Припой для мягкой пайки алюминия и его сплавов

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к пайке алюминия и его сплавов. Заявлен припой для пайки алюминия и его сплавов, содержащий, мас.%: олово 50-55, никель 0,2-1,5, кадмий 37-43, цинк - остальное. Технический результат - повышение коррозионной стойкости и прочности паяных соединений, а также понижение температуры плавления припоя и его себестоимости.

 

Изобретение относится к области пайки, в частности к составу припоя, и может быть использовано в различных областях машиностроения для пайки алюминия и его сплавов.

Алюминий и его сплавы находят широкое применение для изготовления паяных конструкций в авиационной, электротехнической, радиотехнической и в ряде других отраслей промышленности.

Известно, что в состав одних припоев входят различные дорогостоящие металлы. Например, кремний, галлий, неодим и т.д. (А.с. СССР №1785858, а.с. №1743772), что отрицательно сказывается на себестоимости продукции. Другим припоям для пайки нужны инертные или нейтральные среды и активные флюсы. Алюминий, обладая большим сродством к кислороду, образует химически и термодинамически стойкий окисел Al₂O₃, который находится на его поверхности в виде плотной и прочной пленки. Но, как известно, окисная пленка, имеющаяся на поверхности алюминия, защищает металл от коррозии, поэтому применение при пайке алюминия активных флюсов (например, 34А и НИТИ-18, Ф-380), разрушающих окисную пленку, вызывает опасность коррозии паяных соединений (http://www.biysk.ru/~zimin/00100/00076.html). Некоторые припои содержат в своем составе химически небезопасные для здоровья человека составляющий как стронций, церий (патент №2297907). Другим припоям нужно специальное оборудование и т.д.

Известен, в том числе, припой для пайки алюминия и его сплавов (авторское свидетельство СССР №113994), который можно выбрать в качестве прототипа. Припой содержит олово, цинк и кадмий, так как цинк и кадмий (особенно цинк) хорошо диффундируют в алюминий. Однако соединения из алюминия, паянные легкоплавкими припоями, особенно сплавами олова и кадмия, образуют коррозионно не стойкую пару и плохо сопротивляются коррозионным разрушениям. Несколько лучше ведут себя припои, содержащие цинк (http://www.drevniymir.ru/ellinizm08a.html). Тем не менее коррозионная стойкость остается относительно низкой. Кроме того, пайка осуществляется дорогостоящим ультразвуковым паяльником при высокой температуре 150-300°C.

Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости и прочности паяных соединений, а также понижение температуры плавления припоя и его себестоимости. В состав предлагаемого припоя входят компоненты при следующем соотношении, мас.%: кадмий - 37-43, никель - 0,2-1,5, олово-50-55 и цинк - остальное. При этом температура плавления припоя составляет (180-220)°C. Состав припоя позволяет производить пайку обычным паяльником с применением канифоли в качестве флюса, тем не менее обеспечивая получение паяных швов с пределами прочности до 10 кГ/мм².

Достигаются данные технические параметры за счет включения в состав припоя никеля, обладающего хорошей коррозионной стойкостью и механической прочностью (http://www.metsplav.ru/publication/about/nickel/). Кроме того, никель не поддается воздействию влаги, а также паров, находящихся в воздухе. Это обусловлено тем, что на поверхности этого металла образовываются оксидные пленки, обладающие защитным действием.

Температура же плавления предлагаемого припоя снижена за счет составления четвертной эвтектики выбранных компонентов.

Пайку осуществляют следующим образом.

Перед пайкой жало хорошо прогретого паяльника (температура жала должна быть около 200°C) зачищают и лудят припоем, пользуясь чистой канифолью. Затем место пайки приводится в соприкосновение с расплавленным припоем (например, касанием облуженного горячего паяльника или погружением в расплавленный припой). Если все сделано правильно, то деталь в месте контакта с припоем смачивается им. После охлаждения слой застывшего припоя должен быть блестящим, ровным, без не смоченных островков. Залуженные детали фиксируются в необходимом положении и прогреваются паяльником, и при необходимости вводится дополнительное количество припоя (капля на паяльнике, или касание нагретых деталей припойной проволокой). В изделиях высокой надежности, как правило, залуженные провода перед пайкой еще и скручиваются («должно держаться без припоя»). Спаиваемые поверхности должны быть неподвижны до полного отвердения припоя.

Пайка алюминия и его сплавов предлагаемым припоем очень технологична и легко выполнима. Пайка производится в обычной атмосфере, зачистка окисной пленки производится лезвием ножа или металлической щеткой. Прочность паяного шва не ниже прочности паяемых материалов. В процессе испытания паяного шва выявлено, что прочность предлагаемого припоя выше, чем у алюминия (при растяжении припаянного провода к алюминиевой пластинке порвалась проволока). Процесс пайки с точки зрения токсичности практически безвреден.

Припой изготавливают без доступа воздуха и в следующей последовательности: расплавляют олово соответствующего веса, потом в жидкое олово добавляют кадмий - расплавляют вместе, далее к полученному жидкому расплаву добавляют цинк и поддерживают температуру до получения однородной жидкой массы. К полученному жидкому расплаву из предыдущих трех компонентов добавляют никель и поддерживают температуру до получения соответствующего припоя.

Припой для пайки алюминия и его сплавов, содержащий олово, кадмий и цинк, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

олово	50-55
никель	0,2-1,5
кадмий	37-43
цинк	- остальное