СПОСОБ ПАЙКИ АЛЮМИНИЯ, ФЛЮС, НЕ СОДЕРЖАЩИЙ ПРИПОЯ, И ГОТОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ФЛЮСА Российский патент 2002 года по МПК B23K1/00 B23K35/363 B23K103/10 

Изобретение относится к способу пайки алюминия без применения припоя и к флюсу для этого способа.

При пайке металлические детали соединяют с помощью расплавленного припоя. При пайке применяют флюс, чтобы получить чистую поверхность и, таким образом, прочное соединение материалов. Уже разработаны флюсы для того, чтобы очень хорошо решить эту задачу при пайке алюминия. Особенно подходит флюс на основе фторалюминатов калия. Получение фторалюминатов калия или их применение в качестве флюсов описано, например, в патентах США 3951328; 4428920; 4579605; 5318764; в немецкой выложенной заявке DE 19519515 А1; в немецкой патентной заявке 19520812 и в немецкой заявке 19537216.

Наиболее близким решением согласно уровню техники является решение по патенту US 4906307, в котором описывается способ пайки алюминия с использованием флюса, содержащего фторалюминат калия, и готовая смесь для флюса, не содержащего припоя. Этот флюс при желании можно применять с другими добавками, как, например, фтористый литий или фтористый натрий. Также можно использовать диспергаторы.

Известные из уровня техники способы пайки алюминия всегда осуществляют таким образом, что наряду с применением флюса на соединяемые металлические детали всегда нужно накладывать металлический припой. Согласно сущности патентов США 5100048 и 5190596 это можно осуществить путем добавления к флюсу металлов, как, например, кремния, меди или германия. Согласно другим способам можно использовать алюминиевые детали, покрытые металлом припоя. Недостатком этих известных способов является то, что в них всегда предусмотрена рабочая операция по нанесению или примешиванию металла припоя или другого металла, как, например, кремния, меди или германия. Задачей данного изобретения является предложить способ пайки алюминия, который позволяет производить пайку без применения металла припоя. Эта задача решается с помощью способа согласно изобретению и флюса, а также готовой смеси для флюса для применения в способе согласно изобретению.

Способ согласно изобретению для пайки алюминия с применением флюса, содержащего фторалюминат калия, предусматривает, что работа проводится без припоя и применяют флюс, который содержит 6-50 мас.% K₂SiF₆ и 50-94 мас.% фторалюмината калия или состоит из них. Если фторсиликат содержится в количестве меньшем, чем 6 мас.%, то качество паяного соединения снижается. Предпочтительно содержание K₂SiF₆ во флюсе составляет 30 мас.%. Фторалюминат калия содержится в этом случае во флюсе в количестве 93-70 мас.%. В частности, содержится от 7 до менее чем 30 мас.% K₂SiF₆ и от 93 до более чем 70 мас. % фторалюмината калия. Термин "фторалюминат калия" включает известные комплексные калиевые фториды алюминия, составленные из калия, алюминия, фтора и, при необходимости, воды. Предпочтительные для изобретения флюсы содержат в качестве фторалюминатов калия KAlF₄, K₂AlF₅ и/или K₂AlF₅ Н₂О. K₃AlF₆ не содержится во флюсе или содержится в незначительных количествах, например до 5 мас. %. При этом пентафторалюминат может быть также в форме необратимо дегидратизированного продукта, получение которого осуществляется путем нагревания гидратированного материала до температуры выше 260^oС, описанного в немецкой выложенной заявке DE 19519515 A1.

Можно применять флюс как таковой, при необходимости при совместном применении обычных вспомогательных материалов. Например, в качестве вспомогательного материала можно предусмотреть связующее, которое оказывает воздействие на адгезию флюса с поверхностью соединяемых алюминиевых деталей.

Целесообразно использовать флюс в виде готовой смеси для флюса, которая содержит флюс в виде взвеси или пасты в воде, органической жидкости или в смеси в воде и органической жидкости. В качестве "органической жидкости" целесообразно использовать обычно применяемые в качестве органических жидкостей, как, например, спирты, в частности, метанол, этанол, пропанол или изопропанол. Для получения смеси можно смешивать K₂SiF₆ и фторалюминат калия по отдельности или в виде смеси с жидкой фазой.

Содержание воды или органической жидкости устанавливают таким, чтобы достичь желательной консистенции взвеси или пасты. Взвесь или паста содержит предпочтительно 3-70 мас. % флюса, остаток до 100 мас.% - это вода или органическая жидкость, некоторое количество загрязнений и некоторое количество других вспомогательных веществ, как, например, диспергаторы.

Способ согласно изобретению можно применять для деталей из алюминия или из сплавов алюминия. Разумеется, содержание магния в сплавах должно быть ниже 0,5 мас.%. Пайку можно проводить обычным способом, например в печи или с помощью горелки. Нужную температуру пайки можно определить при необходимости экспериментально. Оптимальными условиями для пайки алюминия является диапазон температур от 580 до 605^oС.

Покрытие подлежащих пайке компонентов можно осуществлять обычным способом, например путем окунания, набрызгивания, намазывания, накатывания или нанесения кистью.

Способ согласно изобретению пригоден, в общем, для соединения деталей из алюминия или алюминиевых сплавов с помощью пайки без добавки припоя. Особенно он пригоден для пайки холодильников и теплообменников, например для автомобильной промышленности, а также в электронной промышленности для пайки проводов всех видов и размеров. Можно спаивать, например, также тонкую фольгу.

Другим предметом изобретения является флюс, не содержащий припоя. Он отличается тем, что он содержит от 6 до 50 мас.% K₂SiF₆ и 50-94 мас.% фторалюмината калия или состоит из обоих этих веществ. Предпочтительные количества этих обоих веществ и предпочтительно применяемые фторалюминаты калия описаны выше. По желанию во флюсе могут содержаться также обычные вспомогательные средства, как, например, связующие. Флюс согласно изобретению, не содержащий припоя, может быть также в форме замазки, причем вещества могут быть в наличии отдельно друг от друга и предусматриваться для совместного применения в способе согласно изобретению.

Другим предметом изобретения является готовая смесь для флюса, не содержащая припоя. Она включает эффективное для пайки алюминия без применения припоя содержание флюса, который содержит 6-50 мас.% K₂SiF₆ и 50-94 мас.% фторалюмината калия, а также другие обычные вспомогательные вещества, в частности воду и/или органические жидкости. Предпочтительная смесь для флюса для пайки без применения припоя включает 3-70 мас.% флюса, а также воду и/или органические жидкости в виде остального количества до 100 мас.%, а также при необходимости другие обычные вспомогательные вещества, как, например, связующие или диспергаторы.

Применение K₂SiF₆ и фторалюмината калия для получения флюса или готовой смеси для флюса, которые пригодны для бесприпойной пайки алюминия или алюминиевых сплавов, является новым и также является предметом изобретения.

Изобретение позволяет проводить пайку алюминия без отдельного добавления припоя или металла. Это облегчает техническое применение и к тому же снижает стоимость способа пайки.

Следующие примеры поясняют изобретение более подробно, не ограничивая его объем.

Пример 1.

Получение флюса согласно изобретению
2,5 г K₂SiF₆ и 10 г Nocolok, a, фторалюмината калия на основе KAlF₄ и K₂AlF₅, продукта Solvay & Derivate GmbH, смешивают друг с другом в тонко распределенной форме.

Пример 2.

Получение взвеси флюса согласно изобретению
а) 5 г воды смешивают с 2,5 г K₂SiF₆ и 10 г Nocolok, a с образованием водной взвеси с содержанием примерно 43 мас.% твердого вещества.

б) 5 г воды смешивают с 12,5 г полученного в соответствии с примером 1 флюса с образованием водной взвеси с содержанием примерно 43 мас.% твердого вещества.

Пример 3.

Применение взвеси, содержащей K₂SiF₆ и Nocolok, a, при пайке.

Общие данные: Уголок размером 40•5•0,5 мм из алюминиевого сплава АА 3003 напаивают на алюминиевые пластины размером 25•25•0,3 мм из того же материала. Детали окунают во взвесь, содержащую флюс, а затем нагревают с помощью пропановой горелки.

Взвесь получают путем смешивания заданных количеств воды, K₂SiF₆ и Nocolok, a(см. таблицу).

Пример 4.

Пайка в печи для пайки
Проведение способа осуществляется аналогично примеру 3.5, однако детали вводят в печь для пайки, нагретую до 600^oС. Частички извлекают из печи спаянными.

Изобретения могут быть использованы при соединении пайкой алюминиевых деталей. Используют флюс, содержащий 50-94 мас.% фторалюмината калия и 6-50 мас. % фторсиликата калия. Флюс содержит составляющие его вещества отдельно друг от друга с возможностью их совместного применения. Флюс может быть использован в составе готовой смеси в виде пасты или взвеси в воде или в органической жидкости или их смеси. Флюс позволяет проводить пайку без отдельного добавления припоя. 3 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ пайки алюминия с использованием флюса, содержащего фторалюминат калия, отличающийся тем, что пайку осуществляют без применения припоя и используют флюс, дополнительно содержащий К₂SiF₆, при следующем соотношении компонентов, мас. %: К₂SiF₆ 6-50, фторалюминат калия 50-94. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фторалюмината калия используют КАlF₄, К₂AlF₅ и/или К₂AlF₅•Н₂О. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют флюс, содержащий К₂SiF₆ в количестве 7-30 мас. %. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют флюс в составе готовой смеси, содержащей его в виде взвеси или пасты в воде или органической жидкости или в их смеси. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пайку проводят при температуре 580-605^oС. 6. Флюс, не содержащий припоя, включающий фторалюминат калия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит К₂SiF₆ при следующем соотношении компонентов, мас. %: К₂SiF₆ 6-50; фторалюминат калия 50-94, при этом составляющие его вещества он содержит отдельно друг от друга с возможностью их совместного применения. 7. Флюс по п. 6, отличающийся тем, что он выполнен в виде пасты. 8. Готовая смесь для флюса, не содержащего припоя, включающая фторалюминат калия и обычные вспомогательные вещества, отличающаяся тем, что для использования ее при пайке алюминия без применения припоя, она содержит дополнительно К₂SiF₆ при следующем соотношении компонентов, мас. %: К₂SiF₆ 6-50; фторалюминат калия 50-94. 9. Готовая смесь для флюса по п. 8, отличающаяся тем, что в качестве обычных вспомогательных веществ она содержит воду и/или органические жидкости.