Способ пайки в парах легкоиспаряющегося элемента Советский патент 1982 года по МПК B23K1/00 B23K35/38 

Изобретение относится к пайке, в частности к способам пайки с вве дением одного из коктонентов из газовой фазы, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известен способ пайки изделий с использованием паров легкоиспаряющихся элементов, заключающийся в том, что в объем пайки помещают паяемие изделия с заготовками припоя и дополнительно легкоиспаряющийся элемент, а затем ведут нагрев в вакууме , нейтральной или восстановительной атмосфере. Легкоиспаряющийся элемент при нагреве испаряется, связывает окислительные компоненты в объеме пайки, взаимодействует с окисной пленкой на паяемой поверхности и обеспечивает бесфлюсовую пайку.

Одним из возможных механизмов действия паров является образование жидкой фазы при взаимодействии паров с основным металлом. При взаимодействии паров легкоиспаряющегося элемента с заготовками припоя в процессе пайки образуется припой с некоторым содержанием легкоиспаряющегося элемента (11.

От содеркаийя этого элемента, в припое, а следовательно, и в паяемом шве зависят свойства получаемого паяного соединения. Однако содержание лргкоиопаряющегося элемента в образующемся припое зависит от параметров процесса пайки и не регулируется.

, Известен также способ пайки в па10рах легкоиспарякнцегося элемента, включшщий размещение паяемых изделий и заготовок припоя в замкнутый объем с последужх1Ц1М нагревом в присутствии легкоиспаряющегося элемента

15 в инертной или восстановительной среде или в вакууме. Способ реализуется следующим образом.

В вакуумную печь помещают паяемые изделия, заготовки припоя и магний,

20 а затем ведут нагрев. При нагреве магний испаряется и обеспечивает бесфлюсовую пайку. Для увеличения давления в пе.и и згшедпения испарения по крайней мере части магния в

25 вакуумную камеру печи вводится неоксиляющий газ 2.

Этот способ позволяет влиять на содержание легкоиспаряющегося элемента в припое путем уменьшения ско30рости подвода паров к заготовкам припоя и диффузионного насыщения из паровой фазы. Однако насыщение из паровой фазы идет до неопределенной концентрации. В результате состав паяного шва и свойства паяных соединений неопределенны и нестабильн Кроме того, способ не позволяет получать заданный состав паяного шва С необходимыми механическими и физи ческими свойствами. Цель изобретения - обеспечение требуемого содержания в припое легк испаряющегося элемента. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу давление в объеме пайки поддерживают равным давлению насьпценных паров легкоиспаряющегося элемента над сплавом требуемого состава припоя при темпе ратуре пайки. Указанное давление определяют с помощью данных о давлении паров чис того легкоиспаряюгдегося элемента и данных по активности легкоиспаряющегося элемента в сплаве требуемого состава по формуле рПР л . р - с - У1 А f где Р J давление насыщенных паров легкоиспаряющегося элемен та, растворенного в припо при данной температуре; Р - давление насьвденных паров чистого легкоиспаряющегос элемента при данной температуре ; активность легкоиспаряюще гося элемента в припое. В случае отсутствия, данных по активности ее можно считать приблизительно равной мольной доле легкоиспаряющегося элемента в припое и уточнять при отработке технологии. Изменяя давление легкоиспаряющегося элемента в объеме пайки, можно изменять его предельное содержание в припое. Давление паров легкоиспаряющегося элемента в объеме пайки стремится к давлению насьпденных паров при этой температуре, но не может быть выше общего давления в системе. По предлагаемому способу общее давление в системе равно давлению насыщенных паров легкоиспаряемого элемента, растворенного в припое, следовательно, ниже давления насыщенных паров чистого легкоиспаряющегос элемента. Взаимодействие заготовки припоя с парами легкоиспаряющегося элемента идет до получения сплава, давление паров легкоиспаряющегося элемен та над которым равно давлению, поддерживаемому, в контейнере. Степень приближения к равновесию зависит от времени вьщержки при достаточном количестве испаряемого элемента. Скорость распространения паров и подвода их к заготовке припоя больше, чем при введении в зону пайки неокисляющегося газа, что интенсифицирует процессы взаимодействия с заготовками припоя. Способ позволяет регулировать состав припоя и за счет этого получать заданные свойства паяных соединений. Пример 1 Для паяных соединений стали 40Х требуются высокие механические свойства. В качестве припоя выбрали латунь. Наиболее высокими механическими свойствами (максимальная прочность и высокая пластичность) обладают of. + Р латуни с содержанием цинка (около 42%) от 39 до 45%. Бесфлюсовую пайку гроводят в паpax цинка с получением латунного припоя путем взаимодействия медной заготовки припоя с парами цинка. Температура плавления латуни требуемого состава 900-910°С. Температуру пайки выбрали 915°С. При этой температуре давление паров цинка составляетPZV. ffl Ь09 кг/см Активность цинка в латуни при температуре пайки принимаем равной . 0,25, с учетом возрастания активности цинка в сплавах медь-цинк при повыиении температуры. Давление паров цинка над сплавом необходимого состава Р7И А2:„-Рги 0,25.1,09 0,27 ат (кг/см) Паяемые образцы, медные заготовки припоя и испаритель с цинком нагревают в герметичном контейнере в атмосфере азота. С помощью форвавакуумного баллона, имеющего объем в 10 раз больший рабочего объема контейнера, в котором происходит пайка, и сообщающегося с этим объемом, давление поддерживалось на уровне 0,27-0,31 ат. Время выдержки при температуре пайки составило 15 мин. После охлаждения и выгрузки из полученного паяного соединения стали 4ОХ изготовляют шлиф и проводят металлографический анализ паяного шва. Структура и микротвердость паяного шва соответствует oL + ( латуни (39-45% Zn), имеющей хорошие механические свойства. Пример 2. Образцы из стали 4ОХ, медные заготовки припоя и испаритель с цинком нагревают в герметичном контейнере с азотом при давлении 1,0-1,06 атм. Вьадержка при температуре пайки составляет 15 мин. После охлаждения и выгрузки изготовляют шлиф полученного паяного соединения. Микроструктура и микротвердость по длине паяного шва неоднородны и соответствуют фазам от (А + до дг . Следовательно, свой ства паяного соединения неопределен ные и неоднородные. Пример 3. Для изделий, не подвергающихся удару, изгибу и вибр ции применяют латунные припои с большим содержанием цинка типа ПМц48, ПМц54. Достоинством их является более низкая температура пайки. Для бесфлюсовой пайки стали 3 в парах цинка выбирают температуру 880с. Давление паров чистого цинка5902. Ти 736 °® Принимаем активность цинка в при пое требуемого состава приближенно равной А2у,,4. Давление паров цинка над сплавом необходимого состава Р ОН 0,8 0,32 кг/см. Паяемые образцы из стали 3, медные заготовки припоя и испаритель с цинком нагревают в герметичном контейнере в атмосфере азота, С помощью форвакуумного баллона, имеющего объем в 10 раз больший объема контейнера, в котором происходит пайка, и сообщающегося с этим объемом, давление поддерживается на уровне 0,32-0,36 атм. Время выдержки при составляет 20 мин. Пос ле охлгикдения и выгрузки был изготовлен ишиф паяного соединения и проведен металлографический анализ паяного шва. Структура и микротвердость паяного шва соответствует f -латуни (47-51% 2п) , имеющей доста точные механические свойства для де талей, не подвергающихся удару, изгибу и вибрации. Предлагаемый способ расширяет возможности пайки в парах легкоиспаряющихся элементов. Способ позволяет регулировать свойства паяных соединений за счет изменения содержания легкоиспаряемого элемента в припое. По. сравнению с известным предлагаемый способ позволяет получать заранее заданный состав припоя в процессе пайки. Кроме того, ускоряется взаимодействие легкоиспаряемого элемента с заготовкой припоя. Формула изобретения Способ пайки в парах лёгкоиспаряющегося элемента, включающий размещение паяемых изделий и заготовок припоя в замкнутый объем с последующим нагревом в присутствии легкоиспаряющегося элемента в инертной или восстановительной среде или в вакууме, отличающийся тем, что, с целью обеспечения требуемого содержания в припое легкоиспаряющегося элемента, давлениеч в объеме поддерживают равным давлению насыщенных паров легкоиспаряющегося элемента над сплавом требуемого состава припоя при температуре пайки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Лашко Н.Ф., Лашко С.В. Пайка металлов. М., Машиностроение, 1977, с. 167-171. 2.Патент США 1 3673678, кл. 29-494, опублик. 04.07.72 (прототип) .