Способ подготовки деталей под пайку


 

B23K103/10 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2569858:

Семенов Виктор Никонорович (RU)

Изобретение может быть использовано для подготовки деталей теплообменника из алюминиевых сплавов под пайку. Удаляют окисную пленку с поверхности деталей и наносят никелевое покрытие толщиной 5-7 мкм при температуре 85-90°C из раствора следующего состава, г/л: хлорид никеля 20-25, гипофосфит натрия 15-20, тиомочевина 0,001, борная кислота 5-15, молочная кислота 35-45. Далее проводят промывку в воде, сушку, нагрев до температуры 500±10°C в вакууме, выдержку при этой температуре в течение 10-20 мин и последующее охлаждение. При этом скорость нагрева и охлаждения составляет 10-15°C в минуту. Способ позволяет получить качественное формирование паяного шва и защиту паяного изделия от коррозии в условиях эксплуатации теплообменника за счет хорошего сцепления покрытия с подложкой с обеспечением смачивания припоем подложки и равномерного его растекания при пайке теплообменников. 1 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к разделу подготовки деталей теплообменника из алюминиевого сплава под пайку. Согласно предлагаемому изобретению подготовка включает нанесение никелевого покрытия на пластины и гофры теплообменника и последующую термообработку.

Известно множество способов нанесения покрытий, применение которых позволяет защитить паяные поверхности от окисления в процессе пайки. Кроме того, покрытие в одних случаях облегчает процесс пайки, а в других служит барьером, предотвращающим такое нежелательное явление, как появление трещин в металлах при пайке.

Нанесенные покрытия должны иметь прочное сцепление с паяемым материалом. При пайке и последующей работе паяного соединения покрытия не должны вздуваться и отслаиваться. Обычно используют следующие покрытия: медь, никель, серебро, кадмий, железо, олово, свинец и др.

К способам нанесения металлических покрытий относятся лужение натиранием или погружением, нанесение гальванических, химических, электроискровых покрытий, шоопирование, металлизационный способ сжигания покрытия, нанесение покрытия совместной прокаткой с паяемым металлом (плакировка), термовакуумный способ, нанесение покрытий в тлеющем разряде в ионизированном состоянии и др.

Однако всем этим способами свойственны недостатки, основной из которых - слабое сцепление (адгезия) между покрытием и подложкой (деталью). Кроме того, при лужении недостатком является сложность процесса нанесения покрытия и большая его трудоемкость. Недостатком при шоопировании является то, что оно наносится каплями. При этом капли металла могут окисляться. К тому же этим способом невозможно нанести покрытие в замкнутых объемах. Электроискровой способ малопроизводителен. Металлизационным способом невозможно нанести покрытие в замкнутых объемах. Плакировка не обеспечивает качество пайки, поскольку окислы Al2O3 на металле, вдавливаемые в металл и припой, при прокатке разрушаются и неравномерно происходит их накопление в зоне контакта металл-припой (см. Справочник по пайке под ред. И.Г. Петрунина, М., Машиностроение, 2003 г., с.250-252).

Также известны различные способы нанесения на изделия из алюминия и его сплавов никелевых покрытий из гипофосфитных растворов, например, раскрытых в авторских свидетельствах SU 130760, SU 1664873. Такие покрытия являются защитно-декоративными и в указанных документах не описывается их использование для подготовки деталей из алюминиевых сплавов под пайку и улучшения паяемости. Согласно авторскому свидетельству SU 1664873 никелевое покрытие на алюминиевые сплавы может быть нанесено в качестве подслоя под другие покрытия и позволяет проводить механическую обработку изделия, сопровождающуюся деформацией поверхности, например обжимку, развальцовку, без нарушения сплошности покрытия.

В авторском свидетельстве SU 1763523 описывается способ химического никелирования деталей из алюминия или его сплавов из гипофосфитного раствора в целях защиты от коррозии паяемых деталей, работающих в жестких климатических условиях. Однако в этом авторском свидетельстве нет указаний на то, что используемое никелевое покрытие оказывает какое-либо влияние непосредственно на процесс пайки.

В авторском свидетельстве SU 1657311 раскрыта подготовка под пайку корпусов СВЧ-модулей, выполненных из алюминиевых сплавов. Для улучшения смачиваемости и повышения стабильности паяемости перед пайкой на соединяемые детали наносят двухслойное покрытие с легированным подслоем на основе никеля. Компоненты внешнего слоя покрытия выбирают с меньшим сродством к кислороду, чем наиболее активный компонент легированного подслоя. Соотношение толщин слоев составляет 0,02-0,2. После нанесения внешнего слоя детали отжигают в интервале температур, при которых преобладает зернограничная диффузия легирующего компонента. Однако этот способ многостадийный и требует, помимо использования раствора химического никелирования, дополнительного нанесения гальванических покрытий поверх никелевого покрытия для подготовки деталей под пайку. Кроме того, в авторском свидетельстве SU 1657311 не раскрыта возможность использования данного способа для подготовки под пайку деталей теплообменников.

Предлагается способ подготовки деталей теплообменника из алюминиевых сплавов под пайку, включающий удаление окисной пленки с поверхности деталей, нанесение никелевого покрытия толщиной 5-7 мкм при температуре 85-90°C из раствора следующего состава, г/л: хлорид никеля 20-25, гипофосфит натрия 15-20, тиомочевина 0,001, борная кислота 5-15, молочная кислота 35-45, промывку в воде, сушку, нагрев до температуры 500±10°C в вакууме, выдержку при этой температуре в течение 10-20 мин и последующее охлаждение, при этом скорость нагрева и охлаждения составляет 10-15°C в минуту.

Задачей предлагаемого изобретения является создание технологии подготовки поверхности деталей теплообменника из алюминиевых сплавов под пайку.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения, заключается в повышении качества сцепления покрытия с подложкой, обеспечивающего смачивание припоем подложки и равномерное растекание припоя по подложке при пайке теплообменников, способствующего качественному формированию паяного шва и защите паяного изделия от коррозии в условиях эксплуатации теплообменника.

Для достижения технического результата после удаления окисной пленки с поверхности деталей теплообменника - пластин и гофр из алюминиевых сплавов, наносят на них химическим путем никель толщиной 5-7 мкм. Окисную пленку Al2O3 с поверхности деталей удаляют в растворе NaOH, затем детали промывают в воде.

Для нанесения никелевого покрытия используется химическое никелирование в кислых растворах, позволяющих повысить скорость осаждения никеля и понизить тем самым содержание фосфора в покрытии. Раствор, используемый для нанесения никеля, включает в себя сульфит никеля, гипофосфит натрия, тиомочевину, борную кислоту, молочную кислоту и цитрат натрия. Гипофосфит натрия применяется в качестве восстановителя. Содержание фосфора, который всегда имеется в гипофосфите, лимитировали до его концентрации, составляющей 7-10%. Такое содержание позволяло улучшить условия формирования паяного шва при пайке теплообменника. Указанные компоненты и их содержание обеспечивали экспоненциальный характер нанесения покрытия. Для обеспечения стабильности процесса в кислый раствор введена тиомочевина.

Затем осуществляют термообработку пластин и гофр при температуре 500±10°C в вакууме. Нагрев и охлаждение проводят со скоростью, не превышающей 10-15°C в минуту. Вертикальное размещение деталей из алюминиевого сплава, например, АМц, и медленная скорость нагрева позволяют равномерно прогревать детали по сечению и длине без деформации и, соответственно, изменения их геометрических размеров. Температура термообработки и выдержка обеспечивает плотность и чистоту покрытия благодаря испарению частиц влаги, находящихся в порах покрытия. Уплотнение покрытия достигается за счет процесса самодиффузии и взаимного обмена атомов алюминия и никеля между собой. Помимо этого, данный процесс приводит к достижению высокой адгезии между подложкой и никелевым покрытием. Никелевое покрытие обеспечивает не только защиту металла от коррозии, но и смачивание поверхности припоем и растекание припоя по подложке при пайке.

Обмен атомами между никелем и алюминием - элементом алюминиевого сплава, например, АМц - происходит благодаря сродству этих элементов. Об их сродстве свидетельствует диаграмма эвтектического состояния, эвтектика образуется при температуре 640°C (см. книгу Структуры двойных сплавов, М., Металлургиздат, 1962 г., с.135).

Скорость охлаждения, составляющая 10-15°C, позволяет сохранить прочное сцепление, полученное в процессе нагрева деталей и их выдержки. Кроме того, применение термообработки позволяет обеспечить твердость покрытия 9-10 ГПа при достаточной пластичности покрытия. Такая твердость и высокая плотность покрытия обеспечивают коррозионную стойкость паяного теплообменника. Следует заметить, что химическое покрытие в сравнении с гальваническим обладает большой устойчивостью к воздействию щелочей, органических кислот, влаги и т.д.

Ниже приведен пример осуществления предлагаемого способа.

Пример 1. Детали теплообменника - пластины и гофры, изготовленные из алюминиевого сплава АМц, в отожженном виде со снятой окисной пленкой поступают на покрытие никелем. Удаление окисной пленки Al2O3 с поверхности деталей осуществляют в растворе NaOH, затем детали промывают в воде. Для нанесения никелевого покрытия используется химическое никелирование в кислых растворах, позволяющих повысить скорость осаждения никеля и понизить тем самым содержание фосфора в покрытии. Состав гипофосфитного раствора включает (г/л): хлорид никеля 20-25, гипофосфит натрия 15-20, тиомочевина 0,001, борная кислота 5-15, молочная кислота 35-45; pH устанавливают равным 4,6-5, температура процесса 85-90°С, массовая доля фосфора в покрытии 7-10%.

Детали (пластины и гофры) с никелевым покрытием затем подвергали термообработке в печи с созданием вакуума 10-4 мм рт.ст., скорость нагрева и охлаждения составляла 10-15°C в минуту. При проведении термообработки устанавливали температуру 500±10°C, выдержка при ней составляла 10-20 минут. Детали подавали в печь в приспособлении вертикально подвешенными.

Контроль качества адгезии покрытия оценивали испытанием листового материала загибом на угол 90° до поломки образца. Случаев отслаивания покрытия не наблюдалось. Толщину никелевого покрытия контролировали с помощью металлографии, она находилась в заданных размерах - 5-7 мкм. Коррозионную стойкость покрытия оценивали путем испытаний листа с покрытием в искусственно созданной коррозионной среде, а также по данным поведения никелевого покрытия в естественных условиях их эксплуатации. Средой для испытаний служил паровой туман, созданный при испарении воды с растворенной поваренной в ней солью NaCl.

Нанесение никелевого покрытия было апробировано на множестве экспериментов, как на модельных, так и на натурных сборочных единицах. В результате было установлено, что использование никелевого покрытия обеспечивает полное растекание припоя по паяемым поверхностям и способствует формированию качественного паяного шва. Об этом свидетельствуют шлифы, вырезанные из паяного соединения и их металлографический анализ. Установлено, что паяный шов плотный, без пор и раковин.

Способ подготовки деталей теплообменника из алюминиевых сплавов под пайку, включающий удаление окисной пленки с поверхности деталей, нанесение никелевого покрытия толщиной 5-7 мкм при температуре 85-90°C из раствора следующего состава, г/л: хлорид никеля 20-25, гипофосфит натрия 15-20, тиомочевина 0,001, борная кислота 5-15 и молочная кислота 35-45, промывку в воде, сушку, нагрев до температуры 500±10°C в вакууме, выдержку при этой температуре в течение 10-20 мин и последующее охлаждение, при этом скорость нагрева и охлаждения обеспечивают 10-15°C в минуту.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению покрытий на металлических поверхностях. В способе на стальную поверхность наносят многослойное покрытие, в котором в качестве нечетных слоев наносят слои никель-фосфор, а в качестве четных кобальт-фосфор.
Изобретение относится к области химической металлизации поверхности металломатричных композиционных материалов, в частности металломатричного композиционного материала алюминий-карбид кремния.

Изобретение относится к способу изготовления электродов с пористым никелевым покрытием для щелочных электролизеров воды путем нанесения никелевого порошка из гальванической ванны с добавками низкомолекулярных спиртов на поверхность никелевой просечно-вытяжной сетки.
Изобретение относится к области нанесения композиционных никель-фосфорных покрытий на стальные детали методом химического осаждения. Раствор содержит, г/л: никеля дихлорид 10-15, янтарная кислота 12-15, натрия фторид 2-3, натрия гидроксид 4-6, натрия гипофосфит 17-20, интеркалированный медью полититанат калия 6-10, остальное - вода.
Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий на стальные детали методом химического осаждения и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий на стальные детали методом химического осаждения и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других областях промышленности.
Изобретение относится к области нанесения композиционных покрытий методом химического осаждения с целью повышения износостойкости стальных изделий и может найти применение в машиностроении, химической промышленности.
Изобретение относится к области нанесения композиционных никель-фосфорных покрытий на стальные изделия методом химического осаждения и может быть использовано в машиностроительной промышленности.
Изобретение относится к получению светопоглощающего покрытия и может быть использовано при изготовлении элементов оптико-электронных приборов, систем пассивной термической защиты космических аппаратов, шторок телескопов и солнечных коллекторов.

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано при химическом никелировании стальных деталей. .

Способ может быть использован для высокотемпературной пайки поверхности (10) металлической подложки (12), имеющей пассивный слой (18) оксида металла. Активируют упомянутую поверхность (10) металлической подложки (12) посредством пескоструйной обработки порошковыми частицами (14) активирующего материала.
Изобретение относится к пайке и может быть использовано, в частности, для изготовления композиционного катода из тугоплавких материалов, используемого для вакуумного нанесения тонкопленочных покрытий различного функционального назначения в отраслях машиностроения, микроэлектроники, приборостроении, электротехнике.
Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при изготовлении и ремонте сопловых лопаток ГТД с дефлектором и охлаждающими отверстиями, расположенными как на пере лопатки, так и на торце бандажных полок, а также при пайке деталей, где требуется строгое ограничение растекания припоя в процессе пайки.
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. .

Изобретение относится к способам крепления деталей к теплообменнику, а именно: к способам крепления сменных и/или расходных деталей с обеспечением эффективного теплового и электрического контакта с теплообменником.
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано преимущественно при изготовлении непроволочных цилиндрических резисторов на операции лужения никелированных медных выводов.
Изобретение относится к производству ювелирных цепей и может быть использовано в технологии пайки цепей из сплавов золота. .
Изобретение относится к производству ювелирных цепей и может быть использовано в технологии пайки цепей из сплавов золота. .

Изобретение может быть использовано при изготовлении теплообменника из алюминия или его сплавов, состоящего из чередующихся между собой пластин и гофр. На детали теплообменника наносят покрытие, служащее припоем.
Наверх