Способ пайки графита с алюминием

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (i »854627

{61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 11.09.79 (21) 2818!00/25-27 с присоединением заявки № -— (23) Приоритет— (51) М. Кл., В 23 К 1/20

Гаеударстаеняык комитет

Опубликовано 15.08.81. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 25.08.81 (53) УДК 621.791..3 (088.8) по делам изобретений и открытии (72) Авторы изобретения

Б. Я. Кокушкин, Г. А. Кравецкий, В. В. Конокотин и Л. Т. Аникии (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ПАЙКИ ГРАФИТА С АЛЮМИНИЕМ

Изобретение относится к пайке, в частности к способам пайки графита с алюминием, и может быть использовано для соединения графитовых анодов, катодов алюминиевых и магниевых электролизеров к токоподводящим алюминиевым шинам, а также в электрометаллургии, авиационной и электротехнической промышленности.

Известен способ соединения графита с алюминием, включающий обезжирение и очистку соединяемых поверхностей, гальваническое покрытие соединяемых поверхностей слоем меди ; гальваническое покрытие слоем никеля толщиной 0,005 мм; флюсование, покрытие слоем олова, нагрев соединяемых деталей до температуры расплавления олова (288 †3 С), сдавливание соединяемых поверхностей с удельным давлением 55 кгс/см и охлаждение (1)

Недостатками этого способа являются низкая температура распая (232 С) и недостаточная жаропроч ность паяного шва.

Эти факторы не позволяют эксплуатировать спаянные детали при температурах, превы= шающих 100 — 150 С, например при использовании паяных анодов и катодов магниевых н алюминиевых электролизеров.

Известен также способ пайки графита с алюминием, при котором между соединяемыми поверхностями вводят промежуточную прослойку, производят флюсование, поджатие соединяемых поверхностей и нагрев.

В качестве прослойки используют пакет, состоящий из малоуглеродистой стали, меди и эвтектического сплава алюминия. Этот способ обеспечивает высокую жаропрочность паяного соединения (21.

Недостатком данного способа является сложность процесса пайки, требующего выдерживания. в паяемом шве заданного градиента температуры, обеспечивающего на. границе графит — прослойка 1150 — 1200 С, а на границе прослойка — алюминий

600 — 640 С. Сложность выдерживания при1S водит к снижению надежности паяных соединений и повышению процента брака.

Цель изобретения — повышение надежности паяных соединений и упрощение процесса пайки.

Поставленная цель достигается тем, что на графит плазменным напылением последовательно наносят слой ферросилиция и два слоя смеси ферросилиция с алюминием с весовым соотношением компонентов в

854627 слоях соответственно 1:(0,9 — 1,1) и 1:(3,5—

4,5), причем первый слой оплавляют.

Слой ферросилиция на графите предварительно оплавлен.

Сущность способа заключается в том, что использование в качестве промежуточной прослойки ферросилиция и его смеси с алюминием обеспечивает прочное сцеплениее соединяемых поверхностей при нагреве до температуры плавления эвтектики алюминий — кремний. Оплавление слоя ферросилиция способствует увеличению прочности связи прослойки с графитовой основой эа счет заполнения поверхностных дефектов графита (раковин, трещин, микропустот и т, п.) . .Применение промежуточных слоев между графитом и алюминием вызвано необходимостью устранения непосредственного контакта алюминия с графитом и образования нестабильных карбидов алюминия. Оплавление первого на графите слоя, состоящего из ферросилиция, приводит к образованию жидкоподвижной эвтектики

Железо — углерод, хорошо заполняющей поры графита и обеспечивающей тем самым при затвердевании сцепление с графитовой основой.

ВЫбор кремния в сплаве на основе железа вызван образованием звтектики кремний — алюминий с температурой плавления (577 С) не превышающей температуры плавления алюминия (600 С) . Отсутствие каких-либо превращений при нагреванин и охлаждении эвтектики Si — Ивплоть до температуры ликвидуса не вызывает дополнительных напряжений в зоне паяного шва.

Два слои покрытия с различным содержанием ферросилиция и алюминия необходимы для подавления возникающих напряжений в паяном соединении, вызванных разлйчными коэффициентами термического расширения (КТР) графита (5,5—

7,0 10 1/град) и алюминия (24,010 1/град).

Содержание в.двух наружных слоях 0,9—

I, I и 3,5 — 4,5 частей алюминия против 1 части ферросилиция обеспечивает экспоненциальное изменение величины КТР от графита к алюминию, что создает напряженность в паяном шве.

Процесс пайки осуществляется следующим образом.

На поверхность графитового изделия напыляют плазменным способом слой ферросилиция, например марки Си-75 толщиной

0,2 — 0,3 мм. Размеры частиц иапыляемого порошка 0,60 — 150 мкм в зависимости от типа плазм@трона и технологии напыления.

Полученное покрытие оплавляют на воздухе дугой, мощность которой обеспечивает полное расплавление слоя и не создает разбрызгивания (или сдува) материала покрытия с графитовой подложки, На оп@авлениое покрытие плазменным напылением наносят слой смеси ферросилиция с алюмннием, взятых в соотношении I: (0,9 — 1, I ) после этого напыляют смесь порошков фср росилиция и алюминия в соотношении ): (3,5

4,4). Внешний слой покрытия на графите ме ханически зачищают и покрывают слоем флюса ФЗ4А, обеспечивающим разрушение микропленки окислов алюминия в процессе пайки. Спаиваемая поверхность алюминиевой детали также зачищается и офлюсовывается. Между подготовленными и пайке поверхностями помещают прокладку фольги припоя типа силуминов (СИЛ-2; 34А или др)

После сдавливания с усилием 0,5 — 1,0 кгс/см через зону пайки пропускают электрический ток плотностью 2200 — 2400 а/см . После совместного разогрева спаиваемых деталей до

550 †6 С, что обеспечивает р 1сплавление припоя, и 2 — 3 с выдержки, пайку прекращают. Охлаждение деталей может производиться как при сохранении рабочего давления сжатия, так и без него. Общая продолжительность пайки с учетом подготовительных операций 12 — 16 ми.

Пример. Пайке подвергают образцы графита и алюминия, конфигурацию которых выполняют по ГОСТ-2470-75. Марка графита ГМЗ, алюминия ПА 4 (ГОСТ 6058 — 73).

23 При напылении используют ферросилиций

Си-75 (ГОСТ 1415 — 56), алюминиевый порошок ПА4 (ГОСТ 6058 — 73), припой состава 88/о АI и 12 /p Si (температура плавления 577 С) и флюс, содержащий 47o/o КСт.;

3{1

38о/о !.1® 10о/о CdCK и 5о/о Nal с температурой плавления 560 С.

На рабочий торец графитового образца напыляют плазменным методом i ëîé ферросилиция толщиной 0,2--0,3 мм. Нанесенный металлический слой оплавляют угольэ4 ным электродом, напряжение тона 30 В, сила тока !00 А, среда — воздух. На оплавленный слой напыляют последовательно два слоя смеси алюминия с отношением компонентов в смеси соответственно 1:(0,9 — I,l) и 1: (3,5 — 4,5) и толщиной слоев 0,005—

0,10 мм. После этого наждачной бумагой зачищают внешний иапыленный слой до появления блестящей поверхности. Рабочую поверхность алюминиевого образца также зачищают для снятия пленки окислов. Напы4э ленную поверхность и зачищенный торец алюминиевого образца покрывают слоем пастообразного флюса, толщина слоя флюса 0,01 — 0,05 мм. Офлюсова нные поверхйости соединяют, поместив между ними фольгу припоя толщиной 0,03 — 0,08 мм. Собранный образец сдавливают ие установке контактно-реактивной пайки, давление сжа тия — 0,5 — 1,0 кгс/см . После этого по образцу пропускают ток плотностью 1700 —.

1900 а/см . При появлении первых расплавленных капель припоя из зазора между образцами ток отключают, пайку прекращаI0T.

Способ позволяет получить высокую жаропрочность паяных соединений и умень854627

Формула изобретения

Составитель Ф. Конопелько

Редактор М. Бандура Техред А. БоАкас Корректор В. Снннцкв»

Заказ 6574/17 Тирам 1148 Подпнс нос

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам нзобретен»А и открытнА

l 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Фнднал ППП «Патента, г. Ужгород, уа Проектна», 4 шает процент брака за счет упрощения процесса пайки.

1. Способ пайки графита с алюминием, при котором между соединяемыми поверхностями вводят промежуточную прослойку, . производят флюсование, поджатие соединяемых поверхностей и нагрев, отличающийся тем, что, с целью повышения надежнос. ти паяных соединений и упрощения процесса пайки, на графит плазменным напылением последовательно наносят слой ферросилиция и два слоя смеси ферросилиция с алюминием с весовым соотношением компонентов в слоях соответственно 1: (0,9—

1,1) и I:(3,5 — 4,5).

5 2. Способ по и; l;.åãëïåàþùèäñÿ тем, что слой ферросилиция на графите оплавляют.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

l. Патент США № 2920385, кл. 29 — 472.7; опублик. 12.01.60.

2. Авторское свидетельство .СССР

Ьо заявке № 2743047, кл. В 23 К 104, 29.03.79.