Спояване на алуминий и алуминиеви сплави

1. Спояемост

Свойствата за запояване на алуминия и алуминиевите сплави са лоши, главно защото оксидният филм на повърхността е труден за отстраняване. Алуминият има голям афинитет към кислорода. Лесно е да се образува плътен, стабилен и високотопящ се оксиден филм Al₂O₃ върху повърхността. В същото време, алуминиевите сплави, съдържащи магнезий, също образуват много стабилен оксиден филм MgO. Те сериозно възпрепятстват омокрянето и разстилането на спойката и са трудни за отстраняване. По време на запояване, процесът на запояване може да се извърши само с подходящ флюс.

Второ, запояването на алуминий и алуминиеви сплави е трудно. Точката на топене на алуминия и алуминиевите сплави не се различава много от тази на използвания пълнител за запояване. Опционалният температурен диапазон за запояване е много тесен. Неправилният контрол на температурата може лесно да причини прегряване или дори топене на основния метал, което затруднява процеса на запояване. Някои алуминиеви сплави, укрепени чрез термична обработка, също могат да причинят явления на омекване, като например престаряване или отгряване, поради нагряване при запояване, което ще намали свойствата на споените съединения. По време на пламъчно запояване е трудно да се прецени температурата, тъй като цветът на алуминиевата сплав не се променя по време на нагряване, което също повишава изискванията към нивото на работа на оператора.

Освен това, корозионната устойчивост на споените съединения от алуминий и алуминиеви сплави лесно се влияе от пълнители и флюси. Електродният потенциал на алуминия и алуминиевите сплави е доста различен от този на спойката, което намалява корозионната устойчивост на съединението, особено при меко спояване. Освен това, повечето флюси, използвани при запояване на алуминий и алуминиеви сплави, имат силна корозивност. Дори ако се почистят след запояване, влиянието на флюсовете върху корозионната устойчивост на съединенията няма да бъде напълно елиминирано.

2. Материал за спояване

(1) Спояването на алуминий и алуминиеви сплави е рядко използван метод, тъй като съставът и електродният потенциал на спояващия метал и основния метал са много различни, което лесно може да причини електрохимична корозия на съединението. Мекото запояване използва главно цинков припой и калаено-оловен припой, които могат да бъдат разделени на нискотемпературни припои (150 ~ 260 ℃), среднотемпературни припои (260 ~ 370 ℃) и високотемпературни припои (370 ~ 430 ℃) според температурния диапазон. Когато се използва калаено-оловен припой и върху алуминиевата повърхност е предварително нанесена мед или никел за спояване, може да се предотврати корозията на свързващата повърхност, като по този начин се подобри корозионната устойчивост на съединението.

Спояването на алуминий и алуминиеви сплави се използва широко, например като филтърни водачи, изпарители, радиатори и други компоненти. Само пълнители на базата на алуминий могат да се използват за запояване на алуминий и алуминиеви сплави, сред които пълнителите на базата на алуминий и силиций са най-широко използваните. Специфичният обхват на приложение и якостта на срязване на споените съединения са показани съответно в Таблица 8 и Таблица 9. Точката на топене на този припой обаче е близка до тази на основния метал, така че температурата на нагряване трябва да се контролира стриктно и точно по време на запояване, за да се избегне прегряване или дори топене на основния метал.

Таблица 8 Обхват на приложение на спояващи добавъчни метали за алуминий и алуминиеви сплави

Таблица 9 якост на срязване на съединения от алуминий и алуминиеви сплави, споени с алуминиево-силициеви пълнители

Алуминиево-силициевият припой обикновено се доставя под формата на прах, паста, тел или лист. В някои случаи се използват спояващи композитни плочи с алуминий като сърцевина и алуминиево-силициев припой като обвивка. Този вид спояваща композитна плоча се изработва по хидравличен метод и често се използва като част от компоненти за запояване. По време на запояване, спояващият метал върху композитната плоча се топи и тече под действието на капилярни сили и гравитация, за да запълни фугите.

(2) Флюс и защитен газ за запояване на алуминий и алуминиеви сплави, като често се използва специален флюс за отстраняване на филма. Органичният флюс на базата на триетаноламин, като например FS204, се използва с нискотемпературна мека спойка. Предимството на този флюс е, че има малък корозионен ефект върху основния метал, но ще произведе голямо количество газ, което ще повлияе на омокрянето и уплътняването на спойката. Реактивният флюс на базата на цинков хлорид, като FS203 и FS220A, се използва със среднотемпературна и високотемпературна мека спойка. Реактивният флюс е силно корозивен и остатъците му трябва да се отстранят след запояване.

В момента запояването на алуминий и алуминиеви сплави все още се доминира чрез отстраняване на флюсов филм. Използваните флюси за запояване включват флюси на базата на хлорид и флуорид. Флюсът на базата на хлорид има силна способност за отстраняване на оксиден филм и добра течливост, но има силен корозивен ефект върху основния метал. Остатъците му трябва да бъдат напълно отстранени след запояване. Флюсът на базата на флуорид е нов вид флюс, който има добър ефект на отстраняване на филм и не корозира основния метал. Той обаче има висока точка на топене и лоша термична стабилност и може да се използва само с алуминиево-силициев припой.

При запояване на алуминий и алуминиеви сплави често се използва вакуум, неутрална или инертна атмосфера. При вакуумно запояване степента на вакуум обикновено трябва да достигне от порядъка на 10⁻³Pa. Когато за защита се използва азот или аргон, тяхната чистота трябва да бъде много висока, а точката на оросяване трябва да е по-ниска от -40 ℃.

3. Технология на запояване

Запояването на алуминий и алуминиеви сплави има високи изисквания за почистване на повърхността на детайла. За да се постигне добро качество, маслените петна и оксидният филм от повърхността трябва да се отстранят преди запояване. Отстранете маслените петна от повърхността с воден разтвор на Na2CO3 при температура 60 ~ 70 ℃ за 5 ~ 10 минути, след което изплакнете с чиста вода. Повърхностният оксиден филм може да се отстрани чрез ецване с воден разтвор на NaOH при температура 20 ~ 40 ℃ за 2 ~ 4 минути, след което измийте с гореща вода. След отстраняване на маслените петна и оксидния филм от повърхността, детайлът трябва да се третира с воден разтвор на HNO3 за блясък в продължение на 2 ~ 5 минути, след което да се почисти с течаща вода и накрая да се изсуши. Детайлът, обработен по тези методи, не трябва да се докосва или замърсява с други замърсявания и трябва да се запои в рамките на 6 ~ 8 часа. По-добре е да се запои веднага, ако е възможно.

Методите за запояване на алуминий и алуминиеви сплави включват главно пламъчно запояване, запояване с поялник и запояване в пещ. Тези методи обикновено използват флюс при запояване и имат строги изисквания за температура на нагряване и време на задържане. По време на пламъчно запояване и запояване с поялник, избягвайте директното нагряване на флюса от източника на топлина, за да предотвратите прегряване и повреда на флюса. Тъй като алуминият може да се разтвори в мек припой с високо съдържание на цинк, нагряването трябва да се спре след образуване на съединението, за да се избегне корозия на основния метал. В някои случаи, запояването на алуминий и алуминиеви сплави понякога не използва флюс, а ултразвукови или остъргващи методи за отстраняване на филма. Когато използвате остъргване за отстраняване на филма за запояване, първо нагрейте детайла до температурата на запояване и след това остържете спояваната част на детайла с края на спойката (или инструмент за остъргване). Докато разкъсвате повърхностния оксиден филм, краят на спойката ще се разтопи и ще намокри основния метал.

Методите за запояване на алуминий и алуминиеви сплави включват главно пламъчно запояване, спояване в пещ, потапяне, вакуумно запояване и запояване в защитна газова среда. Пламъчното запояване се използва най-вече за малки детайли и производство на единични части. За да се избегне повреда на флюса поради контакта между примесите в ацетилена и флюса при използване на кислородно-ацетиленов пламък, е подходящо да се използва пламък от бензинов сгъстен въздух с лека редукция, за да се предотврати окисляването на основния метал. По време на специфично запояване, флюсът за спояване и пълнителният метал могат да се поставят предварително на мястото на запояване и да се нагряват едновременно с детайла; детайлът може първо да се нагрее до температурата на спояване, а след това потопената във флюс спойка може да се изпрати в позиция за спояване; След като флюсът и пълнителният метал се разтопят, нагряващият пламък трябва бавно да се отстрани, след като пълнителният метал се напълни равномерно.

При запояване на алуминий и алуминиеви сплави във въздушна пещ, спояващият пълнител трябва да бъде предварително подготвен, а флюсът за спояване трябва да се разтопи в дестилирана вода, за да се получи гъст разтвор с концентрация от 50% до 75%, след което да се нанесе върху повърхността за спояване чрез напръскване или напръскване. Подходящо количество прахообразен флюс за спояване може да се нанесе и върху спояващия пълнител и повърхността за спояване, след което сглобената заварена конструкция се поставя в пещта за нагряване и спояване. За да се предотврати прегряване или дори топене на основния метал, температурата на нагряване трябва да се контролира стриктно.

За запояване на алуминий и алуминиеви сплави чрез потапяне обикновено се използва паста или фолио за спояване. Сглобеният детайл трябва да се загрее предварително преди запояване, за да се достигне температура близка до температурата на запояване, и след това да се потопи във флюс за запояване. По време на запояване температурата на запояване и времето за запояване трябва да се контролират стриктно. Ако температурата е твърде висока, основният метал лесно се разтваря и спойката лесно се губи; ако температурата е твърде ниска, спойката не се разтопя достатъчно и скоростта на запояване намалява. Температурата на запояване трябва да се определя в зависимост от вида и размера на основния метал, състава и точката на топене на пълнителя и обикновено е между температурата на ликвидус на пълнителя и температурата на солидус на основния метал. Времето за потапяне на детайла във флюсовата вана трябва да гарантира, че спойката може да се разтопи напълно и да тече, а времето за поддържане не трябва да бъде твърде дълго. В противен случай силициевият елемент в спойката може да дифундира в основния метал, което прави основния метал близо до шева крехък.

При вакуумно запояване на алуминий и алуминиеви сплави, често се използват активатори на метални операции, за да се модифицира повърхностният оксиден филм на алуминия и да се осигури омокряне и разпределение на спойката. Магнезият може да се нанесе директно върху детайла под формата на частици или да се въведе в зоната на запояване под формата на пара, или магнезият може да се добави към алуминиево-силициевия припой като легиращ елемент. За детайли със сложна структура, за да се осигури пълният ефект на магнезиевите пари върху основния метал и да се подобри качеството на запояване, често се предприемат локални мерки за екраниране, т.е. детайлът първо се поставя в кутия от неръждаема стомана (известна като технологична кутия) и след това се поставя във вакуумна пещ за нагряване на спояването. Вакуумно запоените съединения на алуминий и алуминиеви сплави имат гладка повърхност и плътни споени съединения и не е необходимо да се почистват след запояване; Оборудването за вакуумно запояване обаче е скъпо и магнезиевите пари замърсяват сериозно пещта, така че е необходимо често почистване и поддръжка.

При запояване на алуминий и алуминиеви сплави в неутрална или инертна атмосфера, за отстраняване на филма може да се използва магнезиев активатор или флюс. Когато за отстраняване на филма се използва магнезиев активатор, необходимото количество магнезий е много по-ниско, отколкото при вакуумно запояване. Обикновено w (mg) е около 0,2% ~ 0,5%. Когато съдържанието на магнезий е високо, качеството на съединението ще бъде намалено. Методът на запояване NOCOLOK с използване на флуориден флюс и азотна защита е нов метод, който се развива бързо през последните години. Тъй като остатъците от флуориден флюс не абсорбират влага и не са корозивни за алуминия, процесът на отстраняване на остатъците от флюс след запояване може да се пропусне. Под защитата на азота е необходимо да се покрие само малко количество флуориден флюс, пълнителят може добре да омокри основния метал и е лесно да се получат висококачествени споени съединения. Понастоящем този метод на запояване NOCOLOK се използва в масовото производство на алуминиеви радиатори и други компоненти.

За алуминий и алуминиеви сплави, споени с флюс, различен от флуориден, остатъците от флюса трябва да бъдат напълно отстранени след запояване. Остатъците от органичен флюс за спояване на алуминий могат да се измият с органични разтвори като метанол и трихлоретилен, да се неутрализират с воден разтвор на натриев хидроксид и накрая да се почистят с гореща и студена вода. Хлоридът е остатък от флюса за спояване на алуминий, който може да се отстрани по следните начини: първо, накиснете в гореща вода при 60 ~ 80 ℃ за 10 минути, внимателно почистете остатъците от споеното съединение с четка и го почистете със студена вода; след това накиснете в 15% воден разтвор на азотна киселина за 30 минути и накрая изплакнете със студена вода.