Припой для пайки алюминия и его сплавов
Использование: пайка алюминиевых сплавов, применяемых в машиностроении. Припой имеет следующий состав, мас.%: цинк 39,0-41,0; кремний 2,4-3,7; медь 2,9- 5,1; магний 0,24-0,66; неодим 0,02-0,07; алюминий-остальное . 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 35/28
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,(А) 4 3 ! (21) 4665403/08 (22) 23.03.89 (46) 30.06.92. Бюл.N 24 (71) Алтайский политехнический институт им, И.И. Ползунова (72) А.А. Савицкий, С.В. Дзюба, А.С. Костыгов, Г.А. Алексеева и Л.Н, Шелест (53) 621.791.3(088.8) (56) ЕПВ (EP) Заявка N 0202044, кл. С 22 С 21/00,1986, Заявка Японии N 49-18534, кл. С 22 С 21/00, 1975, N6,,вып. 8.
Изобретение относится к пайке, в частности к составу припоя, используемого для пайки алюминиевых сплавов, применяемых в машиностроении.
Известен алюминиевый сплав, содержащий, мас,%:
Цинк 4,0-12.0
Магний 0,3-0,5
Один или несколько редкоземельных металлов 0,5 — 10,0
Алюминий-Остальное
Его твердость по Бринелю не выше
664 МПа, временное сопротивление разрыву не выше 173 МПа, а температура плавления не ниже 580 — 5940С.
Высокая температура плавления и низкие прочностные свойства затрудняют его использование в качестве припоя для пайки алюминиевых сплавов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является припой на основе алюминия, содержащий, мас.%:
Медь 0,1 — 22,0
Кремний 0,5 — 14,0
„„. Ж„„1743772 А1 (54) ПРИПОЙ ДЛЯ ПАЙКИ АЛЮМИНИЯ И
ЕГО СПЛАВОВ (57) Использование: пайка алюминиевых сплавов, применяемых в машиностроении.
Припой имеет следующий состав, мас.%: цинк 39,0-41,0; кремний 2,4-3,7; медь 2,95,1; магний 0,24-0,66; неодим 0,02-0,07; алюминий — остальное. 1 табл.
Цинк 0,5 — 55,0
Магний 0,01 — 5,0
Алюминий Остальное
его твердость по Бринелю не выше
1510 МПа, o, не выше 320 МПа, температура плавления не ниже 465 + 5 С. Выделения кремния имеют игольчатую форму, Недостатком описанного припоя являются невысокие значения прочностных свойств и неблагоприятная игольчатая структура. Невысокие значения прочностных свойств обусловлены как номенклатурой составляющих его компонентов, так и игольчатой микроструктурой, так как известно, что если выделения кремния в сплаве имеют игольчатую форму, то о ниже по сравнению со сплавами, где кремний находится в связанном состоянии в виде округлых включений.
Целью изобретения является повышение прочностных свойств припоя.
Цель достигается тем, что известный припой для пайки алюминия и его сплавов, содержащий алюминий, цинк, кремний, медь, магний, дополнительно содержит не1743772 одим при следующем соотношении компонентов,мас,%:
Цинк 39,0 — 41,0
Кремний 2,4-3,7
Медь 2,9-5,1
Магний 0,24 — 0,66
Неодим 0,02-0,07
Алюминий Остальное
Дополнительное введение неодима не только повышает твердость припоя, íî v за счет улу- шения микроструктуры увеличивает сг, т.е. неодим обладает легирующими и модифицирующими свойствами.
Известно введение редкоземельного элемента церия в сплавы на основе алюминия, но в этом случае церий оказывает лишь легирующее действие, Введение совместно церия и празеоди ла., например, оказывает легиру ощее и модифицирующее действие на ана",ìè÷íûå заявляемому припой. Для предлагаемогс припоя легирующее и модифицирующее действие оказывает только лишь неодим, Для экспериментальной проверки предлагаемого состава было приготовлено
26 смесей ингредиентов, включая аналог и прототип.
Так как в качестве одного из компонентов припоя был выбран сплав АЛ-10В, го в таблице для опытов 1-19 даны средние (пересчитанные, и ходя из процентного содержания в припое сплава АЛ-10В) значения таких ксмпон- I;Toâ, как алюлиний, кремний, магний и конкретные — цинка и неодима
В связи и тем, что при изготовлении сплава АЛ-10В согласно ГОСТ 2628-73 содержания магния, кремния, меди может изменяться от нижнего до верхнего пределов, то при различном содержании сплава АЛ10В в припое необходимо принимать во внимание возможные отклонения концентрации этих компонентов, т.е.
1. Цинка 39%, тогда может быть 2,4 — 3,7
Si; 0,15 — 0.33 Mg; 3,1 — 5,1 Си; 52,2 — 55,0 Al.
2. Цинка 40%, тогда может быть 2,4 — 3,6
Si; 0,16 — 0,34 Mg; 3,0 — 4,8 Cu.; 51,3 — 54,1 Al, 3. Цинка 41%, тогда может быть 2,4 — 3,6
Si; 0,16 — 0.34 Mg; 2,9 — 4,6 Си; 50,4 — 53,2 Al, Так как неодим вводится в сплав в виде лигатуры Nd-Mg, то количество магния в припое будет складываться из его содержания в сплаве АЛ-10В и в лигатуре, т.е., если количество неодима изменяется от 0,02 до
0,07%, то связанного с ним магния от 0,09 до 0,32%, тогда с учетом магния в сплаве
АЛ-10В 0,15-0.34%, общее количество магния в припое изменяется от 0,24 до 0,66%.
Поэтому для проверки границ содер>кания
55 всех компонентов в припое проведены опыты 20 — 24, где вместо сплава АЛ-10В использованы составляющие его металлы.
В семи опытах (2,5,17,18,20,21,22) получены наибольшие значения твердости и ст,. Угол смачивания практически всех сплавов по АЛ-4 одинаков. и, припоя определялось с целью выявления влияния неодима и магния на его прочностные свойства, так как возможное окисление этих компонентов при выплавке снижает о, хотя твердость может практически не меняться. о паяного соединения практически одинаково для всех составов, Это объясняется тем, что при пайке незакаленного переплавленного сплава АЛ-4, так как его о, составляет 160-200 МПа. не может быть получено и, соединения более, чем у основного металла, хотя и прочность припоя значительно выше прочности спла=а АЛ-4,т.е. припой компенсирует то возможн е разупрочнение поверхности, которое происходит при пайке или сварке.
Это особенно важно для деталей, поверхности которых работают на износ, .
При наличии в припое неодима менее
С,02% наблюдается уменьшение твердости и прочности припоя (опыты 10,11,12,23), Это обьясняется тем, что небольшие добавки неодима HG оказываютлегирующего, упрочняю цего воздействия, При увеличении содержания неодима свыше 0,07% падение г,рочностных свойств незначительно (опыты
13,14,15,24). При таком содер>кании неодима возможно его окисление, что снижает прочностные характеристики, особенно г>;.
В целях экономии неодима его верхнее содер>кание целесообразно ограничить
0,07%, Содержание цинка должно быть в пределах 39,0-41,0%, так как предварительные эксперименты по определению прочностных свойств сплавов АЛ-10 — цинк показали, что зависимость НВ и o,èìååò максимум при содержании цинка в области
40%, то же самое показывают опыты 1,4,7 и
3,6,9,21. Это вызвано наличием твердых растворов цинка B алюминии — cl1; аг, Содержание в сплаве кремния менее
2,4%, магния менее 0,24%, меди менее 2,9 нежелательно, так как снижается прочность (опыт 20,23).
Увеличение содержания кремния свыше 3,7% вызывает необходимость введения большого количества неодима для предотвращения образования игольчатой структуры кремния (неодим является модифика ором припоя), но большее количество неодима приводит к его окислению.
1743772
39,0-41,0
2,4-3,7
2,9-5,1
0,24 — 0.66
0,02 — 0,07
Остальное
55 .
Введение большего, чем 5,1, количества меди приводит к повышению температуры плавления припоя, что нежелательно, Магний в припое может образовывать интерметаллида типа М92$1, О (AlzCu), р(А!зМ9) и другие; к тому же магний при пайке также окисляется, снижая сопротивление разрыву.
Для проведения экспериментов использовались следующие вещества:
1.Цинка ЦВ1 (ГОСТ 3640-79);
2.алюминиевый сплав АЛ-10В, содержащий, мас.70:0,2 — 0,5 магния; 4-6 кремния;
5 — 8 меди; остальное — алюминий (ГОСТ
2628-73).
3. Лигатура неодим — магний, содержащая 20 — 25 неодима, магний — остальное (ТУ 48-4171).
4. Алюминий А 95 (ГОСТ 11069-74), 5. Магний технический МГ-90, 6. Медь электролитическая.
7. Кремний металлический.
Сплавы опытов 1 — 19 готовились следующим образом.
В подогретую до 650 С муфельную электрическую печь в стальной стакан с графитной обмазкой загружали сплав АЛ-10В.
После его расплавления загружали цинк и после его расплавления, перемешивания и одноминутной выдержки в печи — лигатуру неодим — магний внутри расплава для предотвращения ее выгорания из расчета содержания в расплаве требуемого количества неодима. После 3-минутной выдержки и перемешивания производили разливку расплава в металлические формы с графитной обмазкой для испытания на твердость и растяжение. Образцы для измерения твердости и излучения микроструктуры после охлаждения механически обрабатывались, полировались, травились для испытания на разрыв, использовались литые образцы без дальнейшей механической или тепловой обработки.
Для приготовления сплава (аналога) опыта 25 сначала загружали алюминий, после его расплавления (780 С)-отдельно магний, по истечении 3-4 мин загружали цинк, а после его расплавления и перемешивания производили разливку.
Для приготовления припоя (прототипа) в опыте 26 алюминий в металлическом стакане загружали в печь, подогретую до
780 С. После его расплавления — кремний и медь. После 10-минутной выдержки и перемешивания загружали цинк. Выдержав 1—
5,1,5 мин и перемешав расплав, производили
его разливку.
Сплавы 20 — 24 готовили аналогично сплаву в опыте М 26, лигатура загружалась после расплавления цинка и выдержки рас10 плава в течение 5 мин.
Образцы для измерения угла смачивания изготавливались из сплава АЛ-4 отливкой в металлические формы диаметром 12 и высотой 10 мм.
15 Образцы для определения прочности паяного соединения имели формы обычных плоских образцов для испытания на растя- . жение. Они готовились путем переплава сплава АЛ-4 и его разливки в металлическую
20 форму. Образцы распиливались посередине и паялись встык в форме с использованием флюса Ф 34 А пропано-воздушным пламенем.
Из таблицы следует, что припой разра25 ботанного состава имеет твердость по Бринелю 1592-1716 МПа, ов 390 — 442 МПа, угол смачивания припоя по АЛ-4 8-90,благоприятную микроструктуру. Температура плавления 444-483 С позволяет -паять
30 алюминий и его сплавы.
Использование предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет повысить срок службы па я н ы х соединений для его приготовления, возмож35 но использование вторичного сплава АЛ10В; для улучшения микроструктуры и прочностных свойств припой нужно легировать неодимом.
40 Формула изобретения
Припой для пайки алюминия и его сплавов, содержащий алюминий, цинк, кремний, медь, магний, о тл и4 а ю щи и с я тем, что с целью повышения прочностных свойств.
45 он дополнительно содержит неодим при следующем соотношении компонентов, мас.70:
Цинк
Кремний
50 Медь
Магний
Неодим
Алюминий
1743772
Химический состав, мас. Л и свойства сплава
НВ. МПа, и„, MIla
Соде жан
Угол сма чиваи. спл. па
АЛ-4, град. о, пално го спади лепил, МПа
165
155
140
140
138
137
53,42
51.62
48,82
55,44
52.57
49.37
55.74
49.16 алалог 87,2 2.15 |
17
18
19
21
3.0
30
40
Составитель А.Савицкий
РедактОр Е,Егорова . Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С,Черни
Заказ 2152 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК - СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
3.31
3.13
2,96
3,26
3.08
2.91
3,21
3,03
2,86
3,32
3.14
2.97
3,25
3.07
2.90
3.12
3.02
3.01
2.81
2.4
3.0
3.7
2.3
3.8
0,27 3.5
0,63 4,3
061 39
0,58 3,5
042 - 41
0.42 4.1
0.43 3.9
С,43 3.8
0,24 2,9
0,43 4,0
066 5,1
О,:5 28
0.76 5,2
0,3 025 4.0
45,0
35.0
40,0
45.0
38.0
39.0
41,0
42,0
39.0
40.0
41.0
39,0
41.0
12.0
40.0
0.02
0,02
0.02
0,07
0,07
0,07
0,12
0,12
0.12
0,01
0.01
0.0!
0,08
0.08
0.08
0,04
0,04
0.04
0,04
0.02
0,04
0.07
0.01
0.08
0.5
1586
1716
1573
1549
1573
1409
1594
1602
1574
1622
1698
1592
1690.
1313
1814
664
1510
413
393
421
382
383
364
413
392
412
402
410
9
9
8
9
9
9
