ФЛЮС ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ Российский патент 1995 года по МПК B23K35/363 

Изобретение относится к низкотемпературной пайке, в частности к составам флюса для пайки труднопаяемых легких металлов и сплавов, таких как алюминий и сплавы на его основе, и может быть использовано в приборостроении, в радиоэлектронной промышленности, машиностроении, космической технике.

Главным препятствием для пайки легких металлов и сплавов на основе алюминия является высокая химическая и термодинамическая стойкость окислов.

Для восстановления этих окислов практически отсутствуют газовые среды, а их диссоциация в вакууме требует разрежения свыше 10^-27 мм рт.ст. Поскольку температура плавления этих окислов выше 2000^оС, то для их удаления при температуре ниже температуры плавления паяемого материала необходимы активные химические реакции, для чего используют различные составы расплавленных солей.

Известен флюс для пайки алюминия и его сплавов, содержащий хлористый калий, хлористый литий, фтористый натрий, хлористый кадмий и хлористое олово при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хлористый калий 43-47 Хлористый литий 36-40 Фтористый натрий 9-11 Хлористый кадмий 3,5-4,5 Хлористое олово 2,5-3,5 [1].

Известен также флюс для пайки алюминия с медью, содержащей хлористое олово, хлористый аммоний, фтористый натрий, алюмолитиевый гидрид и кремнефтористый свинец при следующем содержании компонентов, мас.%: Хлористое олово 70-74 Хлористый аммоний 8-16 Фтористый натрий 3-5 Алюмолитиевый гидрид 5-9 Кремнефтористый свинец 4-6 [2].

Недостатком известных флюсов является то, что они не обеспечивают защиты паяемого металла или сплава и припоя от окисления, так как в процессе пайки под действием температуры во флюсе происходит химическая реакция, при которой часть компонентов флюса (кремнефтористый свинец и хлористое олово) расходуется полностью или частично, флюс теряет способность сохранять покровное действие до конца пайки, что приводит к снижению механической прочности паяльного соединения за счет появления в них пористости и непропаев.

Кроме того, температурный интервал активности этих флюсов находится выше 250^оС, что не позволяет применять их для пайки низкоплавкими (до 250^оС) припоями.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому флюсу является флюс для низкотемпературной пайки алюминия мягким припоем, содержащий хлорид тяжелого металла, например цинка, олова, или их смесь, галогенид аммония (хлорид или бромид) или щелочного металла (хлорид или бромид лития, хлорид или бромид натрия, хлорид калия), фторсодержащее соединение аммония (фторид или бифторид аммония) или щелочного металла (фторид лития или натрия, или калия; бифторид калия) и галоидное соединение серебра, выбранное из группы соединений - хлорид, бромид или иодид серебра при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорид цинка или хлорид олова 60-90
Галогенид аммония
и/или галогенид щелочного металла 2-25
Фторид аммония
и/или фторид щелоч- ного металла 1-20 Галогенид серебра 0,5-20 [3].

Данный флюс состоит из многокомпонентной солевой смеси, при нагревании которой образуются низкоплавкие эвтектики хлоридов тяжелых металлов, аммония или серебра. Температурный интервал флюсующей активности флюса находится в пределах 160-200^оС.

Во время пайки при контакте алюминия с флюсом на поверхности паяемого металла происходит реакция вытеснения из флюса легкоплавких тяжелых металлов и серебра.

В результате такого контактного обмена окисная пленка алюминия разрушается и на его поверхности образуется защитное покрытие из легкоплавких тяжелых металлов, легированных серебром.

Недостатком известного флюса является то, что согласно реакциям вытеснения в процессе пайки происходит расходование хлоридов цинка, олова и галогенидов серебра, в связи с чем флюс из низкоплавкого превращается в тугоплавкий. Спаиваемые детали в месте контакта с тугоплавким флюсом покрываются твердой солевой коркой, не способной защитить поверхность алюминия и припоя от контакта с воздухом и предотвратить их окисление. Флюс утрачивает способность сохранять покровное действие до конца пайки, что приводит к повышению пористости и снижает его механическую прочность.

Кроме того, дефицитность галогенидов серебра приводит к увеличению стоимости флюса, а наличие в его составе фторидов аммония и фторидов щелочных металлов обуславливает их высокую токсичность и необходимость обезвреживания промывных вод после промывки спаянных деталей от остатков солей.

Цель изобретения - повышение механической прочности паяного соединения за счет сохранения покровного действия флюса до конца пайки и улучшения растекаемости припоя.

Поставленная цель достигается тем, что известный флюс для низкотемпературной пайки алюминия и его сплавов, содержащий хлорид или бромид или иодид щелочного металла, и/или аммония, хлорид или бромид или иодид цинка, олова, дополнительно содержит хлорид или бромид или иодид кадмия, сурьмы и алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорид или бромид
или иодид щелочного
металла и/или аммония 5,0-24,0
Хлорид или бромид, или иодид цинка 0,075-12,40
Хлорид или бромид, или иодид олова 0,375-62,20
Хлорид или бромид, или иодид кадмия 0,025-4,20
Хлорид или бромид, или иодид сурьмы 0,025-4,20
Хлорид или бромид, или иодид алюминия 12-75,5
Введение в предлагаемый флюс хлорида или бромида или иодида алюминия обеспечивает совместно с хлоридом или бромидом или иодидом щелочных металлов (лития, натрия, калия) или аммония образование низкоплавкой солевой пленки, защищающей поверхность алюминия и его сплавов от окисления. При этом низкоплавкая солевая пленка не вступает в химическую реакцию с поверхностью алюминия и его сплавов, что обеспечивает сохранение покровного действия флюса до конца пайки и повышение механической прочности паяного соединения.

Введение в состав флюса хлорида или бромида или иодида кадмия и/или сурьмы, являющихся солями тяжелых металлов, совместно с такими солями тяжелых металлов как хлорид или бромид, или иодид цинка, и/или олова обеспечивает не только очистку поверхности алюминия и его сплавов от окислов за счет реакции контактного обмена, в результате которой происходит разрушение окисной пленки алюминия с образованием защитного покрытия из легкоплавких тяжелых металлов, но и способствует улучшению растекаемости припоя по его поверхности, что исключает порообразование и непропаи и также обеспечивает повышение механической прочности паяного соединения.

Кроме того, предлагаемый флюс не содержит дефицитных соединений.

В лабораторных условиях осуществлялась пайка алюминия марки Д-16 с помощью предлагаемого флюса. Для этого с каждым из защищаемых галогенов готовились составы, содержащие защищаемые соотношения компонентов (см. табл. 1-3).

Для приготовления каждого из составов предлагаемого флюса для низкотемпературной пайки алюминия и его сплавов берут навески хлорида (примеры 1-7), или бромида (примеры 10-17), или иодида (примеры 19-15) защищаемых компонентов, помещают их в фарфоровый стакан, перемешивают и нагревают до полного расплавления солей, затем охлаждают и используют как флюс.

Для получения сравнительных данных готовился флюс (примеры 8, 9, 18, 26, 27) по заявке Великобритании N 1582670, взятой за прототип.

После осуществления пайки алюминия во всех примерах, в том числе и в прототипе, определялась прочность соединения припоя ПОС-40 с паяемой поверхностью и площадь растекания припоя ПОС-40 (навеска 0,3 г) при 230^оС (см. табл. 4).

Как видно из приведенных примеров, механическая прочность паяного соединения при использовании предлагаемого флюса по сравнению с механической прочностью паяного соединения при использовании известного флюса, взятого за прототип, повышается в 1,5-2 раза, а растекаемость припоя увеличивается также в 1,5-2 раза.

Использование предлагаемого флюса для низкотемпературной пайки алюминия и его сплавов позволяет по сравнению с известным флюсом, взятым за прототип, повысить механическую прочность паяного соединения за счет сохранения покровного действия флюса до конца пайки и улучшения растекаемости припоя, а также исключить использование дорогостоящих и токсичных соединений.

Использование: в приборостроении, радиоэлектронной промышленности, машиностроении, космической технике. Сущность изобретения: флюс для низкотемпературной пайки алюминия и его сплавов содержит компоненты в следующем соотношении, мас. % : хлорид или бромид, или иодид щелочного металла, и/или аммония 5,000 - 24,000; хлорид или бромид, или иодид цинка 0,075 - 12,400; хлорид или бромид, и/или иодид олова 0,375 - 62,200; хлорид или бромид, или иодид кадмия 0,025 - 4,200; хлорид или бромид, или иодид сурьмы 0,025 - 4,200; хлорид или бромид, или иодид алюминия 12,000 - 75,500. 4 табл.

ФЛЮС ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ, содержащий хлорид, или бромид, или иодид щелочного металла и/или аммония, хлорид, или бромид, или иодид цинка и олова, отличающийся тем, что флюс дополнительно содержит хлорид, или бромид, или иодид кадмия, сурьмы и алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорид, или бромид, или иодид щелочного металла и/или аммония - 5,0 - 24,0
Хлорид, или бромид, или иодид цинка - 0,075 - 12,40
Хлорид, или бромид, или иодид олова - 0,375 - 62,20
Хлорид, или бромид, или иодид кадмия - 0,025 - 4,20
Хлорид, или бромид, или иодид сурьмы - 0,025 - 4,20
Хлорид, или бромид, или иодид алюминия - 12,0 - 75,5