Припой для пайки алюминия и его сплавов

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 8-13, медь 0,1-10, германий 1,5-8, железо 0,5-3, хром 0,1-2,1, марганец 0,5-3, кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, стронций 0,001-0,2, бериллий 0,001-0,1, титан 0,001-0,1, натрий 0,001-0,2 и ванадий 0,001-0,2, алюминий остальное. Суммарное содержание меди и германия не превышает 14 мас.%. Отношение содержания железа к марганцу составляет 1:1. Отношение содержания хрома к железу составляет от 1:1 до 1:1,2. При вакуумной пайке припой дополнительно содержит магний в количестве 0,1-1 мас.%. Изобретение обеспечивает понижение температуры плавления припоя, повышение прочности паяных конструкций, что позволяет увеличить срок их службы. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов.

Известен припой состава (мас. %): кремний 1-10, германий 4,6-25, стронций 0,001-0,01, церий 0,02-0,15, по меньшей мере один элемент из ряда: медь 0,03-40, цинк 0,03-40, серебро 0,03-5, алюминий - остальное (патент РФ 2441736, B23K 35/26, С22С 21/04, опубл. 10.02.2012), аналог. Кремний, германий, цинк, медь, никель обеспечивают снижение температурного интервала плавления припоя. Стронций является модификатором, способствующим измельчению выделений эвтектического кремния и повышению пластических свойств. Церий способствует связыванию водорода при литье и при прокатке фольги припоя улучшает технологические свойства и прочность за счет дисперсных фаз типа Al4Ce. Недостатками известного припоя является низкая механическая прочность паяных соединений.

Известен припой состава (мас. %): кремний 4-12, германий 4,6-25, стронций 0,003-0,01, церий 0,02-0,15, алюминий - остальное (патент РФ 2297907, B23K 35/28, С22С 21/02, опубл. 27.04.2007), прототип. В случае пайки данным припоем при температуре ниже 580°С механическая прочность паяных соединений снижается из-за недостаточных технологических свойств (смачивания припоем основного металла, растекаемости припоя).

Задачей изобретения является повышение прочности паяных соединений. Технический результат состоит в понижении температуры плавления припоя и улучшении технологических свойств (смачивания припоем основного металла и растекаемости припоя).

Технический результат достигается тем, что припой для пайки на основе алюминия, содержащий кремний, германий, стронций, дополнительно содержит медь, железо, хром, марганец и по меньшей мере один элемент из группы: кобальт, молибден, титан, ванадий, натрий и бериллий при следующем соотношении компонентов (мас. %):

кремний 8-13
медь 0,1-10
германий 1,5-8
железо 0,5-3
хром 0,1-2,1
марганец 0,5-3
кобальт 0,001-0,8
молибден 0,001-0,8
стронций 0,001-0,2
бериллий 0,001-0,1
титан 0,001-0,1
натрий 0,001-0,2
ванадий 0,001-0,2
алюминий основа,

причем суммарное содержание меди и германия не превышает 14 мас. %, отношение содержания железа к марганцу составляет 1:1, а отношение содержания хрома к железу составляет от 1:1 до 1:1,2.

При вакуумной пайке припой дополнительно содержит магний в количестве 0,1-1 мас. %.

Снижение температуры плавления достигается за счет совместного действия таких легирующих компонентов, как кремний, германий, медь.

При одновременном присутствии кремния и германия, образующих между собой непрерывный ряд твердых растворов, в сплаве формируется эвтектика Al-(Si,Cu), более низкотемпературная, чем эвтектика Al-Si. Однако германий снижает коррозионные свойства припоя вследствие образования фазы, содержащей германий и кремний. Удовлетворительный уровень коррозионных свойств сохраняется при содержании в припое германия до 8 мас. %.

Медь, наряду с кремнием и германием, эффективно понижает температуру плавления припоя. Одновременно медь снижает технологические свойства (смачивание основного металла). Из-за большой разности стандартных электродных потенциалов по сравнению с алюминиевой основой медь ухудшает коррозионные свойства паяных соединений. В связи с этим припой предпочтительно легировать германием в большем по сравнению с медью количестве. Для обеспечения удовлетворительных коррозионных свойств паяных соединений совместное легирование германием и медью должно составлять 12-14 (мас. %). Исходя из изложенного легирование припоя германием выбрано в пределах 1,5-8 мас. %, медью - от 0,1 до 10 мас. %, при суммарном содержании меди и германия, не превышающем 14 мас. %.

Железо и хром при совместном легировании в количестве 0,5-3 и 0,1-2,15 (мас. %) увеличивают прочностные характеристики при незначительном снижении пластических свойств металла. Это связано с тем, что они образуют сложный интерметаллид, кристаллизующийся в форме равноосных включений. Оптимальным отношением хрома к железу для формирования равноосных фаз является 1:1-1:1,2. При меньшем содержании хрома возможно образование грубых игольчатых фаз на основе железа. Избыток хрома приводит к формированию грубых фаз, содержащих хром.

Для предотвращения образования грубых фаз, содержащих кремний и железо, в сплав вводятся добавки марганца в количестве 0,5-3 мас. %, который связывает кремний и железо в фазу Al(Mn,Fe,Si), включения которой имеют вид китайских иероглифов и не влияют существенно на механические свойства припоя. Оптимальным соотношением железа к марганцу является 1:1. При избытке марганца возможно образование грубых фаз, содержащих марганец и хром.

Улучшению механических и технологических свойств припоя способствуют добавки модификаторов: натрия, стронция, титана, ванадия, церия.

Стронций и натрий измельчают выделения эвтектического кремния, германия и повышают пластические свойства. Обычно в эвтектические силумины вводится 0,001-0,2 мас. % стронция и/или натрия. Титан и ванадий в количестве 0,01-0,3 мас. % вводят для измельчения зерна α-твердого раствора на основе алюминия. Из условия предотвращения образования грубых интерметаллидов типа Al4Ti, Al4V и снижения пластичности количество титана в припое ограничено 0,1 мас. %, а ванадия - 0,2 мас. %.

Добавки кобальта и молибдена позволяют замедлить распад α-твердого раствора на основе алюминия и повысить механические свойства паяного соединения. Из-за крайне ограниченной растворимости в алюминии их содержание не должно превышать 0,8 мас. %. При большем содержании кобальт и молибден образуют грубые интерметаллидные фазы. При содержании в количестве, меньшем 0,001 мас. %, они не оказывают влияния на свойства припоя и паяных соединений. Наилучшие свойства обеспечиваются при содержании одного или обоих компонентов в сумме 0,18-0,25 мас. %.

Микродобавка бериллия в количестве 0,001-0,1 мас. % обеспечивает защиту расплавленного припоя от окисления, особенно в печах с воздушной атмосферой.

Включение магния в состав припоя требуется для проведения бесфлюсовой пайки в вакуумных печах. При вакуумной пайке разрушение плотной оксидной пленки на поверхности соединяемых деталей происходит за счет разрыхления под воздействием паров металла-активатора. Легко испаряющимся металлом-активатором (с температурой начала испарения ниже температуры плавления припоя) является магний. Добавки магния в количестве до 1 мас. % при нагреве до температур выше 400°С приводят к его испарению, разрыхлению оксидной пленки на его поверхности и поверхности паяемой детали и обеспечивают проникновение припоя к паяемым поверхностям.

Предлагаемый припой обеспечивает повышение уровня прочности паяного соединения при возможности проведения процесса пайки при температурах 550-580°С, что позволяет использовать в паяных конструкциях большинство современных конструкционных алюминиевых сплавов.

Примеры конкретного применения

Слитки припоя пяти предлагаемых составов (таблица 1) получали расплавлением чушки АК12 (Al-12Si) и введением в расплав германия, меди, марганца, железа, кобальта и лигатур хрома, молибдена, стронция, ванадия, бериллия, натрия и титана.

Слитки разрезали на заготовки, которые подвергались горячей и холодной прокатке до толщины 0,3-1,0 мм.

Для сравнительных испытаний использована фольга припоя-прототипа аналогичной толщины.

Пример 1. Пайка нахлесточных образцов из сплава 1915 припоями состава 1-3 с использованием флюса ФПА-1 осуществлялась по капиллярному зазору в печи с воздушной атмосферой. Температура пайки составляла 575-580°С, выдержка 10 мин. После пайки проводились испытания на разрыв (таблица 2). Предлагаемый припой позволяет повысить прочность паяных соединений по сравнению с прототипом как минимум на 20%. Непропай отсутствовал, в то время как часть образцов, паяных припоем-прототипом, разрушалась по дефектам шва, обусловленным недостаточной смачиваемостью припоем основного металла и растекаемостью припоя.

Пример 2. Пайка нахлесточных образцов из сплава типа 1915 припоем 4 с использованием флюса Ф34А осуществлялась с помощью газовой горелки. Нагрев проводился до полного расплавления припоя, охлаждение осуществлялось на воздухе. Испытания паяных соединений на разрыв установили, что прочность паяных соединений по сравнению с прототипом выше на 15%. Непропай отсутствовал в обоих случаях (см. таблицу 2).

Пример 3. Пайка в вакууме нахлесточных образцов из сплава АД31 припоем 5 в сравнении припоем-прототипом без использования флюса осуществлялась в вакуумной печи типа СГВ-2 при остаточном давлении в камере 10-3 Па. Выдержка при температуре пайки составляла 2 мин. При пайке припоем-прототипом в вакуумной печи было проведено размешивание навески магния Мг-90.

Испытания паяных соединений на разрыв установили, что прочность паяных соединений по сравнению с прототипом выше более чем на 50% (см. таблицу 2). Непропай отсутствовал, в то время как образцы, паяные припоем-прототипом, разрушались по непропаям.

Таким образом, применение предлагаемого припоя позволяет снизить температуру плавления припоя до 570°С, улучшить технологические свойства и обеспечить более высокую прочность паяной конструкции по сравнению с припоем-прототипом.

1. Припой для пайки алюминия и его сплавов, содержащий кремний, германий, стронций, алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь, железо, хром, марганец, по меньшей мере один элемент из группы, включающей кобальт, молибден, бериллий, титан, натрий и ванадий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремний 8-13
германий 1,5-8
стронций 0,001-0,2
медь 0,1-10
железо 0,5-3
хром 0,1-2,1
марганец 0,5-3

по меньшей мере один элемент из группы:
кобальт 0,001-0,8
молибден 0,001-0,8
бериллий 0,001-0,1
титан 0,001-0,1
натрий 0,001-0,2
ванадий 0,001-0,2
алюминий остальное,

причем суммарное содержание меди и германия не превышает 14 мас.%, отношение содержания железа к марганцу составляет 1:1, а отношение содержания хрома к железу составляет от 1:1 до 1:1,2.

2. Припой по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний в количестве 0,1-1 мас.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым наноструктурным сплавам на основе алюминия, содержащим медь и марганец, и может быть использовано для получения изделий, работающих при повышенных температурах.
Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag, предназначенных для использования в качестве высокопрочных конструкционных материалов в авиационно-космической промышленности.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным сплавам пониженной плотности с повышенной вязкостью разрушения на основе системы алюминий-медь-литий, и может быть использовано для изготовления элементов конструкций в авиакосмической промышленности, таких как лонжероны, балки, шпангоуты и т.д.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокоресурсным деформируемым термически упрочняемым свариваемым алюминиевым сплавам пониженной плотности с высокими характеристиками вязкости разрушения и прочности, в частности системы Al - Cu - Li, используемым в качестве конструкционных материалов в изделиях авиакосмической техники.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия, применяемых в качестве нагруженных деталей, длительно работающих при температурах до 300°C в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Алюминий-медный сплав для литья, содержащий по существу нерастворимые частицы, которые занимают междендритные области сплава, и свободный титан в количестве, достаточном для измельчения зернистой структуры в литейном сплаве.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым наноструктурным сплавам на основе алюминия и способам их получения для изделий, работающих при повышенных температурах.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в диапазоне температур до 350°С.
Изобретение относится к металлургии литейных сплавов, в частности к антифрикционным сплавам на основе алюминия, работающим в условиях трения скольжения. Антифрикционный сплав на основе алюминия содержит основные компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний - 12-15, медь - 3-5, алюминий - остальное, и имеет структуру, содержащую кристаллы эвтектического кремния глобулярной формы размером от 2 до 8 мкм.

Изобретение относится к продуктам из алюминиевых сплавов и способам их изготовления. .

Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления дисков автомобильных колес. Литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, марганец, железо, дополнительно содержит, мас.%: кремний 10,0-13,0, магний не более 0,15, железо не более 0,5, марганец не более 0,5, элементы-модификаторы для измельчения эвтектики из ряда Sb, Sr, Na, K, Ca в сумме не более 0,05, элементы-модификаторы для измельчения α-твердого раствора из ряда Ti, B, Zr, Sc в сумме не более 0,12, алюминий - остальное, при соотношении железа к марганцу 1:1.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в которой получают многокомпонентные металлические сплавы, содержащие алюминий, цинк и кремний. Способ включает размещение предварительно сформированной и содержащей соединения всех перечисленных выше элементов исходной сырьевой смеси во внутреннем объеме применяемого для ее переработки устройства.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в которой получают многокомпонентные металлические сплавы, содержащие алюминий и кремний. Способ включает размещение предварительно сформированной и содержащей соединения всех перечисленных выше элементов исходной сырьевой смеси во внутреннем объеме применяемого для ее переработки устройства.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и сплавов, в частности к кремнийсодержащим алюмоматричным композиционным сплавам антифрикционного назначения.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия системы Al-Si-Cu-Mg, применяемых в качестве базовых деталей агрегатов управления топливной системой в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к литейному производству. Алюминиевый сплав содержит, вес.%: кремний 8-11,6, марганец 0,8-1,9, железо 0,1-0,5, магний 0,2-0,7, бор 0,002-0,15, стронций 0,006-0,017, медь 0-0,25, цинк 0-0,35, титан 0-0,25, алюминий - остальное.

Изобретение относится к способам, специально предназначенным для изготовления или обработки микроструктурных устройств или систем, и может быть использовано при изготовлении композитных материалов.

Изобретение относится к способу изготовления многослойного материала для высокотемпературной пайки и может быть использовано, например, для изготовления тонких листов в теплообменниках.
Изобретение относится к области металлургии, в частности для получения пропиткой композиционных материалов, имеющих пористый углеграфитовый каркас, и может быть использовано для получения вкладышей радиальных и упорных подшипников, направляющих втулок, пластин, поршневых колец, щеток, вставок пантографов, токосъемников, а также в различных узлах и изделиях ракетно-космического назначения.

Изобретение относится к многослойной трубе и ее применению. Многослойная труба включает металлическую трубу с внутренней поверхностью и внешней поверхностью, первый полимерный слой, связанный с внешней поверхностью, и, предпочтительно, второй полимерный слой, связанный с внутренней поверхностью, и при этом металлическая труба изготовлена из алюминиевого сплава, содержащего, вес.%: Si от 1,5 до 2,45, Fe от 0,5 до 1,2, Mn от 0,5 до 1,2, Cu от 0,3 до 1, Mg от 0,04 до 0,3, Ti<0,25, Zn<1,2 и другие примеси или случайные элементы <0,05 каждого, включая Cr<0,05 и Zr<0,05, всего <0,25, а остальное - алюминий.

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в паяных конструкциях. Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций содержит, мас.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.: кремний 8-13, медь 0,1-10, германий 1,5-8, железо 0,5-3, хром 0,1-2,1, марганец 0,5-3, кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, стронций 0,001-0,2, бериллий 0,001-0,1, титан 0,001-0,1, натрий 0,001-0,2 и ванадий 0,001-0,2, алюминий остальное. Суммарное содержание меди и германия не превышает 14 мас.. Отношение содержания железа к марганцу составляет 1:1. Отношение содержания хрома к железу составляет от 1:1 до 1:1,2. При вакуумной пайке припой дополнительно содержит магний в количестве 0,1-1 мас.. Изобретение обеспечивает понижение температуры плавления припоя, повышение прочности паяных конструкций, что позволяет увеличить срок их службы. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

Наверх