Способ пайки алюминия и его сплавов и материал для пайки алюминия и его сплавов

Изобретение относится к способам пайки алюминия и алюминиевых сплавов и материалам для пайки и может применяться при пайке алюминиевых конструкций. Для пайки используют фольгу из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, толщиной 5-50 мкм, на которую с одной или с обеих сторон нанесена композиция с толщиной слоя 5-50 мкм, состоящая из фторсиликата щелочного металла, фторида алюминия, фторалюмината щелочного металла, алюминиевого порошка и связующего. Нагревают сборку до расплавления фольги с образованием между паяемыми поверхностями слоя припоя в виде силумина и флюса и охлаждают ее. Изобретения позволяют упростить подготовку к пайке деталей из алюминия или его сплавов и повысить качество. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к способам пайки алюминия и алюминиевых сплавов и материалам для пайки.

Известен способ изготовления многослойного композиционного материала на основе алюминия, включающий окисление анодированием поверхности алюминиевой фольги толщиной 5-200 мкм на глубину 0,1-50 мкм, сборку алюминиевой фольги в пакет и скрепление пакета в монолит путем склеивания или диффузной сварки. (RU 2030294 С1, В32В 15/20, 1995.03.10).

Данный способ неприменим при пайке алюминиевых конструкций, так как диффузионная сварка невозможна из-за деформации конструкции при давлении, необходимом для диффузионной сварки.

Известен способ изготовления спаянного продукта и многослойный спаиваемый блок, включающий слой металлической фольги из припоя и слой алюминия, покрывающий хотя бы часть поверхности припоя, причем слой алюминия имеет толщину, равную примерно от 1 до 20 мкм (WO 02066200, В23К 1/008; В23К 1/19, В23К 35/00, В23К 35/02, 2002.08.29).

Данный способ предназначен для изготовления спаянного продукта из материала, включающего материал, имеющий температуру плавления, превышающую 660°С, и не подходит для пайки алюминия.

Известен также способ пайки алюминия с использованием припоев в виде фольги из низкоплавких сплавов, покрытой флюсом, помещаемой между паяемыми поверхностями или дополнительно с нанесением флюса на паяемые поверхности (Лашко С.В., Лашко Н.Ф., Пайка металлов, 4 изд., Москва: Машиностроение, 1988, с.273-275).

Недостатком данных способа является сложность изготовления фольги из припоя, кроме того, известный способ предполагает, так называемые «мокрые» процессы, то есть покрытие изделия флюсом, нанесение которого не всегда происходит равномерно, что снижает качество пайки.

Задачей настоящего изобретения является упрощение подготовки к пайке алюминия и его сплавов, повышение качества пайки.

Поставленная задача решается тем, что в способе пайки алюминия и его сплавов, включающем размещение фольги между паяемыми поверхностями, используют фольгу из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, толщиной 5-50 мкм, с нанесенной на нее с одной или обеих сторон композицией с толщиной слоя 5-50 мкм, состоящей из фторсиликата щелочного металла, фторида алюминия, фторалюмината щелочного металла, алюминиевого порошка и связующего, с последующим нагреванием сборки до расплавления фольги с образованием между паяемыми поверхностями слоя припоя в виде силумина и флюса и охлаждением сборки.

На фольгу из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, нанесена композиция, которая может иметь следующее соотношение компонентов, мас.%: фторсиликат щелочного металла - 6-85%; фторид алюминия - 0-15%; фторалюминат щелочного металла - 0-47%, алюминиевый порошок - 1-40%, связующее - 1-20%.

На фольгу из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, нанесена композиция, в которой в качестве фторсиликата щелочного металла могут быть использованы Li₂SiF₆, и/или Na₂SiF₆, и/или K₂SiF₆, и/или Rb₂SiF₆ и/или Cs₂SiF₆ и/или их смесь.

На фольгу из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, нанесена композиция, в которой в качестве фторалюмината щелочного металла могут быть использованы LiAlF₄, и/или KAlF₄, и/или NaAlF₄, и/или RbAlF₄, и/или CsAlF₄ и/или их смесь.

Между паяемыми поверхностями алюминия или алюминиевых сплавов может быть размещен, по меньшей мере, один дополнительный слой фольги из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, с нанесенной композицией.

Поставленная задача решается также тем, что материал для пайки алюминия и его сплавов, включающий фольгу, согласно изобретению представляет собой фольгу с нанесенной на нее с одной или обеих сторон композицией с толщиной слоя 5-50 мкм, состоящей из фторсиликата щелочного металла, фторида алюминия, фторалюмината щелочного металла, алюминиевого порошка и связующего, с выполнением фольги из алюминия или его сплавов толщиной 5-50 мкм.

Материал для пайки алюминия и его сплавов может содержать композицию, нанесенную на фольгу из алюминия или его сплавов, со следующим соотношением компонентов, мас.%: фторсиликат щелочного металла - 6-85%; фторид алюминия - 0-15%; фторалюминат щелочного металла - 0-47%; алюминиевый порошок - 1-40%, связующее - 1-20%.

Материал для пайки алюминия и его сплавов может в качестве фторсиликата щелочного металла нанесенной на фольгу композиции содержать: Li₂SiF₆, и/или Na₂SiF₆, и/или K₂SiF₆, и/или Rb₂SiF₆ и/или Cs₂SiF₆ и/или их смесь.

Материал для пайки алюминия и его сплавов может в качестве фторалюмината щелочного металла, нанесенной на фольгу композиции содержать:LiAlF₄, и/или KAlF₄, и/или NaAlF₄, и/или RbAlF₄, и/или CsAlF₄ и/или их смесь.

Материал для пайки алюминия и его сплавов может включать, по меньшей мере, один дополнительный слой фольги из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, с нанесенной композицией.

Технический результат изобретения заключается в упрощении способа пайки благодаря использованию готового материала для пайки.

Способ пайки алюминия и его сплавов с использованием заявляемого материала для пайки осуществляют следующим образом.

На пластину из алюминия или из алюминиевого сплава помещают лист материала для пайки - фольгу из алюминия или его сплавов, не являющихся припоем, с нанесенной на нее композицией, на фольгу помещают деталь из алюминия или его сплавов. Полученную сборку помещают в печь для пайки, нагретую до температуры пайки 580-640°С. При нагреве до температуры пайки на поверхности фольги, покрытой композицией, происходит выделение кремния, с последующим сплавлением кремния и алюминия и образованием расплавленного слоя силумина на поверхности фольги и с учетом малой толщины фольги, превращением алюминиевой фольги в слой расплавленного силумина, то есть припоя и флюса, обеспечивающего качественную пайку. После прогрева в течение 4-5 минут сборку извлекают и охлаждают. Деталь припаяна к пластине.

Материал для пайки алюминия и его сплавов получают следующим образом.

Готовят композицию для нанесения на фольгу из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, обеспечивающую при нагреве до температуры пайки 580-640°С выделение кремния на поверхности фольги, например композицию, имеющую состав: K₂SiF₆ - 79%; AlF₃ - 6%; KAlF₄ - 8%, алюминиевый порошок - 2%, связующее - 5%. Компоненты, составляющие композицию, диспергируют в растворителе, в качестве которого может быть применен ацетон, толуол и другие соединения, растворяющие связующее композиции, которое может быть представлено полимерами-акрилатами, метакриалатами, полистиролом, полиизобутиленом и пр. Полученную суспензию наносят на алюминиевую фольгу толщиной от 5 до 50 мкм путем распыления. В зависимости от количества нанесенной суспензии слой покрытия может составлять 5-50 мкм. Композицию наносят с одной или с обеих сторон фольги. Фольгу с нанесенной композицией сушат при комнатной температуре. В таком виде материал для пайки алюминия можно легко сворачивать в рулон (нанесенное покрытие при этом не разрушается) и хранить в течение нескольких дней.

Способ иллюстрируется примерами проведения пайки с различным материалом для пайки, отличающимся в пределах заявленных интервалов значений параметрами толщины фольги и толщины нанесенной на фольгу композиции. Результаты приведены в таблице. В зависимости от конфигурации паяемых деталей и их размеров используют материал для пайки, отличающийся толщиной фольги из алюминия и толщиной слоя нанесенной на нее композиции.

При использовании слоя фольги толщиной менее 5 мкм материал имеет низкую прочность, при толщине более 50 мкм материал не будет переведен в силумин целиком, кроме того, при увеличении толщины фольги увеличивается жесткость материала для пайки, он плохо прилегает к паяемым поверхностям, что снижает качество пайки. От толщины слоя композиции, наносимой на фольгу, также зависит качество пайки. Слоя нанесенной на фольгу композиции с толщиной менее 5 мкм, может не хватить для проведения качественной пайки, слой толщиной более 50 мкм приведет к завышенному расходу реагентов и сложности удаления остатков композиции со спаянной поверхности.

Таблица
Материал для пайки алюминия и алюминиевых сплавов
№ п/п	Толщина алюминиевой фольги, мкм	Толщина слоя композиции, мкм
1.	5	5 с одной стороны
2.	5	По 5 с обеих сторон
3.	5	20 с одной стороны
4.	5	По 20 с обеих сторон
5.	5	50 с одной стороны
6.	5	По 50 с обеих сторон
7.	25	5 с одной стороны
8.	25	По 5 с обеих сторон
9.	25	20 с одной стороны
10.	25	По 20 с обеих сторон
11.	25	50 с одной стороны
12.	25	По 50 с обеих сторон
13.	50	5 с одной стороны
14.	50	По 5 с обеих сторон
15.	50	20 с одной стороны
16.	50	По 20 с обеих сторон
17.	50	50 с одной стороны
18.	50	По 50 с обеих сторон

1. Способ пайки алюминия и его сплавов, включающий размещение между паяемыми поверхностями фольги, отличающийся тем, что используют фольгу из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, толщиной 5-50 мкм, с нанесенной на нее с одной или обеих сторон композицией с толщиной слоя 5-50 мкм, состоящей из фторсиликата щелочного металла, фторида алюминия, фторалюмината щелочного металла, алюминиевого порошка и связующего, после чего нагревают сборку до расплавления фольги с образованием между паяемыми поверхностями слоя припоя в виде силумина и флюса и охлаждают ее.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют фольгу с нанесенной на нее композицией, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: фторсиликат щелочного металла 6-85; фторид алюминия до 15; фторалюминат щелочного металла до 47; алюминиевый порошок 1-40; связующее 1-20.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве фторсиликата щелочного металла используют Li₂SiF₆ и/или, Na₂SiF₆ и/или, K₂SiF₆ и/или, Rb₂SiF₆ и/или, Cs₂SiF₆ и/или их смесь.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве фторалюмината щелочного металла используют LiAlF₄ и/или, KAlF₄ и/или, NaAlF₄ и/или, RbAlF₄ и/или, CsAlF₄ и/или их смесь.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что между паяемыми поверхностями алюминия или алюминиевых сплавов размещают, по меньшей мере, один дополнительный слой фольги из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, с нанесенной композицией.

6. Материал для пайки алюминия и его сплавов, включающий фольгу, отличающийся тем, что на фольгу нанесена с одной или с обеих сторон композиция с толщиной слоя 5-50 мкм, состоящая из фторсиликата щелочного металла, фторида алюминия, фторалюмината щелочного металла, алюминиевого порошка и связующего, при этом фольга выполнена из алюминия или его сплавов, не являющихся припоем, и имеет толщину 5-50 мкм.

7. Материал по п.6, отличающийся тем, что нанесенная на фольгу композиция содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: фторсиликат щелочного металла 6-85; фторид алюминия до 15; фторалюминат щелочного металла до 47; алюминиевый порошок 1-40; связующее 1-20.

8. Материал по п.6 или 7, отличающийся тем, что в качестве фторсиликата щелочного металла нанесенная на фольгу композиция содержит: Li₂SiF₆ и/или, Na₂SiF₆ и/или, K₂SiF₆ и/или, Rb₂SiF₆ и/или, Cs₂SiF₆ и/или их смесь.

9. Материал по п.6 или 7, отличающийся тем, что в качестве фторалюмината щелочного металла нанесенная на фольгу композиция содержит: LiAlF₄ и/или, KAlF₄ и/или, NaAlF₄ и/или, RbAlF₄ и/или, CsAlF₄ и/или их смесь.

10. Материал по п.6, отличающийся тем, что он включает, по меньшей мере, один дополнительный слой фольги из алюминия или его сплавов, не являющихся припоями, с нанесенной композицией.