Как производится пайка алюминия?

ПАЙКА АЛЮМИНИЕВЫХСПЛАВОВ

Простая газовая горелка

Алюминийсочетает весьма ценный комплекс свойств:малую плотность, высокие теплопроводностьи электрическую проводимость, высокуюпластичность и высокую коррозионнуюстойкость. Он легко поддается ковке,штамповке, прокатке, волочению.

Обладаябольшим сродством к кислороду, алюминийна воздухе покрывается тонкой, но оченьпрочной плёнкой оксида алюминия Al2O3,защищающей металл от дальнейшегоокисления и обусловливающей его высокиеантикоррозионные свойства. Прочностьокисной плёнки и защитное действие еёсильно убывают в присутствии примесейртути, натрия, магния, меди и др.

Трудностипайки алюминиевых сплавов связаныпрежде всего с физико-химическимисвойствами алюминия и высокой стойкостьюего оксида. Пайка алюминия имеет следующиеособенности­­­­:

Паяльник мощностью 300 Вт

поверхность алюминия всегда покрыта тугоплавким (Тпл=2045С), химически и термически стойким оксидом, который препятствует контакту расплавленного жидкого припоя с поверхностью алюминия;алюминий имеет сравнительно низкий отрицательный электродный потенциал, что снижает коррозионную стойкость паяного соединения при воздействии окружающей среды;склонность алюминия и его сплавов к нежелательным металлургическим взаимодействиям при повышенных температурах (оплавление границ зерен, значительная химическая эрозия в расплавах припоев, образование хрупких интерметаллидов и т. д.); алюминий обладает высокой теплоемкостью – теплоемкость алюминия в интервале температур 0-300С составляет 0,953 кДж/кгС, т.

е. в 2,5 раза выше теплоемкости меди в этом интервале температур, поэтому при пайке изделий из алюминия требуются достаточно мощные источники теплоты для нагрева изделий, что приводит к образованию широкой зоны разогрева и значительным деформациям паяемых изделий;алюминий и его сплавы имеют большой относительный коэффициент линейного расширения, который в интервале температур 20-400С равен 26,510-6С-1(для железа 13,910-6С-1 ), это вызывает значительную деформации изделия при нагреве под пайку и накладывает дополнительные трудности при получении точных размеров, так как оснастку для пайки алюминиевых сплавов обычно выполняют из коррозионно-стойких аустенитных сталей или нихромовых сплавов, коэффициент линейного расширения которых существенно отличается от коэффициента линейного расширения алюминиевых сплавов;флюсы, применяемые при пайке алюминия и его сплавов, в большинстве своем вызывают активную коррозию паяемых материалов, поэтому остатки их должны быть тщательно удалены после пайки;многие припои, обеспечивающие высокую механическую прочность паяных соединений из алюминиевых сплавов и коррозионную стойкость, являются сплавами на основе алюминия, поэтому в отличие от пайки большинства других металлов разность между температурой пайки и температурой, при которой паяемый металл может разрушаться под действием собственного веса, сравнительно мала. Так, пайку эвтектическим силумином ведут при температуре 610С, а температура начала плавления наиболее широко применяемых для пайки сплавов АМц и АМг составляет 640С и 630С соответственно, это накладывает жесткие требования к соблюдению температурного режима при пайке и технологическому процессу.

Основнаятрудность при пайке алюминия связанас наличием на его поверхности тонкой,самовосстанавливающейся пленки изтугоплавкого и химически инертногооксида, которая препятствует контактурасплавленного припоя с поверхностьюпаяемого металла.

Рекомендуемый флюс для паки при высокой температуре

Алюминийимеет высокое сродство к кислороду.Протекающая поверхностная реакцияокисления фактически прекращаетсячерез 1 час, в результате образуетсяпленка окисла толщиной 2,5-5,0 нм, а вприсутствии влаги она может составлятьдо 10 нм. Дальнейшее окисление алюминиятормозится, так как образовавшаясяпленка надежно изолирует металл откислорода.

Температура плавления α-Al2O3составляет 2045°С, температура кипенияравна 2980°С.

Давление паров α-Al2O3при температуре его плавления равно45,5∙10 Па; давление диссоциации α-Al2O3при температуре 2000°С – 1.33∙10-3Па,т. е. оксид Al2O3практически не восстанавливается виспользуемых для этой цели газообразныхсредах и не испаряется при пайке.

Флюс отечественного производства

Наличиеокисной пленки на поверхности алюминияи его сплавов препятствует взаимодействиюс ней расплавленного припоя и приводитк возникновению непропаев, окисных игазовых включений, что мешает получениюкачественных паяных соединений.

Другимзатруднением при пайке алюминия и егосплавов является отрицательныйэлектродный потенциал алюминия поотношению к большинству других металлов,что ограничивает выбор состава припоядля обеспечения коррозионной стойкостипаяной конструкции.

Дляповышения коррозионной стойкости всостав припоев вводят Zn.По мнению Дж.Д. Дауда положительноевлияние Znобусловлено улучшением соотношенияпотенциалов паяемого металла и шва.Однако при этом важную роль играютпроцессы пассивирования, т.е. образованияоксидной пленки на контактирующихповерхностях металлов, тормозящиеразвитие коррозии.

«Aluminium-13» производства компании Chemet

Следующейтрудностью при пайке алюминия являетсяего склонность к нежелательнымметаллургическим взаимодействиям приповышенных температурах (оплавлениеграниц зерен, значительная химическаяэрозия в расплавах припоев, образование хрупких интерметаллидов и т. д.), посколькус большинством легкоплавких элементов,составляющих основу легкоплавкихприпоев (Sn,Pb,Cd,Bi,In,Li,Na),он образует монотектические диаграммысостояния, с весьма слабой взаимнойрастворимостью компонентов (кромецинка, образующего с алюминием эвтектикупри температуре 382°С и широкую областьтвердых растворов со стороны алюминияи олова). Поэтому низкотемпературнаяпайка алюминия и его сплавов применяетсявесьма ограниченно.

Всеперечисленные выше особенностиобуславливают жесткие ограничения навыбор технологии пайки (выбор составаи способа введения припоя в паяемыезазоры, способы нагрева и активациипаяемых поверхностей).

Постоянноприсутствующая на поверхности алюминияи его сплавов прочная пленка оксидаалюминия должна быть удалена непосредственноперед пайкой. Кроме того, на поверхностяхсоединяемых алюминиевых деталей,подлежащих пайке, всегда имеются частицыи вещества, оставшиеся после обработкидавлением или резанием (стружка,технологические жидкости), а также пыльи грязь, осевшие при транспортировке ихранении.

Припой отечественного производства – ЦОП-40

Подготовкаповерхностей соединяемых деталей имеетважное значение, поскольку от этогозависит результат всего процесса пайки.

Очисткадолжна быть проведена непосредственноперед сборкой и пайкой, поскольку наповерхности алюминия мгновенно образуетсяпленка его оксида в виде слоя толщиной< 0,5 нм. Поэтому, помимо предварительнойподготовки, требуется разрушение Al2O3втечение самого цикла пайки.

Загрязненияи жир удаляют обезжириванием паром и(или) с применением любого растворителя.Толстые слои окислов обычно удаляютмеханическим или химическим способом.

Механическийспособ наиболее простой, позволяетнадежно удалить окислы различнойтолщины, особенно с контактных поверхностейнебольшой площади и при ремонтныхработах. Механическую очистку поверхностиалюминиевых деталей и припоя проводятметаллической щеткой или шлифовальнойшкуркой, а также ультразвуком под слоемрасплавленного припоя.

Химическиеспособы применяют в тех случаях, когданужно очистить от окислов большоеколичество деталей или когда форма иконфигурация очищаемых деталей исключаютвозможность применения механическихсредств. Химическая очистка (травление)сравнительно недорога, быстра и надежна.

Длятравления алюминия его сплавов используюти щелочи, и кислоты.

Щелочи более активны,поэтому их чаще применяют для удаленияокислов. Однако при их использованиина поверхности материала остается шлам,образованный компонентами сплава, невзаимодействующими с травильнымраствором. Поэтому для его удаленияметалл погружают в кислоту – эта операцияназывается осветление.

Очищенныедетали следует подвергать пайке непозднее чем через 12 часов после обработкиповерхности.

Основнымнедостатком химических способов очисткиповерхности с использованием щелочейи кислот является низкая экологичностьэтого процесса. В настоящее время ведутсяактивные исследованиях области разработкиновых, экологически чистых составовдля удаления с поверхности алюминияоксидной пленки.

Припои

Припои,применяемые для пайки алюминия и егосплавов, можно разделить на три группы.

1.Легкоплавкие припои на основе олова,свинца, кадмия с температурой плавленияниже 300°С.

Эти припои обладают низкойпрочностью и образуют соединения снизкой коррозионной стойкостью, требующиеспециальных защитных покрытий откоррозии. Перед пайкой необходимопредварительное облуживание соединяемыхповерхностей. Пайку в основном производитвручную электропаяльником или вультразвуковых ваннах с расплавленнымприпоем.

2.Припои на основе цинка, обладающиедостаточно высокой прочностью иявляющиеся относительно коррозионностойкими,с температурой плавления в интервале300-450° С. Пайка ими может применяться длялюбых алюминиевых сплавов. Способыпайки: абразивная, ультразвуковая,флюсовая с нагревом горелкой, в печах.Области применения: исправление бракаалюминиевого литья, электромонтажныесоединения, пайка листового алюминия,в том числе с другими металлами(оцинкованной сталью, медью).

Кнедостаткам данных припоев относитсянизкая пластичность, что обуславливаетих применение в виде прутов, паст,расплавов для пайки окунанием, а такжеплохая способность к растеканию изатеканию в зазор, склонность к эрозиипаяемого металла.

3.Припои на основе алюминия, обеспечивающиевысокую прочность паяных соединений ивысокую коррозионную стойкость, стемпературой плавления в интервале450-630°С.

Способыпайки алюминия.

Пайкуалюминия можно осуществлять практическивсеми известными способами, но не всеони пригодны в условиях серийного имассового производства.

Низкотемпературнаяпайка применяется для алюминия и егосплавов достаточно широко. Полученныесоединения, как правило, имеют невысокиепрочностные характеристики. Такую пайкупроводят обычно оловянно-цинковыми,кадмиево-цинковыми и цинковыми припоями.

Соединенияиз алюминия и его сплавов, паяныелегкоплавкими припоями на основе оловаили олова со свинцом, имеют низкуюкоррозионную стойкость. Для снижениясклонности к коррозии в легкоплавкиеприпои вводят цинк.

Однако, соединения,паяные цинковыми припоями с повышеннымсодержанием примесей олова, свинца,сурьмы, кадмия склонны к развитию впаяных швах межкристаллитной коррозии.Кроме того, цинковые припои склонны кмежзеренной и общей химической эрозиипаяемых алюминиевых сплавов. Дляустранения негативных явлений в составтаких припоев дополнительно вводят внебольших количествах алюминий, хром,галлий и т. п.

Дляполучения ответственных высокопрочныхсоединений наиболее широко применяетсявысокотемпературная пайка алюминия.Для этой цели применяют главным образомготовые припои на основе алюминия Al-Si,Al-Zn,Al-Cu-Si,Al-Mg-Si,а также контактно-реактивные флюсы.

Трудности,связанные с пайкой некоторых алюминиевыхсплавов и удалением оксидной пленки,могу быть устранены предварительнымнанесением на контактные поверхностиметаллических покрытий, обеспечивающихпайку труднопаяемых алюминиевых сплавов.Эти покрытия предотвращают межкристаллитноепроникновение припоя в основной металл,возникновение высокого электродногопотенциала припоя в паре с основнымметаллом или образование химических соединений. В качестве покрытий,обеспечивающих надежное смачивание иустранение указанных явлений, используютчистые металлы (Sn, Zn, Al, Cu, Ni, Ag и др.) иприпои. В этом случае механическаяпрочность паяемого соединения лимитируетсяпрочностью сцепления основного металлас металлом покрытия.

Предварительноенанесение металлических покрытийосуществляют лужением (абразивным илиультразвуковым), плакированием, напылениемили гальваническим методом. Широкоприменяют алюминий, плакированныйсилуминовыми сплавами (АПС, АМцПС).

Флюсоваяпайка.

Флюсоваявысокотемпературная пайка алюминия иего сплавов готовым припоем может бытьвыполнена с локальным нагревом в пламенипаяльных ламп, горелок, токами высокойчастоты и общим нагревом в печах ипогружением в флюсовые ванны.

Дляпайки с локальным нагревом, как правило,используют флюсы типа 34А (NaF– 9…11%, ZnCl2– 8…12%, LiCl– 29…30%, KCl– 54…56%).

Дляпайки алюминия с общим нагревом используютпечи с воздушной и защитной атмосферой.Пайка осуществляется путем нагревадеталей с заранее нанесенными на нихприпоем и флюсом.

Припайке в воздушных печах чаще всегоиспользуют флюсы Ф5 (KCl–44-46%, LiCl–37-39%, NaF–9-11%, SnCl2–3%, CdCl2–4%), температура пайки – выше 500°С, Ф124(KCl–41,2%, LiCl–22,8%, NaF–6,1%, NaCl–21,9%,ZnCl–8%), 34А, ТПИ-3. Флюсы можно наносить в видеспиртовой пасты, а последние два погружением в водный раствор флюса.

Болееэффективен метод флюсовой печной пайкиалюминиевых изделий в контролируемойатмосфере, состоящей из полностьюобезвоженного «сухого» воздуха илиочищенного инертного газа, что позволяетуменьшить количество используемогофлюса в 6-10 раз.

Наиболееотработанным способом на сегодняшнийдень является процесс пайки алюминиевыхизделий в соляных ваннах. При пайке всоляных ваннах припой чаще всего наносятв виде плакирующего слоя на поверхностипаяемых деталей. При пайке теплообменниковхорошо себя зарекомендовал флюс состава,%: NaCl – 18…22, KCl – 33…37, LiCl – 9…11, KF, CaCl2 –23…27, температура пайки 600-610°С, припой– эвтектический силумин.

Основнымнедостатком всех способов флюсовойпайки является высокая коррозионнаяактивность применяемых флюсов, чтотребует их тщательного удаления споверхности изделия после пайки.

Насегодняшний день наиболее перспективнымнаправлением развития флюсовой пайкиявляется использование сложных флюсовна основе алюмокалиевых фтористых солейKAlF4– K3AlF6.Температура плавления таких флюсовнаходится в интервале 835–875 К и ниже. Врасплавленном состоянии они активны,а в твердом состоянии остаткинегигроскопичны, малорастворимы в воде,коррозионнонеактивны, что позволяетисключить операцию отмывки флюса изтехнологического процесса.

Крометого, в настоящее время происходитактивная замена флюсовой пайки на болееэкологически чистую бесфлюсовую пайку.

Бесфлюсоваяпайка.

Низкотемпературнаябесфлюсовая пайки алюминия и его сплавовоснована механическом удалении оксиднойпленки с поверхности изделия. Основнымиспособами низкотемпературной бесфлюсовойпайки являются абразивная, ультразвуковаяи абразивно-кавитационная пайка.

Пайкаалюминия без применения флюсов возможнапри нагреве паяемого металла вбезокислительной среде (вакуум, инертныегазы), что позволяет сохранить малуютолщину слоя окисла, возникшего послепредварительного травления, и способностьк нарушению его сплошности при нагреве.

Вслучае использования защитных газов(азот, аргон, гелий и др.) бесфлюсоваяпайка возможна при точке росы не выше–60°С и содержании кислорода не более0,002 %. В этом случае в припои системыAl-Si(в виде плакировки) рекомендуется вводитьв микроколичествах специальные присадки,например Li,Ca,Mg,Bi,Sb,Baи др.

Эти поверхостно-активные элементыснижают поверхностное натяжениенекоторых припоев на основе алюминия,уменьшает его вязкость, улучшаетсмачиваемость и затекание припоя взазор, обеспечивая проведение бесфлюсовойпайки в атмосфере аргона чистотой99,95%. Известна технология пайкикрупногабаритных теплообменников всреде аргона, при которой нагрев собраннойпод пайку конструкции производится вкамере потоком циркулирующего газа. Впроцессе нагрева производитсядополнительная очистка газа с помощьюнераспыляемого геттера.

Недостаткитехнологии пайки в среде инертных газов– использование оборудования для ихосушки и дополнительные затраты на газ.

Болеешироко применяется технологиявысокотемпературной пайки в вакууме.Первоначально пайку проводили в условияхвысокого вакуума (10-3–10-4Па) при одновременном приложенииопределенного усилия осадки в местеконтакта. Обеспечение минимальногозазора и приложение сжимающего усилияв месте контакта паяемых деталей являетсянеобходимым условием для качественногоформирования паяного соединения привакуумной пайке. Современная технологияпредусматривает использование высокоговакуума с остаточным давлением 10-2– 10-3Па и введение паров магния в рабочийобъем камеры.

Положительноевлияние магния на паяемость алюминиябыла обнаружена К.

Дж. Миллером в начале60-х годов. Существует два мнения поповоду действия магния:

– рольмагния сводится главным образом кочистке вакуумированного пространствапечи (2MgO+ O2= 2MgO и Mg+ H2O= MgO+ H2)и частичному восстановлению алюминияиз окисной пленки (Al2O3+3Mg= 3MgO+ 2Al);

–известно,что в системе Al-Si-Mgобразуются две эвтектики: богатаякремнием с температурой плавления 550°Си богатая магнием с температуройплавления 450°С. Возможность веденияпроцесса пайки алюминия силумином впарах магния при 560°С доказывает наличиепри этом контактного твердо-газовогоплавления.

Магнийнаиболее часто вводят в зону пайки вкомпактных заготовок, или путемиспользования плакированных алюминиевыхлистов, содержащих 0,2-2,0% Mg.

Прибесфлюсовой вакуумной пайке алюминияповышается коррозионная стойкостьизделий, снижается себестоимостьпроизводства и расширяются возможностиизготовления паяных конструкций сложнойформы, имеющих замкнутые каналы, которыедовольно трудно очистить при флюсовойпайке.

Повыситьпроизводительность вакуумной пайкиможно применением многокамерныхпроходных печей непрерывного действия.Такие печи могут иметь от трех до семикамер: для подсушивания изделия, созданиявакуума, предварительного нагрева,пайки, напуска инертного газа и охлаждения.

Кромеэтого повысить производительностьпроцесса можно путем перехода на болеенизкий вакуум. Величина остаточногодавления при вакуумной пайке характеризуетколичество остаточного кислорода ивлаги. Поэтому при увеличении остаточногодавления для сохранения низких значенийпарциальных давлений кислорода (Ро2)и воды (Рн2о)необходимо использовать геттеры, активнопоглощающие О2и H2Oпри температуре пайки.

Применение толькопаров магния в условиях форвакуума недает положительного эффекта из-заокисления источников паров, вследствиечего процесс испарения нарушается иможет прекратиться. В качественеиспаряющегося геттера могут применятьсятитан или цирконий. Например, разработанатехнология пайки высокоактивныхметаллов, при которой пайка ведется вспециальном вспомогательном контейнерес затвором, уплотняемым неиспаряющимсягеттером – измельченной титановойгубкой, которая при температурах500-550°С начинает активно поглощать восновном кислород, частично азот идругие газы, снижая парциальное давлениеО2и H2Oи создавая внутри контейнерабезокислительную атмосферу, обеспечивающуюкачественную пайку Al-сплавови Ti-сплавовпри Рост≈0,1-10 Па.

Для пайки алюминияобычными оловянно-свинцовыми припоями ПОСможет быть рекомендован метод, предложенный зарубежными радиолюбителями и проверенный автором этой заметки, заключающийся в следующем.

На алюминийв мосте пайки наносится жидкое минеральное маслои поверхность алюминия под слоем масла зачищается скребком или лезвием ножа для удаления имеющейся пленки окиси.

Припой наносится хорошо нагретым паяльником. Для пайки тонкого алюминия достаточна мощность паяльника 50 вт, для алюминия толщиной 1 мм и более желательно применение паяльника мощностью 90 вт. Если припой не пристал к металлу, процесс облуживания необходимо повторить.

Лучшие результаты получаются в случае применения щелочного масладля чистки оружия после стрельбы, хорошее и удовлетворительное качество пайки обеспечивают минеральное маслодля швейных машин и точных механизмов, вазелиновое масло и масло «Универсал».

Припойдолжен содержать не менее 50% олова, наиболее удобным для работы является легкоплавкийприпой ПОС-61 (ПОС50, ПОС61, ПОС90). Припой ПОС-30 не обеспечивает хорошего качества пайки.

При пайке алюминия толщиной 2 мм место пайки перед нанесением масла желательно предварительно прогреть паяльником.

Данный метод можно применять для припаивания монтажных проводов к корпусам электролитических конденсаторов, не нарушая их работоспособности.

Те, кому приходилось хотя бы раз иметь дело с алюминием, знает, насколько трудно он поддается лужению и пайке. В обычных условиях поверхность алюминиевых деталей покрыта тонкой и прочной оксидной пленкой. Разрушенная пленка сразу же восстанавливается благодаря кислороду воздуха.

Делается это так. Место стыка хорошо прогреваем и покрываем слоем канифоли.

Затем набираем на жало паяльника немного оловянно-свинцового припоя, смешанного с железными опилками, и круговыми движениями жала залуживаем разогретое место. Опилки разрушают окисную пленку, и алюминий, защищенный канифолью и потому не успевающий снова окислиться, прочно связывается с припоем. Необходимо только следить за тем, чтобы паяльник не перегревался и не сжигал канифоль.

Пайка алюминия припоем П250А.

Припой содержит 80% олова и 20% цинка. Коррозионная стойкость паяных швов, выполненных припоем П250А, несколько ниже, чем выполненных оловынно-свинцовыми припоями.

Флюс представляет собой смесь олеиновой кислоты и йодида лития. Йодид лития (2-3гр) помещают в пробирку или колбу и добавляют 20 мл (около 20гр) олеиновой кислоты (в состав флюса может входит от 5 до 17% йодида лития).

Смесь слегка подогревают до полного растворения соли. Готовый флюс сливают в чистую стеклянную посуду и охлаждают. Если используется водная соль лития, то при ее растворении на дно пробирки опускается слой водной смеси, а флюс всплывает, и его осторожно сливают.

Перед пайкой жало хорошо прогретого паяльника (температура жала должна быть около 350 °С) зачищают и лудят припоем П250А, пользуясь чистой канифолью. Соединяемые поверхности деталей смачивают флюсом, лудят и паяют. После охлаждения остатки флюса удаляют тампоном из ткани, смоченным в спирте, и покрывают шов защитным лаком.

Флюс в процессе пайки не выделяет токсичных или обладающих резким запахом веществ.С ткани и кожи рук он легко смывается водой с мылом.

Пайка алюминия и его сплавов

К известным методам пайки алюминий я предлагаю добавить еще один, очень простой. Зачищенное и обезжиренное место пайки покрывают с помощью паяльника тонким слоем канифоли, а затем сразу же натирают таблеткой анальгина (бенальгина).

После этого облуживают поверхность припоем ПОС-50 (или близким к нему), прижимая к ней с небольшим усилием жало слегка перегретого паяльника. С облуженного места ацетоном смывают остатки флюса, еще раз осторожно прогревают и снова смывают флюс. Спаивание деталей производят обычным образом.

Существует распространенное убеждение, согласно которому невозможно паять или лудить алюминий (а также сплавы на его основе) не имея для этого спецоборудования.

В качестве аргумента приводится два фактора:

    при контакте с воздухом на поверхности алюминиевой детали образуется химически стойкая и тугоплавкая оксидная пленка (AL2O3), в результате чего создается препятствие для процесса лужения;процесс пайки существенно осложняется тем, что алюминий расплавляется при температуре 660°С (для сплавов это диапазон в пределах от 500 до 640°С). Помимо этого металл теряет прочность, когда в процессе нагрева его температура поднимается до 300°С (у сплавов до 250°С), что может вызвать нарушение устойчивости алюминиевых конструкций.

Учитывая приведенные выше факторы, осуществить пайку алюминия обычными средствами действительно невозможно. Решить проблему поможет применение сильнодействующих флюсов, в сочетании с использованием специальных припоев. Рассмотрим подробно эти материалы.

Припой

Обычно в качестве основы легкоплавкого припоя используются:  олово (Sn), свинец (Pb), кадмий (Cd), висмут (Bi) и цинк (Zn). Проблема в том, что алюминий в этих металлах практически не растворяется (за исключением цинка), что делает соединение ненадежным.

Применив флюс с высокой активностью и проведя должным образом обработку мест соединения, можно использовать припой на оловянно-свинцовой основе, но лучше отказаться о такого решения. Тем более, что паянное соединение на основе системы Sn-Pb обладает низкой устойчивостью к коррозии. Нанесение лакокрасочного покрытия на место пайки позволяет избавится от этого недостатка.

Для пайки алюминиевых деталей желательно использовать припой на основе кремния, меди, алюминия, серебра или цинка. Например 34A, который состоит из алюминия (66%), меди (28%) и кремния (6%), или более распространенный ЦОП-40 (Sn – 60%, Zn – 40%).

Припой отечественного производства – ЦОП-40

Заметим, что чем больше процентное содержание цинка  в составе припоя, тем прочнее будет соединение и выше его устойчивость к коррозии.

Высокотемпературным считается припой, состоящий из таких металлов, как медь, кремний и алюминий. Например, как упомянутый выше отечественный припой 34A, или его зарубежный аналог «Aluminium-13» , в котором содержится 87% алюминия и 13% кремния, что позволяет осуществлять пайку при температуре от 590 до 600°С.

«Aluminium-13» производства компании Chemet

Флюс

При выборе флюса необходимо учитывать, что не каждый из них может быть активным к алюминию. Мы можем порекомендовать использовать в таких целях продукцию отечественного производителя – Ф-59А, Ф-61А, Ф-64, они состоят из фторборатов аммония с добавлением триэтаноламина. Как правило, на пузырьке есть пометка – «для алюминия» или «для пайки алюминия».

Флюс отечественного производства

Для высокотемпературной пайки следует приобрести флюс, выпускаемы под маркой 34А. Он состоит из хлористого калия (50%), хлорида лития (32%), фторида натрия (10%) и хлористого цинка (8%). Такой состав наиболее оптимален, если производится высокотемпературная пайка.

Рекомендуемый флюс для паки при высокой температуре

Подготовка поверхности

Прежде чем начинать лужение, необходимо выполнить следующие действия:

    обезжирить поверхность при помощи ацетона, бензина или любого другого растворителя;удалить оксидную пленку с места, где будет производится пайка. Для зачистки используется наждачная бумага, абразивный круг или щетка с щетиной из стальной проволоки. В качестве альтернативы можно применить травление, но эта процедура не так сильно распространена в силу своей специфичности.

Следует учитывать, что полностью оксидную пленку удалить не получится, поскольку на очищенном месте моментально появляется новое образование. Поэтому зачистка производится не с целью полного удаления пленки, а для уменьшения ее толщины, чтобы упростить флюсу задачу.

Нагрев места пайки

Для пайки небольших деталей можно воспользоваться паяльником мощностью не менее 100Вт. Массивные предметы потребуют более мощного нагревательного инструмента.

Паяльник мощностью 300 Вт

Наиболее оптимальный вариант для нагрева – использование газовой горелки или паяльной лампы.

Простая газовая горелка

При использования горелки в качестве нагревательного инструмента следует учесть следующие нюансы:

нельзя перегревать основной металл, поскольку он может расплавиться.

Поэтому в процессе необходимо регулярно контролировать температуру. Делать это можно, касаясь припоем нагреваемого элемента. Расплавление припоя даст знать, что достигнута необходимая температура;не следует использовать кислород для обогащения газовой смеси, поскольку он способствует сильному окислению металлической поверхности.

Инструкция по пайке

Процесс пайки алюминиевых деталей не имеет  своих отличительных особенностей, он осуществляется также как со сталью или медью.

Алгоритм действий следующий:

    обезжиривается и зачищается место пайки;производится фиксация деталей в нужном положении;нагревается место соединения;прикасаются стержнем припоя (содержащим активный флюс) к месту соединения. Если используется безфлюсовый припой, то для разрушения пленки оксида наносится флюс, после чего трут твердым куском припоя по месту пайки.

Для разрушения пленки оксида алюминия также используется щетка со щетиной из стальной проволоки. При помощи этого простого инструмента производят растирание расплавленного припоя по алюминиевой поверхности.

Пайка алюминия – полная видео инструкцияhttps://www.youtube.com/watch?v=ESFInizLE9U

Что делать при отсутствии нужных материалов?

Когда нет возможности подготовить все необходимые для пайки материалы, можно использовать альтернативный способ, при котором применяется припой на оловянной  или оловянно-свинцовой основе. Что касается флюса, то он заменяется канифолью. Чтобы не образовывалась новая пленка оксида алюминия на месте старой, зачистка производится под слоем расплавленной канифоли.

Паяльник, помимо своего прямого назначения, будет использоваться как инструмент, разрушающий оксидную пленку. Для этого на его жало надевается специальный скребок. Увеличить результативность процесса можно, добавив в канифоль металлических опилок.

Процесс производится следующим образом:

нагретым луженым паяльником расплавляют канифоль в месте пайки;когда канифоль полностью покрывает поверхность, начинают тереть об нее жалом паяльника.

В результате этого металлические опилки и жало разрушают пленку оксида алюминия. Поскольку слой расплавленной канифоли не позволяет проникать воздуху к алюминиевой поверхности, на ней не образовывается оксидная пленка. По мере того, как производится разрушение пленки, будет происходить лужение детали;когда процесс лужения завершен, детали соединяют и прогревают, пока не будет достигнута температура плавления припоя.

Необходимо предупредить, что процесс пайки алюминия без специальных материалов – довольно хлопотный процесс без гарантии успешного завершения. Поэтому лучше не тратить на такую работу свои силы и время, тем более, что качество и надежность такого соединения будут сомнительными.

Гораздо проще купить активный флюс и высокотемпературный припой, при помощи которых пайка алюминия даже в домашних условиях не вызовет затруднений.

Источники:

  • studfiles.net
  • malahit-irk.ru
  • www.asutpp.ru

Поделиться:
Нет комментариев