Припои с цинком, германием и медью
Алюминии со многими элементами образует двойные, тройные и четверные эвтектики с температурами плавления от 600 до 29,8°С (Аl—Са) и даже ниже нуля — до -39,8°С (Al—Hg). Большинство тройных и четверных эвтектик, содержащих алюминий, малопластичны и не деформируются. Некоторые тройные эвтектики на основе алюминия исследованы в качестве припоев. Многие из них оказались непригодными для пайки алюминия и его сплавов не только вследствие малой пластичности, но и слабой сопротивляемости коррозии. Наиболее широкое применение в качестве припоя получила двойная эвтектика Al—11,77%Si (температура плавления 577 °С) и сплавы на ее основе . В качестве припоев часто применяют и доэвтектические сплавы системы Al — Si с температурой солидуса 577°С. Эти припои обладают хорошими литейными свойствами и лучшей, чем другие алюминиевые припои, коррозионной стойкостью, меньшей химической эрозионной активностью. Некоторым недостатком припоев на основе Al—Si является их голубовато-серый цвет по сравнению с белым цветом алюминия и сплавов алюминия, содержащих медь.
При добавке в алюминий 20—30 % Zn и образовании сплавов Al—Zn с относительно небольшим интервалом кристаллизации (например, припои ПАКЦ, П575А) температура их плавления снижается. Сплавы Al—Zn, легированные чистым цинком, имеют сравнительно высокую коррозионную стойкость в условиях умеренной и тропической атмосферы. Сопротивляемость коррозии сплавов Al—Zn значительно снижается при наличии примесей.
Эвтектику Al—33 % Сu с температурой плавления 548°С не используют в качестве припоя из-за ее хрупкости. Широкое применение нашел эвтектический сплав Al—Si—Cu(Al—CuAl2— Si) с температурой плавления 525°С (припой 34А) и сплавы, близкие к нему, богатые медью, а также сплавы системы Al—Сu—Si, содержащие относительно немного меди и кремния, например припой П590 (10 %Сu и 1 % Si).
Существенный недостаток алюминиевых припоев с германием — их низкая пластичность и неспособность к прокатке при содержании более 13—14 %Ge.
Вполне удовлетворительные технологические характеристики имеют припои следующих составов (%):
- l Si, 31 Ge, Al— остальное (Tпл = 460—500 °С);
- 4 Si, 34 Ge, Al — остальное (Tпл = 455—485°С);
- 3,5 Si, 36 Ge, Al — остальное (Tпл = 422—486°С).
Применение силумина для пайки
Силумин, содержащий магний, оказался вполне пригодным для пайки стеклянных отражателей с алюминиевой подложкой в дорожных знаках и сигналах. Для этой цели использован припой Al—(4—13%)Si— (4—6%)Mg в виде плакированного слоя (5—10 % его толщины) на алюминии (паяемом металле). Пайку выполняют после нагрева алюминиевого сплава в интервале температур 566—635°С с укладкой на него при покачивании стеклянного отражателя (например, в виде шариков), подогретого до температуры 427—538°С.
Легирование силумина Al— (5—12 %)Si— (1,5—6 %)Mg никелем (2—6%) позволяет снизить химическую эрозию паямого металла в припое и повысить прочность паяного соединения.
Другим путем снижения эрозионной активности силумина, содержащего более 1,5 %Mg, является легирование его германием и медью, образующими более легкоплавкие и менее богатые алюминием эвтектики, состав такого припоя (%): 5—10 Ge, 5—12 Si, 10—15 Сu, 1—6 Mg, Al— остальное.
Силумины без магния с пониженным содержанием кремния и цинка также образуют прочные и коррозионно-стойкие паяные соединения. Состав припоев (%): Al—(15—22)Cu—(1—5)Si— (7—16)Zn; температура плавления 480—560°С. Понижение содержания кремния обеспечивает также возможность анодирования паяных швов. Паяное соединение отличается хорошей пластичностью при изгибе, ковке и прокатке. Электросопротивление припоев 0,000021 Ом·мм²/м (20—100°С); плотность 3 г/см3. Припой пригоден для флюсовой пайки и хорошо затекает в капиллярные зазоры. С уменьшением в припоях содержания меди и введением в них серебра (1 — 14 %) и индия (менее 0,2 %) силумины лучше растекаются и образуют более коррозионно-стойкие паяные швы.Состав таких припоев (%): 1 — 14 Сu, 3—5,8 Si, 1—8 Zn, 1 — 14 Mg и менее 0,2 In.
Увеличение в силуминах содержания цинка до 30—35 %, меди до 10—20% (при содержании кремния 0,3—10%) обеспечивает температуру плавления припоев в интервале 400—460°С. Эти припои также отличаются высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью, хорошей смачиваемостью и электрической проводимостью. Подобные свойства имеют также припои, содержащие 0,5—22 % Сu, 0,5—14%Si, 0,5—55 %Zn и 0,05—1 %Сг; температура плавления 400—540 °С. Введение хрома, по-видимому, способствует повышению их коррозионной стойкости.
Самофлюсуемость силуминов с 10% Si обеспечивается при введении в них 0,1—0,001% лантанидов (Заявка 54-95956 Япония, кл. 12 В 22 (В 23 К 35/30). Такой припой лучше применять в виде плакированного слоя на листах паяемого металла (5—10% их толщины). Пайку с таким припоем ведут в вакууме (p = 2,66·10-3 Па). Паяные соединения имеют плавные галтельные участки.
Сплавы для бесфлюсовой пайки
Для бесфлюсовой пайки алюминия в припои вводят легкоиспаряющиеся компоненты: висмут, кадмий, цинк, сурьму, стронций, барий, натрий, литий, фосфор. Припои такого типа Al—(8—11) % Si— (0,05—10) %К, где К — один из легкоиспаряющихся элементов. Особенно эффективны компоненты: висмут, цинк, кадмий, сурьма, стронций, барий в количествах 5—10 %. У таких припоев, нанесенных предварительно в виде плакированного слоя, при пайке в результате испарения указанных элементов легко диспергирует пленка оксида алюминия, что обеспечивает процесс пайки в проточной защитной атмосфере или в форвакууме при температуре 580—600°С в течение 3—10 мин. Паяные соединения из сплава АМц имеют сопротивление срезу 98—137,2 МПа, высокую коррозионную стойкость в условиях тропиков. Припои такого состава в виде компактных кусков пригодны для капиллярной пайки при условии предварительной их укладки в открытый питатель в верхней детали или для некапиллярной пайки с предварительной разделкой кромок.