Флюс для пайки меди и ее сплавов Советский патент 1992 года по МПК B23K35/363 

Изобретение относится к пайке, в частности к составу флюса для конструкционной пайки меди и ее сплавов припоями на основе свинца.

Для низкотемпературной пайки меди и ее сплавов применяется большое число органических флюсов, например, ФДФс, ФКСп, ЛТИ-120 и другие, но максимальная температура их активности ограничена обугливанием органических веществ или взаимодействием кислот с металлом и переходом в соли при температурах свыше 270 - 350°С. Флюсы резко теряют активность. Пайка припоями (при температуре плавления 300 - 350°С) затруднена, а иногда и невозможна.

Из флюсов, имеющих промышленное применение, наиболее приемлем флюс ФДФс.

Флюс ФДФс относится к коррозионным высокоактивным и рекомендуется для пайки в температурном интервале 200 - 350°С. Недостатком флюса ФДФс состава, мас.%:

Ортофосфорная

кислота (плотность 1,7) 20 - 25

Солянокислый

диэтиламин20 - 25

ЭтиленгликольОстальное

является то, что при температурах 270 - начинается спад активности. Падение активности флюса происходит за счет:

а)превращения при температуре свыше 200°С ортофосфорной кислоты в мета- и полифосфорные кислоты, менее активные в процессах пайки, взаимодействия их с паяемым металлом с образованием фосфатов и загустевание с переходом в ангидрид;

б)разложения этиленгликоля (Ткип. + +200°С) и его связывания с полифосфорными кислотами и усиление процесса загусте- вания в интервале 250 - 300°С;

в)взаимодействия диэтиламина солянокислого с основным (паяемым) металлом свыше 220°С, ортофосфорной кислоты и ее. продуктами взаимодействия с паяемыми металлом и припоем.

Все вышеуказанные взаимодействия составных частей флюса а процессе пайки

ч

00

о ю о ю

приводят к тому, что при температуре свыше 300°С ухудшается затекание припоя в зазор при сохранении достаточно светлой поверхности припоя за счет обугливания органической составляющей флюса и раскисления припоя углеродом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому флюсу является флюс состава, мас.%:

KF20 - 25

В20з10-18

CdCl25-13

NaCI4-10

Эвтектика

Na2B40y + KBF4 45-60 предназначенный для высокотемпературной пайки медных и никелевых сплавов. Он является высокоактивным, водорастворимым, коррозионным с температурным интервалом активности 430 - 650°С и предназначен для пайки припоями с температурами плавления 450 - 650°С. Но этот флюс не приемлем для пайки свинцовыми припоями с температурой плавления 280 350°С.

Целью настоящего изобретения является создание флюса с температурным интер- валом активности 330 - 450°С и повышенной термостойкостью в процессе пайки.

Указанная цель достигается тем, что во флюсе (прототип) вместо борного ангидрида, фтористого калия и хлористого кадмия введен тетрафторборат натрия в виде тройной эвтектической смеси NaBRi - KBRi - -NaaBO. В качестве хлорсодержащих компонентов применена эвтектическая смесь ZnCte - NH4CI при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Хлористый аммоний 12,4 - 14,0 Борфтористый натрий 29,2 - 33,5 Борфтористый калий 10,2 - 11,7 Тетраборнокислий натрий8,2 - 9,4

Хлористый цинкОстальное

Флюс имеет температурный интервал активности 330 - 450°С и обеспечивает качественную пайку свинцовыми припоями марок ПСр1,5. ПСр2,5 и др, меди и ее сплавов; может быть применен при пайке в печах и газовыми горелками.

Введение во флюс тетрафторбората натрия, образующего с тетрафторборатом калия и тетраборатом натрия легкоплавкую эвтектику при соотношении компонентов, мас.%: 61,3 NaBF4; 21.5 KBF 17,2 N22840 и температурой плавления позволяет снизить температурный интервал активности флюса (протот ипа) при сохранении жид котекучести.

При содержании эвтектики менее 47,6 %(NaBF4 29,2%; KBF4-10,2%; Na2B407- 8,2%) снижается активность флюса, при содержании эвтектики более 54,6% (NBF/j33,5%; KBF4- 11,7%, №2840 -9,4%)флюс расслаивается при расплавлении, усиливается коррозия паяемой поверхности при высокой активности, нарушается плавная линия течения припоя,

0 Хлористый цинк в количестве 33 - 36,5 мас,% способствует лучшему смачиванию поверхности меди и медных сплавов расплавленными припоями при сохранении однородности расплавленного флюса. При

5 более высоком содержании хлористого цинка флюс дымит. При содержании ниже 33% течение припоя по металлу становится неравномерным.

При содержании хлористого аммония

0 ниже 12,4% флюс теряет однородность в расплавленном состоянии, выше 14,3% - сильно дымит (разлагается). Нарушение эвтектического соотношения с хлористым цинком (27,3 мас.% NH4CI, 72,7% ZnCte)

5 приводит к ухудшению свойства флюса: при содержании NH4CI меньше эвтектического - поверхность припоя теряет блеск, что указывает на плохое растекание. При содержании NhMCI больше эвтектического-флюс

0 дымит, теряя однородность при расплавлении.

Для проверки свойств флюса было испытано 5 составов, отличающихся друг от друга содержанием веществ. Составы исс5 ледованных флюсов приведены в табл. 1. Химический состав вариантов флюса Ф400 представлен в табл. i.

Критерием оценки активности данного флюса является коэффициент растекаемо0 сти припоев (ПСр1,5, ПСр2.5, ПСКВи86) по паяемой поверхности и жизнеспособность. Результаты измерения представлены в табл. 2. Коэффициент растекаемости пропоев на меди и латуни при 400°С дан в табл. 2.

5 Использование предлагаемого флюса обеспечивает качественное выполнение конструкционной пайки в интервале температур 330 - 450°С с использованием свинцовых припоев, плавящихся при 270 - 350°С

0 на изделиях из меди, латуни и других медных сплавов, расширяет возможность ступенчатой пайки при изготовлении сложных деталей.

Улучшение смачиваемости паяемых по5 верхностей обеспечивает высокое качество пайки, более высокие прочностные характеристики паяного соединения. Так, например, медные стыковые соединения, паяные припоем ПСр1,5 с флюсом ФДФс при 330 - 350°С, показали прочность на разрыв 51,78

МПа на меди и 55,11 МПа на латуни. Образцы, паяные тем же припоем с предлагаемым флюсом, показали прочность 63,35 МПа на меди и 67,95 МПа на латуни.

После коррозионных испытаний проч- ность паяных соединений соответственно с флюсом ФДФс 45,79 МПа и 35,3 МПа с предлагаемым флюсом 63,15 МПа и 65,12 МПа. Газопламенная пайка припоем ПСр2,5 с применение флюса ФДФс невозможна, а с предлагаемым обеспечивает прочность на меди 52,27 МПа, а на латуни - 56,88 МПа.

Пайка в печи обеспечивает получение менее пористых, более прочных паяных соединений.

Хорошая, растворимость компонентов флюса обеспечивает легкость удаления остатков флюса после облуживания и пайки.

Металлографические исследования показали, что меньшая пористость, лучшее за- текание в зазор и больший коэффициент растекаемости обеспечивается при применении флюсов составов 2, 3, 4. Припои имеют сильный металлический блеск, что говорит о хорошем раскислении их поверх- ности.

Для флюсов составов 2, 3, 4 интервал активности составляет 330 - 450°С. При температурах нагрева выше 450°С флюсы дымят загустевают, а паяемая поверхность меди и припоя окисляется.

Разработанный флюс относится к водорастворимым, коррозионным. Остатки флюса легко удаляются после пайки промывкой в горячей и холодной воде.

Предлагаемый флюс обеспечивает качественную пайку меди и ее сплавов свинцо- во-серебрянными припоями в интервале температур 330 - 450°С в течение 10-15 мин.

Технике экономический эффект при применении изобретения выражается в получении качественных паяных соедине ний при использовании припоев марок ПСр1,5, ПСр2,0, ПСр2,5ТТ1СрЗ и повышении срока службы изделий при эксплуатации в интервале температур 200 - 270°С, повышении коррозионной стойкости паяных соединений,

Формула изобретения Флюс для пайки меди и ее сплавов, содержащий эвтектическую смесь хлоридов цинка и аммония, отличающийся тем, что, с целью обеспечения достижения температурного интервала активности 330 - 450°С и повышения термостойкости флюса в процессе пайки, он дополнительно содержит эвтектическую смесь тетрафторборатов калия, натрия и тетрабората натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хлористый аммоний 12.4 - 14,0 Натрий тетрафторборат 29,2 - 33,5 Калий тетрафторборат 10,2-11,7 Натрий тетраборат8,8 - 9,4

Хлористый цинкОстальное

Использование: пайка меди и ее сплавов. Сущность изобретения: флюс содеожит следующие компоненты, мае. % : хлористый аммоний 12 - 14; натрий тетрафторбо- рат 29,2 - 33,5; калий тетрафторборат 10,2 - 11,7; натрий тетраборат 8,8-9,4; хлористый цинк остальное. 2 табл.

Таблица 1

Таблица 2