Aluminium brazing and soldering

Мягкая пайка алюминия

 

 

В отличие от твердой пайки алюминия мягкая пайка алюминия применяет припои с температурой плавления ниже 450 ºС.  Температура плавления алюминия составляет 655-660 ºС.

(О твердой пайке алюминия см. здесь)

Способность к низкотемпературной пайке

Деформируемые алюминиевые сплавы

Все алюминиевые сплавы могут подвергаться низкотемпературной пайке. Однако на легкость и качество пайки влияют:

  • химический состав сплава
  • типа припоя
  • метод пайки.

Относительная способность к низкотемпературной пайке показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Относительная способность деформируемых алюминиевых сплавов к низкотемпературной пайке [1]

Литейные алюминиевые сплавы

В большинстве литейных сплавов содержится значительное количество легирующих элементов. Это увеличивает вероятность того, что эти элементы будут растворяться в припое, что снижает их смачиваемость, что важно для хорошей пайки.

Любая шероховатость или пористость на литой поверхности захватывают флюс и делают трудным его удаление.

Тремя литейными сплавами, которые относительно легко смачиваются припоем, являются сплавы 443.0, 443.2 и 356.

Другие металлы и неметаллы

Любые промышленные материалы, которые поддаются пайке могут соединяться пайкой с алюминием с применением подходящего флюса. В таблице 2 показана возможность пайки алюминия с различными другим материалами.

Таблица 1 – Способность алюминиевых сплавов к низкотемпературной пайке с другими металлами и неметаллами [1]


Мягкие припои

Припои для мягкой пайки алюминия подразделяют на:

  • низкотемпературные
  • среднетемпературные
  • высокотемпературные.

В таблице 2 приведен химический состав типичных мягких припоев для пайки алюминия. Общие характеристики мягких припоев включают:

  • интервал плавления (температуры солидуса и ликвидуса);
  • смачивающая способность;
  • тип применяемого флюса: активный, органический или один из них;
  • коррозионная стойкость припоя и шва после пайки.

Таблица 2 – Химический состав и свойства типичных припоев для мягкой пайки алюминия [1]

Низкотемпературные мягкие припои

Низкотемпературные мягкие припои плавятся и растекаются при температуре от 150 до 260 ºС. Они состоят преимущественно из низкоплавких металлов таких как:

  • олово,
  • свинец,
  • цинк,
  • кадмий,
  • а также иногда висмут.

Эти припои могут содержать также малые количества высокоплавких металлов, таких как алюминий, медь, никель и серебро.

Прочность низкотемпературных мягких припоев – совсем мягких – на сдвиг составляет всего 34 МПа. Точки плавления этой группы припоев начинаются с 110 ºС. Соединения алюминия, выполненные этими чересчур мягкими припоями, имеют относительно низкое сопротивление коррозии и поэтому редко применяются для применения под воздействием атмосферы или коррозионных сред.

Оловянно-свинцовые припои

Низкотемпературные оловянно-свинцовые припои подвержены ползучести. При достаточно высоких нагрузках они могут неожиданно разрушаться. Обычно соединение из припоя 60Sn-40Pb при растягивающей нагрузке 9600 кПа «лопается» через несколько часов. При снижении нагрузки до 690 кПа такой паяный шов простоит 165 дней. Поэтому эти припои применяют в основном только для герметизации, соединения скрученных проводов, а также для таких задач, как, например, удержание металлических кромок в каких-нибудь пазах.

Свинцово-оловянные припои

Бинарные свинцово-оловянные припои, которые обычно применяют для пайки меди, можно в принципе также применять и для пайки алюминия. Однако они представляют в применении определенные трудности. Образуемое соединение получается слабыми, и поэтому они редко применяются для алюминия. Свинец в одиночку почти не растворим в алюминии , а добавки олова лишь незначительно повышают его смачивающую способность. Свинцово-оловянные припои, разработанные специально для алюминия, обычно содержат малые количества цинка, кадмия и других металлов для улучшения смачивающей способности и текучести.

Оловянно-цинковые припои

Оловянно-цинковая эвтектическая смесь 91Sn-9Zn плавится при температуре всего лишь 199 °С, хорошо растекается и смачивает алюминий. Этот припой является самым коррозионно-стойким из всех низкотемпературных мягких припоев. Его прочность сравнима с прочностью среднетемпературных мягких припоев.

Среднетемпературные мягкие припои

Среднетемпературные мягкие припои плавятся температуре от 260 до 370 ºС. Они содержат преимущественно олово или кадмий в различном сочетании с цинком. Эти припои могут также содержать небольшие количества алюминия, меди, свинца, никеля или серебра. Поскольку эти припои содержат 30-70 % цинка, они хорошо смачивают алюминий и образуют более прочные и более коррозионно-стойкие соединения, чем низкотемпературные припои.

Среднетемпературные оловянно-цинковые припои проявляют высокую сдвиговую прочность – до 3800 кПа. Эти припои часто применяют для наружных швов, но для защиты от воздействия атмосферы их покрывают краской или аналогичными материалами. Оловянно-цинковые припои плавятся при температуре 290 °С и выше.

Высокотемпературные мягкие припои

Высокотемпературные мягкие припои плавятся между температурами 370 и 450 ºС. Они состоят из 90-100 % цинка и могут содержать 2-10 % алюминия и малые количества меди, железа, никеля или серебра. Эти добавки снижают температуру пайки, обеспечивают более широкий интервал плавления и улучшают смачиваемость алюминия припоем. Алюминий в цинко-алюминиевых припоях снижает их способность к межзеренному проникновению.

Высокотемпературные мягкие припои являются самыми прочными и самыми дешевыми из тех, которые применяются для пайки алюминия. Они также обеспечивают более высокую коррозионную стойкость по сравнению с низкотемпературными и среднетемпературными припоями. Чтобы обеспечивать высокое сопротивление коррозии эти припои должны иметь минимум таких примесей, как висмут, кадмий, свинец, олово и другие низкоплавкие металлы.

Припои на основе цинка

Припои на основе цинка могут содержать от 90 до 99,999 % цинка. Они обеспечивают самую высокую прочность из всех промышленных «мягких» припоев. Из прочность на сдвиг достигает 125 МПа и выше. Температура пайки у них выше, чем у всех других припоев – от 380 до 425 °С. Цинковые припои обеспечивают самую высокую коррозионную стойкость. Чем больше цинка в припое, тем выше его коррозионная стойкость.

Цинковые припои имеют особенно высокую коррозионную стойкость, когда они не содержат низкоплавких металлических примесей, таких как висмут, кадмий, свинец или олово. Небольшие количества меди, серебра, титана и других металлов добавляют в цинковые припои для улучшения их текучих и смачивающих свойств. В малых количествах эти элементы почти не снижают коррозионную стойкость цинковых припоев.

Чтобы снизить стремление цинка проникать между зерен некоторых алюминиевых  сплавов, в него добавляют алюминий. Однако добавки алюминия уменьшают коррозионную стойкость цинковых припоев, снижают их температуру плавления и пластичность.

Флюсы

Флюсы для низкотемператруной пайки алюминия бывают двух типов (таблица 3):

  • органические флюсы
  • хлор-содержащие неорганические солевые флюсы (реакционные).

Таблица 3 – Характеристики типичных флюсов для низкотемпературной пайки [1] 

Источник:

1. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996