Способ пайки графита с алюминием Советский патент 1981 года по МПК B23K1/20 

1

Изобретение относится к пайке, в частности к способам пайки графита с алюминием, и может быть использовано для соединения графитовых анодов, катодов алюминиевых и магниевых электролизеров к токопод водящим алюминиевым шинам, а также в электрометаллургии, авиационной и электротехнической промышленности.

Известен способ соединения графита с алюминием, включающий обезжирение и очистку соединяемых поверхностей, гальваническое покрытие соединяемых поверхностей слоем гальваническое покрытие слоем никеля толщиной 0,005 мм, флюсование, покрытие слоем олова, нагрев соединяемых деталей до температуры расплавления олова (288-Э70С), сдавливание соединяемых поверхностей с удельным давлением 55 кгс/см и охлаждение 1.

Недостатками этого qnoco6a являются низкая температура распая (232С) и недостаточная жаропрочность паяного шва. ЗИ-и факторы не позволяют эксплуатировать спаянные детали при температурах, превы; шающих 100-150°С, например при использовании паяных анодов и катодов магниевых и алюминиевых электролизеров.

Известен также способ пайки графита с алюминием, при котором между соединяемыми поверхностями вводят промежуточную прослойку, производят флюсование, поджатие соединяемых поверхностей и нагрев. В качестве пр9слойки используют пакет, состоящий из малоуглеродистой стали, меди и эвтектического сплава алюминия. Этот способ обеспечивает высокую жаропрочность паяного соединения 2.

Недостатком данного способа является Q слох ность процесса пайки, требующего выдерживания, в паяемом шве заданного градиента температуры, обеспечивающего на. границе графит - прослойка 1150-1200°С, а на границе прослойка - алюминий - 600-640°С. Сложность выдерживания при15 водит к снижению надежности паяных соединений и повышению процента брака.

Цель изобретения - повышение надежности паяных соединений и упрощение процесса пайки.

Поставленная цел достигается тем, что на графит плазменным напылением последовательно наносят слой ферросилиция и два слоя смеси ферросилиция с алюминием С весовым соотношением компонентов в

слоях соответственно 1: (0,9 -1,1) и 1:(3,5- 4,5), причем первый слой оплавляют.

Слой ферросилиция на графите предварительно оплавлен.

Сущность способа заключается s том, что использование в качестве промежуточной прослойки ферросилиция и его смеси с алюминием обеспечивает прочное сцепление соединяемых поверхностей при нагреве до температуры плавления эвтектики алюминий - кремний. Оплавление слоя ферросилиция способствует увеличению прочности связи прослойки с графитовой основой за счет заполнения поверхностных дефектов графита (раковин, трещин, микропустот и т. п.). Применение промежуточных слоев между графитом и алюминием вызвано необходимостью устранения непосредственного контакта алюминия, с графитом и образования нестабильных карбидов алюминия. Оплавление первого на графите слоя, состоящего из ферросилиция, приводит к образованию жидкоподвижной эвтектики Железо - углерод, хорошо заполняющей поры графита и обеспечивающей тем самым при затвердевании сцепление с графитовой основой.

Выбор кремния а сплаве на ocHoise железа вызван образованием Эвтектики кремний - алюминий с температурой плавления {577°С) не превышающей температуры плавления алюминия {600°С). Отсутствие каких-либо превращений при нагревании и охлаждении эвтектики Si-А1вплоть до температуры ликвидуса не вызывает дополнительных напряжений в зоне паяного шва.

Два слоя покрытия с различным содержанием ферросилиция и алюминия необходимы для подавления возникающих напряжений в паяном соединении, вызванных различными коэффициентами термического расширения (КТР) графита (5,5- 7,010 1/град) и алюминия (24. /град). Содержание в.двух наружных слоях 0,9- 1,1 и 3,5--4,5 частей алюминия против 1 части ферросилиция обеспечивает экспоненциальное изменение величины КТР от графита к алюминию, что создает напряженность в паяном шве.

Процесс пайки осуществляется следующим образом.

На поверхность графитового изделия напыляют плазменным способом слой ферросилиция, например марки Си-75 толщиной 0,2-0,3 мм. Размеры частиц напыляемого порошка 0,60-150 мкм в зависимости от типа плазмотрона и технологии напыления. Полученное покрытие оплавляют на возду. хе дугой, мощность которой обеспечивает полисе расплавление слоя и не создает рагзбрызгивания (или сдува) материала покрытия с графитовой, подложки. На опЯавленное покрытие плазменным напылением наносят слой смеси ферросилиция с алюминием, взятых в соотношении 1;(0,9-1,1) после этого напыляют смесь порюшков фср росилиция и алюминия в соотношении 1:(3,5 4,4). Внешний слой покрытия на графите ме ханически зачищают и покры1 ают слоем флюса Ф34А, обеспечивающим разрушение микропленки окислов алюминия в процессе лайки. Спаиваемая поверхность алюминиевой детали также зачищается и офлюсовывается. Между подготовленными к пайке поверхностями помещают прокладку фольги припоя типа силуминов (СИЛ-2; 34А или др После сдавливания с усилием 0,5-1,0 кгс/см через зону пайки пропускают электрический ток плотностью 2200-2400 а/см 2, После совместного разогрева спаиваемых деталей до 550-620°С, что обеспечивает рг сплавление припоя, и 2-3 с выдержки, пайку прекращают. Охлаждение деталей может производиться как при сохранении рабочего давления сжатия, так и без него. (Збщая продолжительность пайки с учетом подготовительных операций 12-16 ми.

Пример. Пайке подвергают образцы графита и алюминия, конфигурацию которых выполняют по ГОСТ-2470-75. Марка графита ГМЗ, алюминия ПА 4 (ГОСТ 6058-73). 5 При напылении используют ферросилиций Си-75 (ГОСТ 1415-56), алюминиевый порощок ПА4 (ГОСТ 6058-73), припой состава 88/о А и 12% Si (температура плавления 577°С) и флюс, содержащий 47% KCt; 38% LiCi; 10% CdCtH 5% NaF с температурой плавления 560°С.

На рабочий торец графитового образца напыляют плазменным методом ферросилиция толщиной 0,2-0,3 мм. Нанесенный металлический слой оплавляют угоЛь5 ным электродом, напряжение тока 30 В, сила тока 100 А, среда - воздух. На оплавленный слой напыляют последовательно два слоя смеси алюминия с отношением компонентов в смеси соответственно 1:(0,9-1,1) и 1: (3,5-4,5) и толщиной слоев 0,005- 0,10 мм. После этого наждачной бумагой зачищают внешний напыленный слой до появления блестящей поверхности. Рабочую .поверхность алюминиевого образца также зачищают для снятия пленки окислов. Напыленную поверхность и зачищенный торец алюминиевого образца покрывают слоем пастообразного флюса, толщина слоя флюса 0,01-0,05 мм. Офлюсованные поверхности соединяют, поместив м(жду ними фольгу припоя толщиной 0,03-0,08 мм. Собранный образец сдавливают иг установке контактно-реактивной пайки, давление - 0,5-1,0 кгс/см . После этого по образцу пропускают ток плотностгзю 1700 - 1900 а/см. При появлении первых расплав-ленных капель припоя из зазора между образцами ток отключают, пайку прекращают.

Способ позволяет получить В1)1сокую жаропрочность паяных соединении и уменьшает процент брака за счет упрощения Процесса пайки.

Формула изобретения

. Споеьб пайки графита с Алюминием, при котором между соединяемыми поверхностями вводят промежуточиуго прослойку, производят флюсование, поджатие соединяемых поверхностей и нагрев, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности паяных соединений и упрощения процесса пайки, на графит плазменным напы ением последовательно наносят слой ферросилиция и два слоя смеси ферросилиция с алюминием с весовым соотношением компонентов в слоях соответственно 1:(0,9- 1,1) и 1:(3,5-4,S).

а.-Способ по IV. 1,-оглычающиасЯ тем, что слой ферросилиция яа графите оплавляют. Источники информации,

принятые во внимание при Эгкспертизе

1.Патент США № 2920385, кл. 29-472.7. опублик. 12.01.60.

2.Авторское свидетельство-.СССР

йо заявке № 2743047, кл. В 23 К i/04, 29.03.79.