книги / Справочник по пайке

свинцовыми припоями, содержащими цинк, индий или серебро. Пайку бериллия можно осуществить цинковыми или кадмиевыми при­ поями, которые хорошо растекаются по по­ верхности бериллия и затекают в зазор. Для улучшения смачивания легкоплавкими при­ поями с использованием флюса ЛК-2 бериллий покрывают гальваническим никелем.

либо в тщательно очищенном аргоне или ге­ лии. В качестве припоев применяют эвтектиче­ ский сплав алюминия с кремнием или серебра с медью. Пайку производят при температуре 785 1060 °С, выдержке 5 10 мин. Берил­ лий можно паять и по специально подготов­ ленной поверхности, которую лудят магнием при 750 °С в аргоне. При этом на поверхности бериллия образуется оксидная пленка MgBe. Пайку луженой поверхности производят в ар­ гоне при температуре 750 °С алюминием, ко­ торый в виде фольги закладывают между паяе­ мыми поверхностями.

Пайка бериллия алюминием с длительной выдержкой при температуре пайки (870 °С) приводит к упрочнению паяного шва. Времен­ ное сопротивление при растяжении постепенно повышается с 90 до 190 МПа при выдержке 96 ч. Другой способ пайки состоит в предвари­ тельном покрытии бериллия медью или сереб­ ром. Покрытие производят в цианистых или кислотных растворах, металлизацией или по­ гружением в расплав металла. Перед покрыти­ ем изделие травят в 5 10 %-ном растворе плавиковой кислоты и без промывания перено­ сят в ванну для покрытия. Пайку по барьерно­ му или луженому слою производят серебряны­ ми припоями в аргоне или вакууме.

Соединения бериллия, паянные серебря­ ными припоями, имеют временное сопротив­ ление при растяжении 100 МПа. При пайке бериллия с другими металлами, например с никелем, монель-металлом или с титаном, при применении серебряных припоев прочность соединений а в = 100 150 МПа. Серебряные припои применяют при пайке соединений, работающих при 20 °С. Для улучшения смачи­

лия, работающих при высоких температурах, припоями служат сплавы бериллия с серебром, титаном или цирконием.

ПАЙКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Алюминий и его сплавы находят широкое применение для изготовления паяных конст­ рукций в авиационной, электротехнической, радиотехнической и ряде других отраслей промышленности. Особенности пайки алюми­ ниевых сплавов определяются такими факто­ рами, как высокая стойкость оксидной пленки, низкая температура солидуса большинства промышленных алюминиевых сплавов, высо­ кая теплоемкость алюминия.

Алюминий, обладая большим сродством к кислороду, образует стойкий оксид А120 3, находящийся на его поверхности в виде плот­ ной и прочной пленки. Состав и структура оксидных пленок на поверхности алюминие­ вых сплавов зависят от состава последних. Так, на поверхности алюминиево-магниевых спла­ вов присутствует смесь оксидов А120 3 и MgO. При пайке алюминиевых сплавов оксиды уда­ ляют с помощью флюсов, в вакууме с добавле­ нием паров магния, трением и ультразвуком. Кроме того, разработаны способы пайки кон­ тактным плавлением, а также по защитным и барьерным покрытиям и др.

Для высокотемпературной пайки алюми­ ниевых сплавов в качестве флюсов применяют смеси солей хлоридов щелочных и тяжелых металлов с добавками фторидов металлов. Пайку алюминия с указанными флюсами про­ изводят припоями на основе алюминия типа силумин, 34А, П425А, В62 и др. Зазор при флюсовой пайке должен быть не менее 0,1 0,25 мм. Высокотемпературная флюсовая пай­ ка алюминия и его сплавов может произво­ диться с применением газопламенного, печно­ го, индукционного и контактного нагрева, а также путем погружения в расплавы флюсов.

Для пайки алюминиевых деталей приме­ няют бензовоздушные и газовоздушные горел­ ки. Ацетилено-кислородное пламя непригодно, так как снижает активность флюсов.

Для пайки ажурных тонкостенных конст­ рукций из алюминиевых сплавов хорошие ре­ зультаты обеспечивает печной нагрев. Ско­ рость нагрева для пайки зависит от толщины стенок соединяемых деталей. Температуру печ­ ной пайки с применением припоя 34А и флюса

Применение флюса 34А при печном нагреве опасно ввиду возможности значительного рас­ творения паяемого металла цинком, выделяю­ щимся из флюса; в случае пайки тонкостенных

деталей это может привести к сквозному про­ плавлению. Лучшие результаты дает примене­ ние флюсов, в которых хлористый цинк заме­ нен на хлористое олово, хлористый кадмий или хлористый свинец. Это приводит к резкому снижению растворения паяемой поверхности металлом, выделяющимся из флюса.

Пайка в солевых ваннах отличается высо­ кой производительностью В связи со значи­ тельной температурой пайки (580 620 °С) этим способом паяют сплавы с высокой темпе­ ратурой ликвидуса - АД1, АМц и др. Припои должны быть заранее нанесены на паяемые поверхности в виде покрытия или плакирую­ щего слоя (пайка пластинчатых теплообменни­ ков). В случае пайки в солевых расплавах со­ став флюсовой ванны не должен содержать активных хлоридов типа ZnCl2 из-за сильного растворения в них паяемого металла. Для нор­ мальной работы ванны необходимо тщательное удаление из расплава влаги и солей тяжелых металлов. Для этого солевую ванну обезвожи­ вают алюминием при температуре около 600 °С. Еще более высокой степени очистки удается достигнуть применением порошка сплава, со­ стоящего из 30 % А1 и 70 % Mg [16, 18].

При подготовке поверхности изделий из алюминиевых сплавов к пайке рекомендуется

едкого натра при 60 °С с последующей промыв­ кой в холодной воде и обработкой в 20 %-ном растворе азотной кислоты, после чего следует тщательная промывка в проточной горячей и холодной воде и сушка горячим воздухом. Пайку рекомендуется производить не позже чем через 2 - 3 суток после травления.

При пайке погружением в расплав флюса необходим предварительный подогрев изделий до 400 500 °С. Сборку изделий под пайку производят с помощью специальных приспо­ соблений, не взаимодействующих с солевыми расплавами. Приспособления изготовляют из коррозионно-стойких сталей, инконеля, керамики.

Своеобразной разновидностью флюсовой высокотемпературной пайки алюминия и его сплавов является реактивно-флюсовая. Флюсыпасты для этой цели, как правило, содержат до 90 % активных хлоридов. При использовании таких паст наблюдается заметная эрозия ос­ новного металла. Для избежания указанного недостатка пайку производят погружением в солевую ванну, в состав которой вводят не­ большое количество (в сумме до 1 %) активных

хлоридов типа хлористого цинка, хлористого олова, хлористого кадмия и др.

В связи с тем что остатки флюсов чрез­ вычайно коррозионно-активны, особенно при эксплуатации паяных соединений в электро­ проводящих средах, необходимо сразу же по­ сле пайки изделия подвергать тщательной об­ работке с целью удаления остатков флюсов; с этой целью их промывают в горячей и холод­ ной проточной воде с последующей обработ­ кой в 5 %-ном растворе азотной кислоты или в 10 %-ном растворе хромового ангидрида. Однако флюсы могут оказаться и внутри пая­ ного шва, и такая обработка не устранит опас­ ности возникновения очагов коррозии. В этом заключается основной недостаток флюсовой пайки алюминиевых сплавов.

Прочностные характеристики паяных со­ единений при применении наиболее распро­ страненных припоев приведены в табл. 10.

Низкотемпературную пайку алюминия и его сплавов припоями на основе олова можно осуществить с применением флюсов на основе высококипящих органических соединений типа триэтаноламина с добавками в качестве актив­ ных компонентов борфторидов кадмия и цин­ ка. Применение этих флюсов хотя и обеспечи­ вает удаление оксида алюминия при пайке, но в промышленности они не нашли широкого распространения, так как не обеспечивают получения надежных и герметичных соедине­ ний. Кроме того, компоненты легкоплавких припоев в паре с алюминием образуют корро­ зионно-нестойкие соединения вследствие большой разности нормальных электродных потенциалов. Такие соединения не способны работать в коррозионно-активных средах. Ука­ занные недостатки и затруднения исчезают при использовании технологических покрытий под пайку. В качестве таких покрытий при низко­ температурной пайке алюминия принято ис­ пользовать медь, никель, серебро, цинк и т.п. Покрытие может быть нанесено электролити­ чески, химически, термовакуумным напылени­ ем и другими способами.

Наиболее высокое качество сцепления покрытия с основным металлом и коррозион­ ную стойкость паяных соединений обеспечива­ ет применение никельфосфорных покрытий, наносимых на поверхность алюминия химиче­ ским способом из специальных гипофосфитных растворов. Оптимальная толщина покры­ тия 17 25 мкм. После нанесения покрытия деталь подвергают термической обработке

нию прочности сцепления покрытия с поверх­ ностью паяемого металла.

Пайка по покрытию легкоосуществима оловянно-свинцовыми припоями с применени­ ем канифольно-спиртовых флюсов или флюсов на основе водных растворов хлористого цинка. Коррозионная стойкость таких соединений намного выше стойкости соединений из алю­ миния, выполненных без защитных покрытий. Соединения из сплавов АМц и Д16, выполнен­ ные по никельфосфорному покрытию припоем ПОС61, обеспечивают тср = 30 50 МПа. По­ сле годичных испытаний в 3 %-ном растворе поваренной соли прочность соединений сни­ жается лишь на 15 18%.

Коррозионная стойкость соединений, вы­ полненных по медному покрытию, особенно в коррозионно-активных средах, гораздо ниже, чем, по никельфосфорному покрытию; корро­ зионная стойкость повышается при пайке по цинковым покрытиям и, в частности, по слою цинкового сплава, содержащего 5 % А1. Слой нанесен на поверхность алюминия методом горячего плакирования. Пайку по цинковому покрытию рекомендуется вести припоем типа ПОСК51 с удалением оксидных пленок меха­ ническим способом или с помощью флюса на основе эвтектики NaOH-KOH, вводимой в ко­ личестве до 20 % в глицерин.

Бесфлюсовую высокотемпературную пайку алюминия можно осуществить в вакуу­ ме, в газовых средах без применения защитных покрытий (контактно-реактивным методом). В качестве припоя применяют кремний, медь или серебро, которые наносят на алюминий гальванически, термовакуумным напылением или методом горячего плакирования. Высокое качество паяного соединения получают при пайке в вакууме КГ3 Па и толщине покрытия 10 12 мкм. Пайку алюминия припоями типа силумин осуществляют в специальных газовых

средах: смесях аргона с парами магния. Такая атмосфера способна при 550 580 °С восста­ навливать оксид алюминия и обеспечивать смачивание паяемой поверхности припоями типа силумин. При пайке алюминиевых спла­ вов в атмосфере паров магния последний пере­ ходит из газообразной фазы в расплав. Предел прочности на срез соединений сплава АМгб,

онная стойкость получаемых соединений на­ много выше, чем при флюсовой пайке.

Пайку в защитной атмосфере можно осуществить при использовании самофлю-

таллов из группы Ni и Со; 0,2 Zn; 0,5 Mn; А1 - остальное]. Пайку этими припоями следует производить в среде аргона, гелия или в вакууме.

Бесфлюсовую пайку алюминия припоями типа 34А, силумин (ПСр 5АКЦ) можно произ­ водить по предварительно луженой поверхно­ сти припоем П200А. Лужение производят ме­ ханическим способом; толщина слоя 0,03 0,05 мм на сторону. Нагрев под пайку реко­ мендуется производить в печи в потоке аргона или на воздухе индукционным способом.

Прогрессивные способы пайки в вакууме и инертных средах значительно вытеснили пайку с применением флюсов. Пайку в вакууме осуществляют в специальных печах при разре­ жении 1 10'3 Па (в этом случае в камере пайки содержится 3 10"7 г/м3 кислорода и 2 10"8 г/м3 паров воды). В процессе нагрева с изделия и с внутренней поверхности печи происходит де­ сорбция паров воды и кислорода, что значи­ тельно ухудшает состав среды. Для улучшения состава атмосферы применяют распыляемый геттер - магний. При пайке в вакууме с распы­ ляемым геттером получают высококачествен­ ные паяные соединения. Недостатком этих печей и способа является сложность удаления

после пайки магния, конденсирующегося на стенках печного пространства, нагревателях и теплоотражающих экранах, а также длитель­ ность цикла нагрева изделия.

Альтернативой способу пайки в вакуум­ ных печах, имеющих внутри камеры экраны и нагреватели, является пайка в аргоне в печах с аэродинамическим подогревом. Внутри рабо­ чей камеры этих печей нет традиционных эк­ ранов и нагревателей, а нагрев в них осуществ­ ляют вращающиеся колеса с лопатками, и он происходит за счет диссипации энергии газа при его вихреобразовании на лопатках специ­ ального профиля. Примером использования такого способа нагрева является агрегат, соз­ данный в ОАО «Криогенмаш» для бесфлюсовой пайки алюминиевых изделий в аргоне. Агрегат состоит из термобарокамеры со встро­ енными аэродинамическими нагревателями

(АДН), систем очистки аргона и подачи его в камеру, вакуумирования, контроля и управле­ ния процессом пайки и средств загрузки и вы­ грузки изделия. Рабочая камера агрегата объе­ мом 40 м3 представляет собой гладкий сталь­ ной толстостенный цилиндр, внутри которой нет экранов, поэтому она легка и доступна для очистки от конденсирующихся компонентов. Перед напуском каталитически очищенного аргона камера вакуумируется до разрежения КГ3 Па; нагрев камеры до температуры 635 °С с градиентом по газу 3 5 °С осуществляется тремя встроенными АДН общей мощностью 450 кВт. Аэродинамические колеса, вращаю­ щиеся с переменной частотой (500, 1000, 1500 об/мин), позволяют регулировать интенсив­ ность нагрева. Теплоотдача от газа к изделию осуществляется путем интенсивной конвекции сильно турбулизированного потока газа, а так­ же теплопроводности по элементам конструк­ ции. По сравнению с вакуумной пайкой, при сопоставимых габаритах и показателях качест­ ва изделий, пайка в среде аргона за счет со­ кращения термического цикла (интенсивный нагрев в газе и выгрузка изделия при 400 °С) является более производительной (на 20 %), менее энергоемкой (на 30 %), а конструкция камеры пайки, не содержащей экранов, облег­ чает очистку камеры от сконденсированного магния [19].

Качество паяных соединений из алюми­ ниевых сплавов зависит как от выбора эффек­ тивного способа предварительной подготовки поверхностей деталей к пайке, включающего

удаление жировых загрязнений и «старых» оксидных пленок, так и от состава газовой сре­ ды, в которой производится пайка. Для подго­ товки поверхностей деталей к пайке распро­ странение получили в основном два способа: травление в щелочных растворах и в растворах кислот. Однако эти способы подготовки по­ верхности нельзя отнести к экологически чис­ тым. Между тем в настоящее время созданы универсальные кислотные и щелочные очи­ щающие средства, представляющие собой во­ дорастворимые, нетоксичные, взрывопожаро­ безопасные, полностью биоразлагаемые жид­ кости широкого спектра применения, в составе которых присутствуют поверхностно-активные вещества и компоненты, способные удалять с поверхностей алюминиевых сплавов жировые загрязнения и оксидные пленки. Такие средст­ ва в виде концентратов производит, например, российская компания «ЕСТОС». Продукция компании сертифицирована, по гигиеническим показателям допущена к производству на тер­ ритории России в качестве очищающих средств, в промышленности и в быту.

Активность растворов очистителей на ос­ нове ортофосфорной кислоты, например ЕСочиститель фасадов ФФ (ЕС - ФФ), начинается с 10 %-ной концентрации. В отличие от широ­ ко распространенных кислотных и щелочных способов подготовки поверхностей деталей обработка в растворе ЕС - ФФ производится при значительно меньшей потере металла (7,0 мкм/мин в NaOH и 0,09 мкм/мин в очисти­ теле ЕС - ФФ). Раствор ЕС - ФФ сохраняет высокую активность после обработки не менее 1,0 м2 на 1 л раствора без корректировки состава.

При пайке в вакуумных печах с разреже­ нием в камере пайки 1 10"3 Па газовая среда содержит 3 КГ7 г/м3 кислорода и 2 КГ8 г/м3 паров воды. При пайке в аргоне содержание паров воды и кислорода на 2 - 3 порядка выше, что неблагоприятно для пайки Al-сплавов. Так,

варгоне высшего сорта по ГОСТ 10157-79 содержится 7 КГ4 г/м3 кислорода. При пайке алюминиевых сплавов припоями типа силумин

втаком непроточном аргоне качественных соединений не образуется. Это еще связано и с непрерывным ухудшением атмосферы в про­ цессе пайки за счет термической дегазации паров воды и кислорода с поверхностей изде­ лия, камеры и приспособления. Улучшить со­ став газовой среды в данном случае можно за

счет предварительного и промежуточного ва­ куумирования камеры до 1 КГ3 Па, подогрева

изделия с приспособлением, дополнительной осушки аргона от паров воды и кислорода и применения нераспыляемого геттера - порис­ того титана. Например, в процессе пайки в аргоне высокой чистоты (ТУ 6-21-1279) при использовании названных приемов среда для пайки улучшается на порядок и содержит 6 КГ4 г/м3 кислорода и 1 КГ4 г/м3 паров во­ ды. Однако в аргоне при пайке сплава АМц эвтектическим силумином даже в такой среде не удается получить стабильное качество со­ единения. Условия пайки существенно улуч­ шаются, если в паяемом металле или припое содержится магний в количестве не более 1 %. При нагреве в атмосфере аргона алюминиевых сплавов, легированных магнием, магний прак­ тически не испаряется, а диффундирует к по­ верхности детали и способствует разрушению оксидной пленки и улучшению растекания припоя.

В результате технологический процесс, включающий каталитическую очистку аргона, двукратное вакуумирование камеры, использо­ вание нераспыляемого геттера, ампулирование изделия и подготовку паяемых поверхностей экологически чистыми растворами, реализован при пайке крупногабаритных пластинчато­ ребристых теплообменников (ПРТ) длиной 3000 мм и сечением 850 х 1100 мм. Пайка про­ изводится при температуре 605 ± 5 °С. Общее время цикла составляет 22 ч.

Конструктивно ПРТ представляет собой паяный пакет из проставочных листов толщи­

Припоем служит эвтектический (11,7 % Si) или близкий к эвтектическому силумин, которым с обеих сторон на толщину 80 120 мкм плаки­ рован проставочный лист. Количество припоя, наносимого на паяемые поверхности, должно быть расчетным, поскольку при недостаточной толщине плакированного слоя снижаются ка­ чество и прочность соединений, а при избы­ точной возможно растворение тонкостенных элементов.

При пайке крупногабаритных конструк­ ций ПРТ применение сплавов, содержащих магний, для тонкостенной насадки (0,15 0,3 мм) недопустимо, так как проникновение припоя по границам зерен приводит к полной потере ее устойчивости. Поэтому насадку изготавли­ вают из сплава АМц, в качестве материала для брусков используют сплав АД31, содер­ жащий магний, а для проставочных листов

применяют сплав АМц, плакированный эвтек­ тическим силумином.

Известны способы низкотемпературной пайки без применения флюсов, такие, как абра­ зивная пайка или пайка трением. При этом способе пайки оксидную пленку с поверхности алюминия можно удалить шабером, металли­ ческими щетками, частицами абразива; помо­ гают удалению оксида и первичные твердо­ жидкие кристаллы, находящиеся в расплаве припоя. Для лужения алюминия применяют также абразивные паяльники, у которых рабо­ чая часть представляет собой стержень из час­ тиц припоя и абразива.

Операция пайки осуществляется уже по­ сле абразивного лужения обеспечением плот­ ного контакта по луженым поверхностям при температуре полного расплавления припоя; возможна подпитка шва припоем. Ультразву­ ковое лужение можно производить с помощью ультразвуковых паяльников и в ультразвуко­ вых ваннах. В связи с тем что при ультразвуко­ вом лужении отмечается сильная эрозия ос­ новного металла, лужению этим способом нельзя подвергать изделия с толщиной стенок менее 0,5 мм. Применим также способ абра­ зивно-кавитационного лужения. При этом спо­ собе твердые частицы, находящиеся в жидком припое, в ультразвуковом поле оказывают до­ полнительное абразивное воздействие на ме­ талл. При пайке алюминия припоями-пастами на основе галлия в качестве наполнителя паст служат алюминий и сплав алюминия с магни­

пайке луженой поверхности чистым галлием с последующей термической обработкой а в = 28 38 МПа. Паяные швы выдерживают ударные, вибрационные и термоциклические нагрузки, обеспечивают вакуумную плотность не ниже 1 Па и имеют удовлетворительную коррозион­ ную стойкость. Применяют пайку алюминия цинковыми припоями по серебряному покры­ тию, нанесенному на поверхности пайки пред­ почтительно термовакуумным напылением с последующей термической обработкой.

Разработан ряд технологических процес­ сов, обеспечивающих надежное соединение алюминия с медью и ее сплавами, со сталью, никелевыми и другими сплавами. Основные трудности при осуществлении процесса пайки алюминия с указанными материалами заклю­ чаются в следующем: в выборе флюса или га­ зовой среды, обеспечивающей удаление окси­

дов с поверхностей столь разнородных мате­ риалов; в образовании хрупких соединений изза возникновения интерметаллидов в зоне шва; в наличии большой разности ТКЛР алюминия и перечисленных материалов. Первые две за­ дачи успешно решаются предварительным нанесением на поверхности соединяемых ма­ териалов защитных металлических покрытий. Пайку алюминия с медью можно осуществить по никелевому покрытию, нанесенному на алюминий химическим способом. Пайку про­ изводят в водороде припоем состава (в %): 49 Ag, 20 Си, 31 In; температура пайки близка к температуре плавления алюминия. Пайка алю­ миния с медью и ее сплавами может быть так­ же осуществлена нанесением защитных по­ крытий типа цинка, серебра и их сплавов на поверхность меди. При этом используют при­ пои на основе олова, кадмия, цинка. Через се­ ребряное покрытие на меди может быть осу­ ществлена контактно-реактивная пайка с обра­ зованием в паяном шве хрупкой эвтектики Al-Ag-Cu. Такие паяные соединения могут быть использованы только в ненагруженных конструкциях.

Соединение алюминия со сталью, в том числе и с коррозионно-стойкой, облегчается при предварительном лужении поверхности стальной детали легкоплавкими оловянистосвинцовыми припоями, алюминием и алюми­ ниевыми припоями с применением активных флюсов на основе хлористых и фтористых со­ лей. При пайке алюминия со сталью очень важно строго ограничивать режим из-за опас­ ности образования хрупких интерметаллидов в паяных швах (время выдержки не должно пре­ вышать 1 4 мин, температура пайки - задан­ ного предела).

Пайка алюминия с титаном возможна только по слою алюминия или олова, нанесен­ ному на поверхность титана путем горячего лужения.

ПАЙКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Магний является самым легким (плот­ ность 1,8 1,4 г/см3) и дешевым конструкци­ онным материалом. Низкая плотность сочета­ ется с высоким временным сопротивлением

Высокие прочность и устойчивость при дина­ мических нагрузках позволяют широко ис­ пользовать эти сплавы в различных конструк­

циях. Пайка затруднена тем, что из всех конст­ рукционных металлов магний обладает наи­ большей активностью. Он известен как геттер. При окислении на поверхности магния образу­ ется пленка сложного состава, содержащая оксид магния, гидроокись магния, углекислые, сернокислые и другие соединения. На поверх­ ности сплавов магния оксидная пленка имеет более сложный состав за счет окисления леги­ рующих компонентов сплава. Эта химически устойчивая пленка не удаляется в известных активных средах и в вакууме до КГ3 КГ4 Па. Процесс пайки затруднен еще и тем, что гидрат оксида магния при нагреве выше 300 400 °С разлагается с выделением воды и водорода.

Плотность сплавов магния меньше плот­ ности солевых систем, используемых в качест­ ве флюса, поэтому в шве при флюсовой пайке неизбежно присутствуют остатки солей. Маг­ ний имеет наиболее электроотрицательный потенциал (-2,38 В), что затрудняет нанесение надежных покрытий электрохимическим и химическим методами; отличается низкой кор­ розионной стойкостью. Сплавы на основе маг­ ния являются активным эмиттером, что создает определенные трудности при нанесении по­ крытий в тлеющем разряде ионным способом.

Пайку изделий осуществляют паяльни­ ком, газопламенными горелками, нагревом ТВЧ, погружением в ванну с расплавленным флюсом, в печи с контролируемой средой или в вакууме. При использовании газопламенного нагрева подогрев изделий должен осуществ­ ляться бензино-воздушной горелкой или пла­ менем, образуемым при сгорании газов - заме­ нителей ацетилена в смеси с воздухом. Не до­ пускается применение ацетилено-кислородного пламени.

При сборке деталей под пайку следует тщательно удалить стружку, пыль и заусенцы, которые могут явиться источником воспламе­ нения. Смазочные материалы, маркировочную краску удаляют промывкой в бензине, ацетоне

последующей промывкой в теплой воде и суш­ кой при 60 80 °С. Поверхности деталей в местах пайки должны быть тщательно зачище­ ны от загрязнений и окислов. Зачистку произ­ водят напильником, стальной щеткой или ша­ бером. Оксидную пленку удаляют обработкой в водном растворе хромового ангидрида с кон­

с последующей промывкой в горячей и холод­ ной воде. Подготовленные таким образом де­ тали собирают в приспособлениях. Перерыв между подготовкой деталей и пайкой не дол­ жен превышать 5 ч. Зазор при флюсовой пайке

В настоящее время разработано несколь­ ко способов пайки магниевых сплавов, кото­ рые можно осуществлять с флюсами и без флюсов. Флюсовую пайку магниевых сплавов выполняют при 450 600 °С с использовани­ ем припоев на основе магния и флюсов на ос­ нове галлоидов щелочных и щелочно­ земельных металлов (табл. 11 и 12).

Флюс должен быть хорошо просушен, так как наличие в нем влаги способствует образо­ ванию на поверхности магния оксидов, затруд­ няющих пайку. Нагрев под пайку рекомендует­ ся вести таким образом, чтобы пламя не сопри­ касалось с поверхностью, по которой должен растекаться припой. Флюс при наличии нахле­ стки более 5 мм необходимо подавать не толь­ ко к месту подвода припоя, но и с противопо­ ложной стороны. Только после расплавления флюса и затекания его в зазор следует начинать вводить припой, который в основном плавится за счет тепла паяемых деталей.

Широкое распространение получил метод пайки магниевых сплавов погружением в рас­ плавленный флюс. Собранные в приспособле­ ния узлы нагревают в печи до 400 450 °С, а

затем на 1 3 мин погружают в ванну с рас­ плавленным флюсом.

Пайку в печи выполняют с флюсом, ко­ торый наносят на изделие в виде сухого по­ рошка, при этом следует применять электриче­ ский или газовый обогрев с автоматическим регулированием температуры. Эффективен нагрев электрическими нагревательными пли­ тами. В них легко поддерживать необходимую температуру, что очень важно при пайке маг­ ниевых сплавов. Спаянный узел охлаждают до

а затем в холодной воде, после чего дополни­ тельно обрабатывают при 20 30 °С в хромо­ вокислой ванне, промывают в холодной и го­ рячей воде и высушивают в сушильном шкафу при 60 70 °С [11].

Низкотемпературную пайку магниевых сплавов можно осуществлять только по пред­ варительно нанесенным покрытиям легкопаяемых металлов, например меди, никеля или серебра. Электроосаждение олова и никеля осуществляют обычными методами из стан­ дартных электролитов. Гальванические покры­ тия следует наносить после тщательной подго­ товки поверхности и декапирования. Подго­ товка поверхности деталей заключается в по­ гружении на 1 3 мин в ванну, содержащую 150 г/л хромового ангидрида и 240 г/л азотной кислоты.

12. Флюсы для пайки магниевых сплавов

Содержание компонентов (массовые доли), %

Температура.°С

Декапирование изделий из магниевого сплава перед покрытием производят путем погружения на 2 мин в ванну, состоящую из 400 г/л ортофосфорной кислоты и 100 г/л фто­ ристого калия.

Покрытие медью осуществляют после контактного осаждения цинка в электролите, содержащем (в г/л): 45 цинкового купороса, 210 пирофосфорнокислого натрия и 5 углеки­ слого натрия. Продолжительность осаждения

ратуру ванны и продолжительность обработки выбирают в зависимости от требуемой толщи­ ны цинкового покрытия. Осаждение меди про­ изводят из раствора состава (в г/л): 40 меди цианистой, 50 натрия цианистого, 30 углеки­ слого натрия, 45 сегнетовой соли, 7 едкого

ность тока 3 4 А/дм2.

Нанесение покрытий на магниевые спла­ вы гальваническим путем сопряжено со значи­ тельными трудностями. Надежное покрытие магниевых сплавов практически любым метал­ лом обеспечивает ионный способ нанесения в тлеющем разряде. Покрытые изделия паяют методами и припоями, применяемыми для пай­ ки металла покрытия.

При зачистке паяного шва, выполненного с использованием флюса, не следует стремить­ ся удалять с него литейную корку, так как она защищает металл от коррозии. Однако если ее

не удается сохранить, то надо следить за тем, чтобы из открывшихся под ней пор или рако­ вин были тщательно удалены остатки флюса.

В качестве газовых сред для пайки спла­ вов на основе магния можно использовать ар­ гон высшей категории, азот с точкой росы -50 °С, вакуум 10"1 10-2 Па и активную га­ зовую среду, состоящую из аргона или азота, активированного парами хлористого аммония 0,1 % (объемные доли). Применение активной среды позволяет паять предварительно покры­ тые медью, никелем или серебром магниевые сплавы при 150 550 °С. Разработаны три способа пайки в этих средах.

• 1. Пайка магниевых сплавов по покры­ тию меди, никеля или серебра в аргоне, акти­ вированном парами хлористого аммония. В качестве припоев используют сплавы с 7 ^ = = 200 ... 300 °С (например, оловянно-свинцо­ вые). Нагрев и охлаждение производят в атмо­ сфере аргона, содержащего пары хлористого аммония. Использование среды обеспечивает затекание припоя в зазор, качественное удале­ ние оксидов. Обработки поверхности после пайки не требуется. Временное сопротивление при растяжении соединений равно 40 50 МПа.

• 2. Пайка с использованием припоевпаст на основе галлия. Процесс пайки можно осуществлять в среде аргона и азота. Припоипасты состава, приведенного в табл. 13, легко наносятся и при 20 °С. Обе паяемые поверхно­ сти с нанесенным припоем приводят в контакт, который надо сохранить в процессе пайки.

Соединения, полученные этим методом, обладают достаточной герметичностью, а пре­ дел прочности на срез достигает 50 МПа. От­ мечается нестабильность механических харак­ теристик. Содержание галлия в составе паст дает возможность получать температуру рас­ пайки значительно более высокую, чем темпе­ ратура пайки. Особенность этого метода пайки заключается также в возможности получения паяных соединений при 150 600 °С, что расширяет диапазон применения пайки.

• 3. Контактно-реактивная пайка магние­ вых сплавов. Соединение деталей этим мето­ дом осуществляют с применением промежу­ точных прокладок металлов-припоев, обра­ зующих эвтектики с магнием. В качестве при­ поев целесообразно использовать медь или никель (толщиной примерно 20 мкм). Процесс осуществляют в нейтральной среде, азоте или вакууме при обеспечении постоянного поджа-

Разновидностью этого метода пайки является контактно-реактивная пайка сопротивлением с удалением жидкой фазы. Этим методом паяют стыковые соединения. Продолжительность нагрева составляет доли секунды (например, для детали диаметром 10 мм время нагрева при пайке 0,45 с). Этот метод обеспечивает полу-

чение высокопрочных соединений, сохранение чистоты соединяемых поверхностей и в значи­ тельной степени свойств основного металла.

Характер коррозионного разрушения паяных соединений магниевых сплавов отли­ чается от коррозионного разрушения других материалов. Шов является катодным участком вследствие низкого электродного потенциала магния, в результате чего разрушению подвер­ гается основной материал, а не паяное соеди­ нение. Для предотвращения и уменьшения коррозии после пайки детали анодируют (под окраску) в электролите состава (в г/л): 280 ки­ слого фтористого аммония, 70 двухромовокис­ лого натрия, 65 ортофосфорной кислоты. Тем­

Равномерную, устойчивую к истиранию и поддающуюся полированию поверхностную пленку, которая (после дополнительного воскования) обладает высокой коррозионной стойкостью в средах с большой относительной влажностью, дает обработка магниевых изде­ лий (после пайки) в ванне следующего состава

кислоты. Ванна работает при низких темпера­

ниевых сплавов против коррозионного разру­ шения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Беляков И. Т., Борисов Ю. Д. Осно­ вы космической технологии. М.: Машино­ строение, 1980. 184 с.

2.Вологдин В. В., Кущ Э. В. Индукци­ онная пайка. Л.: Машиностроение, 1979. 80 с.

3.Гржимальский Л. Л., Ильевский И. И. Технология и оборудование пайки. М.: Маши­ ностроение, 1979. 240 с.

4.Журавлев В. Н., Николаева О. Н. Машиностроительные стали: Справочник. М.: Машиностроение, 1981. 391 с.

5.Иванов И. Н., Кузнецова Г. П. Тех­ нологические процессы пайки твердосплавного инструмента. М.: ВНИИинструмент, 1987. 91 с.

6.Калин Б. А., Севрюков О. Н. Новые аморфные припои для пайки титана и его спла­ вов // Сварочное производство. 2001. № 3. С. 37.

7.Клочко Н. А. Основы технологии пайки и термообработки твердосплавного ин­ струмента. М.: Металлургия, 1981. 200 с.

8.Краткий справочник паяльщика / Под общ. ред. И. Е. Петрунина. М.: Машино­ строение, 1991, 212 с.

9.Лашко Н. Ф., Лашко С. В. Пайка ме­ таллов. М.: Машиностроение, 1988. 376 с.

10.Лашко С. В., Врублевский Е. И. Технология пайки изделий в машиностроении: Справочник проектировщика. М.: Машино­ строение, 1993. 461 с.

П .П етрунин И. Е., М аркова И. Ю., Екатова А. С. Металловедение пайки. М.: Металлургия, 1976. 264 с.

12. Петрунин И. Е., Шеин Ю. Ф., Мос­ каленко А. П. Влияние режимов пайки и тер­ мообработки на свойства соединений стали 20 / В кн.: Пути повышения качества, долговечно­ сти и надежности сварных и паяных изделий. М.: МДНТП, 1980. 200 с.

13.Петрунин И. Е., Шеин Ю. Ф., Ер­ маков В. А. Исследования по технологии пай­ ки нержавеющей стали 20X13 / В кн.: Пайка в машиностроении. Омск: ОДТ, 1980. 208 с.

14.Петрунин И. Е., Мороз П. К., Стре­ калов Г. Н., Шеин Ю.Ф. Пайка при производ­ стве крупногабаритных строительных метал­ локонструкций. М.: Стройиздат, 1980. 149 с.

15.Понимаш И. Д., Орлов А. В., Рыб­ кин Б. В. Вакуумная пайка реакторных метал­ лов. М.: Энергоатомиздат, 1995. 190 с.

16.Смирнов Г. Н. Прогрессивные спо­ собы пайки алюминия. М.: Металлургия, 1981. 240 с.

17.Справочник по пайке/ Под ред. И. Е. Пет­ рунина. М.: Машиностроение, 1984. 400 с.

18.Сторчай Е. И. Флюсовая пайка алю­ миния. М.: Металлургия, 1980. 124 с.

19.Сторчай Е. И., Горбатский Ю. В., Соколова А. В., Лантушенко Л. С. Разработ­ ка способа пайки алюминиевых пластинчато­ ребристых теплообменников в среде аргона // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1999. № 9. С. 6.

20.Хряпин В. Е. Справочник паяльщика. М.: Машиностроение, 1981. 349 с.

21.Шеин Ю. Ф. Особенности бесфлюсовой пайки низкотемпературными припоями /

Вкн.: Надежность и качество паяных изделий. М., 1982. 302 с.

22.Шеин Ю. Ф., Сторчай Е. И., Лан­ тушенко Ю. Н. Универсальный припой для

пайки узлов криогенной техники из сталей и медных сплавов. Сб. 2: Пайка Современные тех­ нологии, материалы, конструкции / ЦДРЗ, 2001.

23. Шибал ов М. В. Пайка с кристаллиза­ цией под давлением. М.: Металлургия, 1980. 68 с.

ПАЙКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Поверхность изделия из полупроводника предварительно облуживают в расплаве припоя с помощью ультразвукового паяльника, спосо­ бом гальванического покрытия (никелирова­ ние, золочение). Пайку производят в печах с контролируемой средой (нейтральной, восста­ новительной), в вакууме или методом сопро­ тивления предварительно облуженных поверх­ ностей. При соединении изделий с уже гото­ вым переходом требуется строго выдерживать температуру нагрева, для чего применяют тер­ морегуляторы.

Пайку тонких электрических выводов можно осуществлять на воздухе микропаяль­ никами с использованием защитных или ак­ тивных флюсов (спиртового раствора канифо­ ли, флюса на основе хлористого цинка и хло­ ристого аммония). После флюсовой пайки из­ делие промывают деионизированной водой и сушат.

Для получения электрических контактов малой площади выводы присоединяют с по­ мощью связи, состоящей из металлического порошка компонентов припоя (олова, свинца, кадмия, алюминия, индия, сурьмы, фосфора) с разлагающейся при нагреве органической добав­ кой (смесь нитроцеллюлозы с бутилацетатом).

Операции по сборке изделия под пайку выполняют в сборочных линейках, имеющих контролируемую атмосферу и состоящих из нескольких соединенных между собой скафан­ дров, в которые подается воздух или азот опре­ деленной температуры и влажности. При пайке полупроводниковых материалов припои долж­ ны образовывать электронно-дырочный пере­ ход или невыпрямляющий омический контакт. В производстве германиевых и кремниевых приборов в качестве основы припоев приме­ няют алюминий, индий и сплавы на основе олова и свинца. Для создания в месте контакта проводимости электронного типа в основу припоев в качестве примесей вводят фосфор, мышьяк, сурьму и висмут. Для обеспечения невыпрямляющего омического контакта в ос­ нову припоев добавляют бор и галлий.

При создании переходов и омических контактов на интерметаллических соединениях применяют олово, висмут, сурьму, цинк, кад­ мий и др.

Пайку полупроводников используют |*ак при внутреннем монтаже приборов - припайка токоотводов, напайка перехода на кристал^о- держатель, так и при наружном монтаже _ припайка внешних выводов, герметизация.

Состав припоев влияет на электрические параметры паяемых приборов, поэтому При выборе припоев следует учитывать их элек­ трофизические свойства, например электропро­ водность, температурный коэффициент линейно­ го расширения. Составы припоев для низкотем­ пературной пайки приведены в табл. 1. Для пай­ ки полупроводников применяют также припоипасты на основе галлия; для обеспечения на­ дежности смачивания контактной поверхности используют ультразвук. Составы припоев и режимы пайки германия и кремния приведены

втабл. 2.

Вкачестве флюсов используют спирто­ вые и водные растворы хлористого цинка и хлористого аммония или вазелиновые пасты (бескислотные флюсы - раствор канифоли в спирте). При высокотемпературной пайке при­ меняют флюсы на основе буры.

Паяемость полупроводников на основе твердых растворов халькогенидов сурьмы и висмута зависит от следующих факторов: спо­ соба производства полупроводников (экстру­ зия, прессование, зонная плавка), технологии подготовки поверхности, состава припоев, режима пайки.

Диффузионные процессы между припоем

иполупроводником способствуют образова­ нию соединений, увеличивающих переходное сопротивление термоэлемента, поэтому вре­

мя контакта полупроводника с припоем в

1. Составы низкотемпературных припоев, применяемых при пайке

германия и кремния