей до комнатной температуры и последующую термообработку. При проведении термообработки спаянные детали нагревают до температуры на 5-40°С выше температуры неравновесного солидуса применяемого припоя. Затем спаянные детали выдерживают при этой температуре в течение 10-100 минут и далее охлаждают до комнатной температуры. Техническим результатом изобретения является повышение коррозионной стойкости и прочности получаемых паяных соединений.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности может быть использовано для получения паяных изделий из алюминия и его сплавов припоями на основе эвтектических сплавов, содержащими в своем составе кремний и германий.

Известен способ получения паяных конструкций, включающий пайку и последующую термообработку, заключающийся в использовании припоев с температурой солидус выше температуры термообработки, охлаждении конструкции после пайки до комнатной температуры и последующую термообработку (Руководство по пайке металлов. / Под ред. С.Н.Лоцманова. М., ОБОРОНГИЗ, 1960 г.), аналог.

Недостатком данного способа является то, что при пайке припоями, содержащими в своем составе кремний и германий, паяные соединения обладают низкими коррозионными свойствами.

Известен способ получения паяных конструкций, включающий пайку и последующую термообработку, заключающийся в проведении после пайки дополнительной термообработки: охлаждение после пайки до комнатной температуры, нагрев до температуры термообработки ниже температуры солидус, выдержка при заданной температуре и последующее охлаждение (А.Сланский и др. «Капиллярная пайка». М., МАШГИЗ, 1963 г.), прототип.

Недостатком данного способа является то, что при пайке припоями, содержащими в своем составе кремний и германий, паяные соединения обладают низкими коррозионными свойствами.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик получаемых паяных конструкций, увеличение срока их службы, а также увеличение номенклатуры паяных соединений из алюминиевых сплавов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости и прочности получаемых паяных соединений.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения паяных конструкций из алюминиевых сплавов припоями на основе эвтектических сплавов, содержащими кремний и германий, охлаждение спаянных деталей осуществляют до комнатной температуры, а при термообработке спаянные детали нагревают до температуры на 5-40°С выше температуры неравновесного солидуса применяемого припоя, выдерживают при этой температуре в течение 10-100 минут, а затем охлаждают до комнатной температуры.

При кристаллизации алюминиевых сплавов, содержащих в своем составе кремний и германий, происходит выделение неравновесных эвтектических фаз, обогащенных или обедненных германием. После проведения гомогенизирующего отжига при температурах на 5-10°С выше температуры солидус сплава в течение 5-24 часов происходит растворение неравновесных эвтектических фаз, что позволило разработать ряд припоев на основе системы Al-Si-Ge (патент РФ RU 2297907). Вместе с этим во время кристаллизации паяного шва, в структуре паяного соединения происходит вновь образование неравновесных фаз, которые снижают механические свойства паяных соединений, ухудшают их коррозионную стойкость и затрудняют нанесение гальванических покрытий на поверхность соединений. Для устранения этого эффекта после охлаждения необходимо проводить дополнительную термообработку паяного соединения при температуре на 5-40°С выше неравновесного солидуса припоя в течение 10-100 минут. Широкий интервал температуры выдержки при охлаждении связан с растворением припоем основного материала в процессе пайки и смещению температурных характеристик паяного шва в сторону увеличения температуры.

Предлагаемый способ получения паяных конструкций из алюминия и его сплавов припоями, содержащими в своем составе кремний и германий, позволяет обеспечить растворение неравновесных фаз в паяном шве и получить паяное соединение с равновесной структурой, что приводит к повышению прочности и коррозионной стойкости соединений, увеличению температуры распайки, а также получению качественных гальванических покрытий на поверхности паяного шва и, как следствие, увеличению прочности изделий и сроку их эксплуатации.

Пример 1. С использованием припоя системы Al-Si-Ge (10-12 мас.% Ge и 8 мас.% Si) с температурой солидус 449°C были получены 20 паяных образцов из алюминиевого сплава АВч. Пайку проводили в печи с использованием флюса 34А при температуре 580°C, время выдержки 10 мин. После пайки 20 образцов вынимали из паяльной печи и охлаждали на воздухе. После чего 10 образцов помещали в печь и проводили термообработку по следующему циклу: нагрев до температуры 455-460°C, выдержка при данной температуре в течение 40 минут и последующее охлаждение до комнатной температуры на воздухе.

Механические испытания образцов показали, что предел прочности паяных соединений, полученных без термообработки, составляет 126-152 МПа. Для образцов, которые после пайки подвергались термообработке при температуре 455-460°C, предел прочности составил 168-187 МПа.

Пример 2. Из сплава АМц печной пайкой с использованием флюса

ФПА-1 были получены 10 образцов. Для пайки использовался припой системы Al-Si-Ge (12 мас.% Ge и 8 мас.% Si) с температурой солидус 449°C. Пайка проводилась при температуре 590-600°C, время выдержки 10 мин. После пайки все 10 образцов вынимали из печи и охлаждали до комнатной температуры на воздухе. Затем 5 образцов помещали в печь и проводили термообработку: нагрев до температуры 455-460°C, выдержка при данной температуре в течение 40 минут и последующее охлаждение до комнатной температуры на воздухе. После пайки все образцы подвергали очистке в ультразвуковой ванне и последующему химическому оксидированию. Микроструктурные исследования паяных образцов после термообработки при температуре 455-460°C не выявили наличие крупных неравновесных фаз. После вылеживания в течение трех месяцев на воздухе при комнатной температуре на образцах, охлаждавшихся на воздухе после пайки, на гальваническом покрытии появились следы коррозионного поражения.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить прочность паяных соединений на 20-40 МПа и обеспечить высокую коррозионную стойкость паяных соединений, выполненных припоем, содержащим в своем составе Si и Ge.

Способ пайки деталей из алюминия и его сплавов, включающий нагрев деталей до температуры пайки, выдержку при температуре пайки, охлаждение и последующую термообработку, отличающийся тем, что охлаждение спаянных деталей осуществляют до комнатной температуры, а при термообработке спаянные детали нагревают до температуры на 5-40°С выше температуры неравновесного солидуса применяемого припоя, выдерживают при этой температуре в течение 10-100 мин, а затем охлаждают до комнатной температуры.