Флюсы для алюминиевых сплавов

Неразъёмные соединения изделий из металла осуществляются несколькими способами – один из них, это пайка. В этом процессе, мостиком между двумя деталями служит припой, представляющий собой химически чистый металл или его сплавы. Основное требование, предъявляемое к нему – это создание прочного механического соединения, обладающего определёнными физико-химическими и электропроводными свойствами.

Чтобы обеспечить надёжный контакт с малым электрическим сопротивлением, требуется удалить промежуточные слои, состоящие из окислов или других химических веществ, имеющихся на поверхности стыкуемых изделий. Для этого применяется другая операция – обработка флюсом.

Флюс – это смесь неорганических и органических веществ, обеспечивающих создание на поверхности обрабатываемого металла участка, обладающего хорошей физико-химической адгезией к припою. Такой смесью обрабатывают алюминий и его сплавы, когда требуется соединить их с другим веществом.

Алюминий, Al и его сплавы обладают рядом технических характеристик, которые предопределили его широкое применение в промышленности и электротехнике.

Изделия имеют:

1. Высокую электро – и теплопроводность.
2. Устойчивы к разбавленным органическим и неорганическим растворителям.
3. Обладают хорошей пластичностью, легко гнётся, деформируется – это позволяет выпускать различные детали в виде проволоки, листов, гнутых профилей.
4. Имеют достаточно низкую температуру плавления, около 660°C.

Особенности

Электропроводность Al-сплавов позволяет использовать детали из этого металла для создания токопроводящих элементов в различных электрических системах.

При создании электропроводящих мостиков, требуется соединять различные металлы с алюминием посредством пайки, что вызывает определённые технологические трудности.

Это обусловлено тем, что на поверхности любого Al-сплава, в том числе, чистого алюминия, имеется прочная и очень эластичная окисная плёнка, состоящая из Al2O3.

Свойства этой плёнки таковы, что она не вступает в контактное взаимодействие с большинством из распространённых металлов – они не могут смочить поверхность, даже находясь в расплавленном состоянии.

Область применения

Флюсы, применяемые для работы с Al-сплавами, используются для обработки поверхности изделий с целью создания поверхности, могущей обеспечить надёжный контакт с припоем.

Применяются:

1. При создании элементов теплопроводной системы, например, радиаторов.
2. Для использования в электрических приборах – с целью образования замкнутого энергетического пространства.
3. Соединение токопроводящих проводов.
4. Производство каких-либо конструкций, где требуется применение различных сплавов и имеется необходимость в электропроводимости.

Материалы для пайки

Для работы с Al-сплавами применяются два основных материала – припои и флюсы.

Припои

Для пайки можно использовать широко известные легкоплавкие припои:

• олово;
• сплавы на основе цинка или кадмия;

Диапазон плавления составляет 200…400°C. Такой температурный фон позволяет применять не очень мощный паяльный инструмент, к тому же, свойства обрабатываемого металла не изменяются.

Основная задача, решаемая при использовании припоев – это создание на поверхности алюминиевых деталей облуженного слоя. Такая прослойка обеспечивает надёжное сцепление, имеет малый мостик электросопротивления и обладает возможностью обрабатываться при паяльных работах.

Примеры применяемых припоев:

1. Легкоплавкий припой ПОС-40. В его состав входит 40% олова, 3…5% сурьмы, остальное – свинец. Рабочий диапазон температур составляет 185…270°C. Применяется для создания малоответственных изделий, не подвергающихся большим механическим нагрузкам, например, простые швы.
2. Тугоплавкое соединение 34А. Используется для работ с алюминием и сплавами – авиаль, дуралюмин, литейные сплавы. Этот припой используется для работ с небольшими деталями, при этом, необходимо избегать расплавления обрабатываемых деталей.

Флюсы

В качестве флюсов используются различные вещества, помогающие нейтрализовать воздействие окисной плёнки и создающие условия для хорошей адгезии припоя.

Производятся промышленным способом или готовятся своими силами из подручных средств.

Примеры:

1. Флюс 34А. Действие основано на химическом воздействии на окислы, которые преобразуются в вещества, способные взаимодействовать с прибоем. Является сильным окислителем, поэтому, после завершения паяльных работ, его остатки необходимо удалить.
2. Машинное масло. Принцип основан на механическом удалении защитной окисной плёнки посредством абразивного материала. Органическая жидкость препятствует доступу атмосферного воздуха к очищенной поверхности, вследствие чего, окисление металла не происходит. Поверхность становится восприимчивой к контакту с припоями.

На выбор флюса влияет конечный результат – будь то выполнение простого сварного шва, пайка электропроводов или работы с радиоплатами. В разных операциях достигается различная механическая прочность соединений, их электропроводность. Немаловажный факт – это развиваемые температуры при производстве паяльных работ.

Способы» применения и цена

Пример обработки алюминиевого провода:

1. Удаляется защитная оплётка. Открытые концы зачищаются ножом или шлифовальным материалом.
2. Поверхность обезжиривается посредством ацетона, бензина или растворителя.
3. Подготовленные изделия погружаются в ванночку с выбранным жидким флюсом.
4. Обработанные концы подвергают лужению легкоплавким прибоем.
5. Остатки флюса удаляются горячей, затем холодной водой, вытирают насухо.

Готовые промышленные образцы стоят:

1. Ф-61А – 50…100 руб. за флакон 30 мл.
2. Ф-59А – 55…75 руб. за ёмкость в 30 мл.
3. Припой алюминий-медь Castolin 1827, 5 прутков – 750…900 руб.

Советы:

1. С целью создания надёжного соединения, целесообразно применять вещества промышленного изготовления.
2. Для бытового применения лучше использовать флюсы, предназначенные для работы с легкоплавкими припоями.
3. Выбирать паяльный материал необходимо для тех металлов, которые предполагается соединить.
4. Более надёжное соединение деталей получится, если для пайки применять паяльник, оборудованный ультразвуковой насадкой.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3780061/22-02 (22) 13.08.84 (46) 15.03.86. Бюл. 9 10 (72) А.С. Кауфман, Ж.В. Токарев, А.М. Савин, M.Þ.Áàðûøíèêoâ, Л.И.Жутаев и Ф. Х. Хамидуллин (53) 669.714.11(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 453440, кл. С 22 В 9/.10, 1973.

Авторское свидетельство СССР

У 575376, кл. С 22 В 9/10, 1976.

Заявка Великобритании 9.2112020, кл. С 22 С 1/02, опублик. 1983. (54)(57) ФЛЮС ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ

АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, содержащий хлористый калий, хлористый натрий и (19) (11) (511 4 С 22 В 9/1О, С 22 С 1/06 фторалюминат калия, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения.температуры плавления флюса, повышения степени очистки обрабатываемого сплава от газовых и неметаллических включений, а также снижения. стоимости флюса, он содержит ингредиенты при отношении фторидной части к сумме хлоридов s пределах 0,020,04 и следующем соотношении ингре» диентов, мас.Х:

Хлористый калий 65-70 . Хлористый натрий 26-33

Изобретение относится к литейному производству, а именно к процессам рафинирования алюминиевых спла-.. вов, которые перед заливкой, например в прессформы литья под давлением, 6брабатываются флюсами для удаления .неметаллических включений.

Пелью изобретения является снижение температуры плавления флюса, новьппение степени очистки обрабатываемого сплава от газовых и неметаллических включений и снижения стоимости флюса.

В соответствии с изобретением флюс имеет следующий состав, мас. :

Хлористый калий 65-70

Хлористый натрий ; 26-33

Фторалюминат калия 2-4 при отношении фторидной части к сумме хлоридов в пределах 0,02-0,04.

Из анализа приведенногосостава . следует, что для ограниченйя содержания катионов натрия во флюсе количество хлористого натрия снижено в

1,3-1,7 раза по сравнению с применя-. емой при рафинировании литейных сплавов хлоридной основой флюсов, содер-. жащей эквимольную концентрацию хлоридов натрия и калия. Незначительное содержание фторидов в составе предлагаемого флюса обусловлено дефицитностью калиевого криолита и стремлением снизить потери спЛава при возможном растворении его компонентов, которое возрастает при повышении концентрации фторидов во флюсе, Наличие хлоридов натрия и калия обеспечивает снижение потерь флюса от испарения, а также снижение его гигроскопичности.

Отсутствие в составе предлагаемого флюса хлористого магния позволяет применять егo для рафинирования ли-. тейных алюминиевых сплавов, содержащих церий и титан, Для оценки адгезионной активности и дегаэирующих свойств флюсов, а также потерь алюминия в солевых расплавах и температуры плавления последних, были подготовлень1 солевые системы предлагаемого состава, содер-. жащие калиевый криолит на верхнем, среднем и нижнем уровнях. Одновременно были подготовлены флюсы предлагае мой системы с содержанием калиевого криолита ниже и вьппе заданных пределов, а также флюс-прототип. При этом содержание катионов калия по каждой предлагаемой смеси превьппало содержание натрия в 2-6 5 раза. Суме марное содержание ингредиентов составляло 100Х.

Температуру плавления каждой солевой системы определяли методом

10 дифференциального термического анализа, а способность флюсов к дегазации обрабатываемого расплава — с по мощью непрерывной регистрации убыли массы реагентов в ходе взаимодействия

15 жидкого алюминия с исследуемыми флюсами.

При изучении динамики убыли массы в качестве датчика был применен механоэлектронный преобразователь, поз20 воляющий преобразовывать изменения массы в выходной электрический сигнал.

В ходе протекания химической реак" ции между металлом и флюсами масса

25 реагентов непрерывно изменяется за счет уноса летучих продуктов — трихлорида алюминия, натрия и калия.

Это вызывает деформацию механической системы датчика и приводит к разбалансу токов его анадов. Этот разбаланс записывается на ленте потенциоI метра КСП-4, включенного в диагональ измерительного моста.

Способность флюса к дегазации обрабатываемого сплава определяется

35 количеством генерируемого в ходЬ реакции трихлорида алюминия, в пузырьки которого диффундирует водород, растворенный в приповерхностных по отношению к этому пузырьку слоях

40 алюминиевого расплава. Поэтому при1 менение термогравиметрического метода в сочетании с химическим анализом возгонов позволяет оценить количество образующегося трихлорида алюминия, а также потери алюминия на улет.

Общие потери алюминия (на улет и на растворение оценивали взвеши ванием металлического слитка до и после реакции на аналитических весах модели ВЛА-200-М, Освобождение ме-: таллического слитка от остатков соли после реакции осуществаляли кипячением реактора (тигля из окиси

55 бериллия>. с реагентами в дистиллированной воде. Во время опытов тигли закрывали крьппкой из окиси бериллия, в которой были выполнены два отверстия диаметром 1 мм, Они предупреждали выбрасывание и испарение солей и обеспечивали в то же время удаление летучих продуктов реакций, отличающихся высоким давлением насыщенного пара. Потери флюсов от испарения оценивали с помощью записи кривых испарения с открытой поверхности соответствующих флюсов, При этом в качестве датчика был также использован механоэлектронный преобразователь.

Рафинирующую способность флюсов по отношению к включениям окиси алю" миния оценивали по величине косинуса краевого угла смачивания включения флюсом в среде металла/c05 9 ""/, Эту величину рассчитывали на основе полученных экспериментальных данных при определении поверхностного натяжения рассматриваемых солевых систем, их межфаэного натяжения на границе с .металлом и фотографирования профиля капли алюминия в среде флюса, . Для анализа газосодержания металла, обработанного флюсами предлагаемого состава и состава-прототипа, заливали образцы, которые в дальнейшем подвергали вакуум-кристаллизации.

В результате анализа данных, представленных в таблице, и изучения темплетов проб, затвердевших при остаточном давлении 50 ГПа, установлено следующее.

Значения межфазной энергии и сма чивающих характеристик предлагаемого флюса предпочтительнее по сравнению с аналогичными свойствами прототипа.

Это свидетельствует, во-первых, о снижении кинетических сопротивлений при переходе включениями межфазной границы металл -флюс, следствием которого является повышенная способность рафинирующей фазы предлагаемого состава к ассимиляции неметалических частиц. Во-вторых, высокие значения косинуса краевого угла смачивания предлагаемого флюса свидетельствуют об удовлетворительной смачивающей способности этим флюсом включений окиси алюминия в среде металла. Такой процесс обычно реализуется при рафинировании сплавов жидкими флюсами, когда капли последнего эмульгированы в среде металла.

Количество образующегося трихлорида алюминия при взаимодействии флюса предлагаемого состава с металличес1217905 ким алюминием заметно превышает тако вое, полученное для случая взаимодействия флюса-прототипа, с металлом.

Темплеты проб, отлитые из металла, обработанного флюсом предлагаемого состава с применением вакуум-кристаллизации, оказались наиболее плотными и соответствовали 1-2 баллам пористости шкалы ВИАМ, Потери металлического алюминия во флюсе-прототипе превышают таковые во флюсе предлагаемого состава. 11отери от испарения с открытой поверхности флюсапрототипа выше таковых, обнаруженных для флюса предлагаемого состава. Вслучае применения флюсов с содержанием фторалюмината калия чуть выше верхнего предлагаемого предела отмечается существенное снижение количе5

20 ства образующегося трихлорида алюми-, ния и возрастание потерь алюминия от растворения в солевом расплаве (таблица, флюс Н- 4).

На шлифах, приготовленных из металла, обработанного флюсом с содержанием фторалюмината калия в интервале 6-8 мас.X,óêå выявляется газовая пористость, соответствующая 3-4 байлам пористости шкалы ВИАИ, тогда как

30 таковая соответствует 1-2 баллам на шлифах иэ металла, обработанного флюсом, содержащим 3-4 мас.7. фторалюмината калия. Оптимальным с этой точки зрения следует признать отношение 0,03-0,04 (таблица, флюсы 11 2 ! и 3). Цри увеличении этого отношения ,до О, 06-0,09 наблюдается снижение количества образующегося трихлорида алюминия, а на шлифах вакуум-проб

40 выявляется пористость. Снижение дегазирующих свойств флюсов с повышенным отношением фторидов к хлоридной основе связано с образованием нелетучих нерастворимых в расплаве соли фторкомплексов алюминия.

При черезмерно низком отношении фторидов к хлоридной основе (менее 0,02) торможение процессов дегазации металла и смачивания вклю50 чений флюсами объясняется неразрушенной пленкой оксидов на поверхности обрабатываемого сплава (таблица, флюс У 1) . .Преимущества изобретения по Cpas55 нению с базовым, в качестве которого принят легкоплавкий флюс для обработки литейных сплавов, в том числе ,и системы алюминий †кремн, содержа1217905 б состоят поми- лическим включениям и газам, а такв том, что, же уменьшаются потери алюминия при по неметал— . его растворении в солевом расплаве, о

Г 1 щий натриевый криолит, мо ранее рассмотренных снижается брак отливок

Основные физико-химические н дегазируке(ие свейства флюсов

Потери алюминия е

2 от начальной массы металла ест рагоеднекты, ОтноиеК нке фторидов х сумме хлорина укос от растз виде варения

Рекомендованные сообщения

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Сейчас на странице 0 пользователей

Нет пользователей, просматривающих эту страницу.