ФОЛЬГИРОВАННЫЙ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ПРИПОЙ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2008 года по МПК B23K35/36 B23K1/00 

Фольгированный микрокристаллический припой на основе алюминия

Изобретение относится к пайке, а именно к микрокристаллическим алюминиевым припоям в виде фольги, используемым для индукционной или другой пайки стали с медью или алюминием, или алюминия с алюминием, или алюминия с медью, например, для изготовления посуды с многослойным дном.

Известен припой для пайки алюминия и его сплавов [1], содержащий кремний, цинк, бериллий, алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стронций при следующим соотношении компонентов, мас.%:

Кремний - 6-9

Цинк - 5-8,5

Бериллий - 0,001-0,1

Стронций - 0,005-0,2

Алюминий - остальное

Известный припой обеспечивает повышение механических свойств паяного соединения за счет введения в его состав стронция, который способствует получению модифицированной структуры

(α-твердый раствор приобретает сетчатое строение, эвтектический кремний сильно диспергирован и имеет глобулярную форму).

Недостатком известного припоя является то, что без использования флюса он пропаивает соединяемые поверхности с дефектами в виде локальных непропаянных участков.

Известен припой на основе алюминия [2], выбранный в качестве прототипа, представляющий собой тонкую (20-100 мм) ленту с микрокристаллической структурой, получаемую скоростной закалкой расплава по методу литья плоского потока, производимый фирмой Honeywell (бывшей AlliedSignal) по AWS классификации BAlSi-2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11. Соотношение компонентов припоя в мас.% следующее:

Кремний - 9-15

Марганец - 0,1-0, 15

Медь - до 5

Магний - до 0,4

Цинк - до 10

Алюминий - остальное

Состав припоя в основном эвтектический.

Прототипу, как и первому аналогу, присущ недостаток: без использования флюса известный припой пропаивает соединяемые поверхности с дефектами в виде локальных непропаянных участков (непропаев). Это вызывает необходимость применения флюса или более тщательной подготовки поверхности под пайку.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатка прототипа, а именно повышение качества и прочности паяного соединения за счет введения нейтрального флюса внутрь самого припоя.

Технический результат достигается тем, что фольгированный микрокристаллический припой на основе алюминия для изготовления посуды из нержавеющей стали с многослойным дном, включающий кремний, марганец, магний и цинк, согласно изобретению дополнительно содержит флюсообразователи в виде галлия, кальция и хлористого натрия или хлористого калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний9-15Магний0,1-1,5Цинк0,2-10Марганец0,1-0,15Галлий0,2-0,4Кальций0,05-0,1Хлористый натрий или хлористый калий0,05-0,1Алюминийостальное.

Включение в состав фольгированного микрокристаллического припоя галлия и кальция усиливает после расплавления припоя взаимодействие его компонентов с окислами на поверхности алюминия и нержавеющей стали, растворяя их и, таким образом, усиливают (облегчают) диффузию основного материала вглубь спаиваемых материалов.

Введение галлия более 0,4 мас.% и кальция более 0,1 мас.% не приводит к улучшению результата, т.е. не усиливают (не облегчают) диффузию основного материала вглубь спаиваемых материалов.

Введение галлия менее 0,2 мас.% и кальция менее 0,05 мас.% также не приводит к желаемому результату, т.е. не усиливают (не облегчают) диффузию основного материала вглубь спаиваемых материалов.

Включение в состав фольгированного микрокристаллического припоя хлористого натрия и хлористого калия понижает поверхностное натяжение расплава припоя, таким образом облегчая его растекание по поверхности спаиваемых деталей.

Поскольку попытки ввести в расплав припоя соли хлористого натрия и хлористого калия более 0,1 мас.% были безуспешными, то 0,1 мас.% был принят за верхний предел.

Поскольку введение в расплав припоя соли хлористого натрия и хлористого калия менее 0,05 мас.% также не приводит к желаемому результату, то 0,05 мас.% был принят за нижний предел.

Предлагаемое техническое решение осуществляется следующим образом.

Для получения припоя на основе алюминия готовят один или несколько составов следующего содержания, мас.%:

Кремний - 9-15

Магний - 0,1-1,5

Цинк - 0,2- 10

Марганец - 0,1-0,15

Галлий - 0,2-0,4

Кальций - 0,05-0,1

Хлористый натрий или хлористый калий - 0,05-0,1

Алюминий - остальное.

Приготавливают смесь из лигатур (мас.%) алюминия - основы, кремния 12, магния 1,5, цинка 0,2, марганца 0,1, галлия 0,4, кальция 0,1, хлористого натрия 0,1. Смесь расплавляют при 680-700°С в графитовых тиглях в электрических печах. Из полученного расплава изготавливают ленту-фольгу скоростной закалкой расплава на плоской охлаждающей поверхности. Полученная лента-фольга шириной 500 мм имеет микрокристаллическую структуру, так как при полном перегибе на 180° фольга не разрушается и имеет пластическую деформацию, в то время как слиток исходного сплава чрезвычайно хрупок. Из ленты изготавливают круглую заготовку толщиной до 8 мм для образования припоя на металлической поверхности изделия.

Примеры конкретного осуществления.

Пример 1 (состав припоя по прототипу [2]).

Изготавливали микрокристаллическую ленту состава по сплаву BAlSi8 [2] методом скоростной закалки расплава, содержащего: Al-основа, Si 12 мас.%, Mn 0.1 мас.%, Mg 1.5 мас.%, Zn 0.2 мас.%. Полученная лента имела микрокристаллическую структуру, так как при полном перегибе на 180° фольга не разрушалась и имела пластическую деформацию. Из ленты шириной 50 мм методом плетения изготавливали заготовку для индукционной пайки дна нержавеющей посуды (алюминиевая заготовка-припой с нержавеющей сталью). Заготовка-припой представляла собой круг диаметром 230 мм и толщиной 6 мм. Заготовка-припой изготавливалась методом вырезки круглой детали из плетеного ленточного полотна, затем она прокладывалась между спаиваемыми поверхностями и припаивалась к нержавеющему днищу посуды. После затвердевания припоя проверялось качество спая. Было отмечено наличие локальных неспаянных областей. Пайка этим же материалом с применением органического флюса устранила данный дефект, однако применение флюса создало предпосылки для возможной питтинговой коррозии нержавеющей стали.

Пример 2 (состав припоя по предлагаемому изобретению)

Для сравнения с примером 1 изготавливали расплав для припоя по предлагаемому изобретению: Al - основа, Si 12 мас.%, Mn 0,15 мас.%, Mg 1,0 мас.%, Zn 3,2 мас.%, Ga 0,2 мас.%, Са 0,05 мас.% и соль NaCl 0,05 мас.%. Из полученного расплава изготавливали ленту скоростной закалкой расплава на плоской охлаждающей поверхности. Полученная лента шириной 500 мм имела микрокристаллическую структуру.

Производилась пайка индукционным способом алюминиевой круглой теплораспределительной заготовки-припоя толщиной 6 мм к нержавеющему днищу посуды, для чего заготовка прокладывалась между спаиваемыми поверхностями. После затвердевания проверялось качество спая. Отмечено отсутствие дефектов спая, качество спая хорошее. Флюс при этом не применялся. Укрепление днища посуды заготовкой-припоем позволило равномерно распределить тепло и предотвратить пригорание пищи.

Пример 3 (состав припоя по предлагаемому изобретению)

Изготавливали расплав для припоя по предлагаемому изобретению: Al - основа, Si 12 мас.%, Mn 0,1 мас.%, Mg 1,5 мас.%, Zn 0,2 мас.%, Ga 0,4 мас.%, Са 0,1 мас.% и соль NaCl 0,1 мас.%. Из полученного расплава изготавливали ленту скоростной закалкой расплава на плоской охлаждающей поверхности. Полученная лента шириной 500 мм имела микрокристаллическую структуру.

Производилась пайка индукционным способом алюминиевой круглой теплораспределительной заготовки-припоя толщиной 8 мм к нержавеющему днищу посуды, для чего заготовка прокладывалась между спаиваемыми поверхностями. Укрепление днища посуды заготовкой-припоем позволило равномерно распределить тепло и предотвратить пригорание пищи.

После затвердевания проверялось качество спая. Отмечено хорошее качество спая без дефектов. Флюс при этом не применялся.

Пример 4 (состав припоя по предлагаемому изобретению)

Изготавливали расплав для припоя по предлагаемому изобретению: Al - основа, Si 15 мас.%, Mn 0,15 мас.%, Mg 1,0 мас.%, Zn 1,2 мас.%, Ga 0,3 мас.%, Са 0,075 мас.% и соль NaCl 0,075 мас.%. Из полученного расплава изготавливали ленту скоростной закалкой расплава на плоской охлаждающей поверхности. Полученная лента шириной 500 мм и толщиной 5 мм имела микрокристаллическую структуру. Проводилась пайка индукционным способом круглой теплораспределительной заготовки-припоя толщиной 5 мм к нержавеющему днищу посуды, для чего заготовка прокладывалась между спаиваемыми поверхностями. Укрепление днища посуды заготовкой-припоем позволило равномерно распределить тепло и предотвратить пригорание пищи.

После затвердевания проверялось качество спая. Отмечено хорошее качество спая без дефектов. Флюс при этом не применялся.

Как видно из приведенных примеров, предложенный состав фольгированного микрокристаллического припоя промышленно применим и имеет техническую эффективность.

Литература

1 Описание изобретения SU 1139040.

2. Brazing and Soldering with Rapidly Solidified Alloys. A. Rabinkin and Howard H. Liebermann AlliedSignal Advanced Materials, Parsippany, New Jersey, в книге Rapidly Solidified Alloys, под ред. Howard H. Liebermann, New York, 1993, стр.709, 716.

Изобретение относится к пайке, а именно к микрокристаллическим алюминиевым припоям в виде фольги, используемым для индукционной или другой пайки стали с медью или алюминием, или алюминия с алюминием, или алюминия с медью при изготовлении посуды с многослойным дном. Припой включает компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 9,0-15,0, магний 0,1-1,5, цинк 0,2-10, марганец 0,1-0,15, галлий 0,2-0,4, кальций 0,05-0,1, хлористый натрий или хлористый калий 0,05-0,1, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение качества и прочности паяного соединения за счет введения в припой флюсообразователей.

Фольгированный микрокристаллический припой на основе алюминия для изготовления посуды из нержавеющей стали с многослойным дном, включающий кремний, марганец, магний и цинк, отличающийся тем, что он дополнительно содержит флюсообразователи в виде галлия, кальция и хлористого натрия или хлористого калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний9,0-15,0Магний0,1-1,5Цинк0,2-10,0Марганец0,1-0,15Галлий0,2-0,4Кальций0,05-0,1Хлористый натрий или хлористый калий0,05-0,1АлюминийОстальное