СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАЯЛЬНОЙ ПАСТЫ ДЛЯ ПАЙКИ В ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ АТМОСФЕРЕ Российский патент 2008 года по МПК B23K35/40 B23K35/24 

Изобретение относится к пайке металлов, в частности к пайке деталей различной конфигурации из углеродистых и легированных сталей с использованием пастообразных составов и может быть использовано при изготовлении паяных конструкций в машиностроении при пайке деталей в печах с восстановительной газовой средой.

Известен способ изготовления паяльной пасты для пайки с одновременным меднением стальных изделий в восстановительной атмосфере (Авторское свидетельство СССР N 977130, МКл. 3 В23К 35/362, 35/24, опубл. 30.11.82, Бюллетень №44). Пасту, содержащую уротропин, углеродсодержащую соль меди, соединения бора (фторборат аммония), связующее и ПАВ, изготовляют смешиванием предварительно измельченных порошкообразных компонентов пасты с остальными компонентами в определенных пропорциях.

Известен способ изготовления паяльной пасты, применяемой для пайки и меднения деталей из стали и чугуна в восстановительной атмосфере (Авторское свидетельство СССР N 1613284, МКл. 5 В23К 35/24, опубл. 15.12.90, Бюллетень №46). Известная паста, содержащая основной карбонат меди, уксуснокислый никель, фторборат аммония, уротропин, ПАВ и связующее, изготавливается путем измельчения компонентов в порошок и их смешиванием.

Общим недостатком известных способов является то, что не достигается равномерного распределения измельченных в порошок компонентов пасты по всему обьему, а также быстрая сегрегация пасты при хранении (расслаивание начинается через 13-15 суток).

Известен способ изготовления медьсодержащей паяльной пасты для пайки при высокой температуре (СССР, Авторское свидетельство 1590294, В23К 35/24, опубл.07.09.90, Бюл. №33) стальных конструкций. Известная паста содержит органическое связующее, порошковую составляющую - смесь железного и медного порошков и легирующую составляющую - ацетил-ацетонат хрома.

При изготовлении пасты сначала смешиваются в течение 15-20 мин порошки меди, железа и ацетилацетоната хрома, а затем к ним при непрерывном помешивании постепенно добавляют органическое связующее. Процесс ведется при 40-50° на водяной бане.

Недостатком известного способа является то, что введение связующего в виде раствора поливинилбутирали в смеси ацетона с толуолом и бутилацетатом в предварительно перемешанную порошковую составляющую шихты не позволяет достичь ее равномерной пропитки, а следовательно, и равномерного распределения составляющих шихты по всему объему пасты, особенно легирующей составляющей, что приводит к нестабильности получаемых показателей пайки, а избыточное легирование хромом приводит к охрупчиванию паяных швов и снижению их механических свойств.

Известен способ изготовления медьсодержащей пасты для высокотемпературной пайки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей (СССР, Ав. св-во №1581528, В23К 35/24, опубл. 30.07.90, Бюл. №28 - прототип) путем перемешивания компонентов пасты в смесителе из стекла или нержавеющей стали. Приготовленное отдельно органическое связующее вещество сначала смешивают с ацетилацетонатом меди, а затем в полученную массу постепенно вводят металлический порошок и всю смесь перемешивают. В качестве металлического порошка используют медно-фосфористый, медный или железный порошки.

Недостатком известного способа является то, что полученная паста сохраняет свои технологические свойства в течение 6-48 час; приготовленная паста должна храниться в герметической таре.

Процесс пайки известной пастой является трудноуправляемым по поддержанию необходимой температуры, поэтому не обеспечивает необходимой прочности паяных соединений из-за наличия в них несплошностей и газовых включений.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение технологичности получаемой пасты за счет снижения ее сегрегации при хранении и повышение прочности паяного соединения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления паяльной пасты для пайки в восстановительной атмосфере, включающем смешивание компонентов шихты, содержащей порошковую составляющую, активирующее вещество и органическое связующее, согласно изобретению первоначально смешиванию подвергают порошковую железомедную составляющую с органическим связующим с добавлением воды в двухвальном Z-образном смесителе в течение 4-6 часов с получением суспензии, по завершении которого в суспензию вводят ПАВ и, в качестве активирующего вещества, тетрафторборат аммония с последующим перемешиванием всех компонентов шихты в вертикальном смесителе с рамной мешалкой в течение 2-4 часов, затем полученную суспензию подвергают измельчению до обеспечения крупности твердой составляющей шихты не более 4 мкм. При этом в качестве порошковой железомедной составляющей используют смесь порошков оксидов меди (I) и железа (III), активирующее вещество - тетрафторборат аммония вводят в виде водного раствора, а измельчение полученной суспензии проводят в электромагнитном истирателе (ЭМИ). Первоначальное смешивание порошков оксидов железа (III) и меди (I) с органическим связующим (этиленгликолем) с добавлением воды в двухвальном Z-образном смесителе в течение 4-6 часов придает перемешиваемой порошковой составляющей интенсивное вращательно-поступательное движение и обеспечивает равномерное распределение компонентов по всему объему, оптимальное увлажнение и пропитку связующим.

Введение ПАВ и тетрафторбората аммония в полученную суспензию и последующее перемешивание всех компонентов шихты в течение 2-4 часов в вертикальном смесителе с рамной мешалкой создает условия перехода суспензии в более устойчивое состояние взвеси, что позволяет избежать сегрегации пасты при хранении и пайке и повышает качество получаемой пасты. Кроме того, введение тетрафторбората аммония повышает растекаемость пасты и улучшает ее адгезию к паяемым поверхностям.

Тетрафторборат аммония вводится в суспензию в виде водного раствора.

Насыщенный раствор его готовится путем растворения отвешенной в вытяжном шкафу порции материала. Растворение производится в одном из сборников. Для интенсификации процесса предусмотрена установка в сборник переносной мешалки. Наличие нерастворенных кристаллов не допускается. Крупность твердой составляющей не более 4 мкм обеспечивает устойчивое состояние взвеси, оптимальную текучесть и однородность пасты.

Измельчение порошковой составляющей суспензии в электромагнитном истирателе обеспечивает однородную дисперсность твердой составляющей не более 4 мкм. Широкий разброс по крупности составляющих пасты снижает качество паяных швов при ее использовании. Плотность полученной пасты - 2,8-3,3 г/см³.

Для получения пасты в двухвальный Z-образный смеситель загружается 500 кг оксида меди (I), 11,5 кг оксида железа (III) и заливается по 56 л этиленгликоля и воды. Дозированная смесь подвергается перемешиванию и пропитке в течение 4-6 часов. По завершении перемешивания в суспензию вводят ПАВ (синтанол ДС-10) и активирующее вещество - тетрафторборат аммония в количестве 1,25 кг.

Затем полученная суспензия выгружается в вертикальный смеситель с рамной металлической мешалкой, работающий в замкнутом цикле с электромагнитным истирателем (ЭМИ). Внутрь корпуса ЭМИ загружаются сферические мелющие тела из феррита бария диаметром 4-8 мм и общим весом 6-9 кг, с помощью которых при пропускании через катушки истирателя электрического тока заданных параметров обеспечивается измельчение твердой составляющей суспензии паяльной пасты до крупности не более 4 мкм.

По мере готовности измельченная суспензия выгружается из ЭМИ и упаковывается в тару.

Паяльная паста в восстановительной среде (ППВС) представляет собой сметанообразную смесь коричневого или красно-коричневого цвета, изготавливаемую на основе оксида меди (I), добавок оксида железа (III), этиленгликоля, тетрафторбората аммония, ПАВ и воды.

Предлагаемый способ позволяет получать равномерное распределение компонентов ППВС по всему объему, обеспечить гарантированную (≤4 мкм) величину зерна, снизить расслаивание пасты при хранении (скорость расслаивания составляет не более 10% в течение всего срока хранения - 3 месяца).По результатам химического анализа содержание оксида железа в пересчете на железо составляет 1,0-1,3%.

Хорошая адгезия пасты к паяемым поверхностям обеспечивает устойчивую прочность паяного шва на разрыв в пределах 25-28 кг/мм.

Применение полученной пасты позволяет полностью механизировать процесс пайки деталей и паять детали сложной конфигурации. Для пайки деталей на поверхность шва соединения наносится порция пасты. При пайке происходит восстановление окислов до металлов (t пайки - 1150-1200°С), образование сплава медь-железо и соединение им частей деталей.

В производстве, без изменения технологического режима в печах с восстановительной атмосферой, пастой, изготовленной по предлагаемому способу, паялись следующие детали:

2101-1303018 - трубка, отводящая радиатор отопления (РО) кузова в сборе- 50 шт.2101-1303038 - трубка, подводящая РО кузова в сборе- 60 шт.

2101- 1308024 - шкив привода вентилятора в сборе- 20 шт.2101-5101/96 - палец верхнего крепления заднего амортизатора в сборе- 50 шт,2101-1701039- передняя крышка коробки передач в сборе- 720 шт.2101-8101320 - трубка выпускная РО в сборе- 30 шт.2101-8101328 - трубка впускная РО в сборе- 10 шт.311-1009150 - масляно-наливная горловина роторно-поршневого двигателя- 20 шт.

В паяных швах на деталях отмечалась хорошая галтель, паяный шов плотный, без браковочных признаков.

Контроль прочности паяного соединения на срез осуществлялся по ГОСТ 28830-90 при испытании на разрыв трех контрольных паяных образцов тип 4, изготовленных из стали 08КП по ТУ 14-4-151-82 толщиной 1,0-3,0 мм.

Места пайки и сварки на ширину 20 мм очищались от окалины, ржавчины и других загрязнений до металлического блеска и обезжиривались.

Заготовки укладывались с нахлестом, равным толщине металла (1,0-3,0 мм) и прихватывались точечной сваркой для обеспечения фиксированного зазора. В торец полученного соединения наносилась паста в количестве 0,5 г, после чего производилась пайка в действующем технологическом режиме.

После пайки вырезанный образец с шириной рабочей части 25 мм подвергался разрушению на разрывной машине.

Результаты испытаний показали: швы по месту разрушений были плотными, без пор, несплошностей и газовых включений, прочность паяных соединений не ниже 25-28 Н/мм². Длительные испытания пасты, полученной по предлагаемому способу, на предприятиях ОАО «Автоваз» и ОАО «Камаз» дали положительный результат.

Способ может быть использован для пайки деталей из углеродистых и легированных сталей при изготовлении паяных конструкций с использованием пастообразных составов в печах с восстановительной газовой средой. Первоначально смешиванию подвергают порошковую железомедную составляющую с органическим связующим с добавлением воды в двухвальном Z-образном смесителе в течение 4-6 часов с получением суспензии. Затем в суспензию вводят ПАВ и, в качестве активирующего вещества, тетрафторборат аммония с последующим перемешиванием всех компонентов шихты в вертикальном смесителе с рамной мешалкой в течение 2-4 часов. Полученную суспензию подвергают измельчению до обеспечения крупности твердой составляющей шихты не более 4 мкм. Способ обеспечивает существенное повышение прочности паяного соединения и качество получаемой пасты. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления паяльной пасты для пайки в восстановительной атмосфере, включающий смешивание компонентов шихты, содержащей порошковую составляющую, активирующее вещество и органическое связующее, отличающийся тем, что первоначально смешиванию подвергают порошковую железомедную составляющую с органическим связующим с добавлением воды в двухвальном Z-образном смесителе в течение 4-6 ч с получением суспензии, по завершении которого в суспензию вводят ПАВ и, в качестве активирующего вещества, тетрафторборат аммония с последующим перемешиванием всех компонентов шихты в вертикальном смесителе с рамной мешалкой в течение 2-4 ч, затем полученную суспензию подвергают измельчению до обеспечения крупности твердой составляющей шихты не более 4 мкм.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошковой железо-медной составляющей используют смесь порошков оксидов меди (I) и железа (III).3. Способ по п.1, отличающийся тем, что тетрафторборат аммония вводят в виде водного раствора.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение полученной суспензии проводят в электромагнитном истирателе.