CZ150393A3

CZ150393A3 - Process of braying metallic surfaces

Info

Publication number: CZ150393A3
Application number: CZ931503A
Authority: CZ
Inventors: Roland Sion Timsit
Original assignee: Alcan Int Ltd
Priority date: 1991-01-25
Filing date: 1992-01-24
Publication date: 1994-03-16
Also published as: SK282878B6; CA2099278C; US5100048A; IL100753A; SK77493A3; JPH06504485A; CN1066014A; MY108237A; AU649195B2; US5190596A; CZ290828B6; TW222677B; HU9302133D0; CA2099278A1; DE69205153D1; BR9205522A; DE69205153T2; MX9200316A; EP0568568A1; WO1992012821A1

Description

Tento vynález se týká způsobu spojování hliníku s kovovými povrchy,.......např..... .povrchy .. .h 1. i. ní kpyým.i,_____měděným i, mosazným i nebo oce 1ovýni„ tvrdým pájenía.

Dcsavadn í stav techn i ky.

Je známo, že hliníkové součást i lze spojovat tak. že se umístí hliníková slitina pro tvrdé pájení mezi nebo k povrchům spojovaných součástí. Hliníková slitina pro tvrdé pájení a povrchy, které je třeba spojit, se zahřejí v požadované poloze na teplotu (pájecí teplotu), při které se taví pájecí slitina,

Ale k roztavení součástí nedojde. Po následujícím ochlazeni •

vytvoří pájecí slitina svar nebo spoj, spojující povrchy součástí. Aby bylo při zahřátí dokonale zajištěno roztavení pouze pájecí slitiny, doporučuje se většinou, aby bod tání slitiny byl přinejmenším o 30 až 40^eC nižší, než je bod tání kovů jednotlivých součástí. Příkladem vhodné hliníkové slitiny pro tvrdé pájení je eutektická sloučenina Al-Si, která se taví pří 577 ^eC.

Většinou se provede plátování vrstvou hliníkové slitiny pro tvrdé pájení alespoň jednoho ze spojovaných povrchů. Takto předem poplátováné součásti jsou relativně nákladné a ve velké většině případů se dává přednost připojení pájecí slitiny nějakým jiným způsobem než plátováním. Jedna ze známých možností je nanesení nebo přiložení slitiny pro tvrdé pájení k povrchu jednoho nebo obou součástí ve formě prášku nebo zrnek, obsažených ve vhodném nosiči, který je ve formě tekutiny nebo pasty.

V patentu Spojených Států 3,971,501 (Cooke) se popisuje metoda spojení hliníkových povrchů pomocí hliníkové pájecí slitiny, kdy se směs hliníkové pájecí slitiny ve formě prášku a tavi dl o ve formě prášku nanese na spojované povrchy. Nanesená vrstva se usuší a po té se povrchy zahřejí na pájecí teplotu, čímž je pájení ukončeno. Při tomto postupu, tak jako u jiných známých systémů, se používá slitina pro tvrdé pájení.

Ačkoliv byly vyvinuty způsoby tvrdého pájení bez použití tavidla, jejich používání je omezeno ekonomickými a jinými faktory, způsobenými nutností pracovat za speciálních podmínek a 1 se speciálním vybavením, které je nutné k úspěšnému provedení V takového postupu. Většinou je však zapotřebí při pájení hliníku použít tavidlo a odstranit tak oxydovou vrstvu, která se obvykle na nechráněných kovových površích vytváří v místě spoje a rovněž tím zvýšit pronikání roztavené slitiny pro tvrdé pájení během zahřívání. Materiál, použitý jako tavidlo k pájení, musí mít . * schopnost se chovat jako tavidlo, rozpouštějící a/nebo jinak !

odstraňující oxydy kovů při tavících teplotách, a přitom zůstat v zásadě nezměněn pokud jde o hliník za podobných teplot.

Vzhledem k tomu, že tavidla jsou obvykle reaktivní pouze tehdy, jsou-li alespoň částečně roztaveny, měla by se tavidla pro pájení hliníku na tvrdo tavit zcela nebo částečně při pájecích teplotách, t j . za teploty/ většino”, ne;vyšší než «* raděj 1 nižší ?i3ž 577°C.

Materiál, komerčně používaný jako tavidlo při pájení hliníku na tvrdo, byly většinou směsi převážně chloridových solí, do kterých se v některých případech přidával fluorid. V poslední době se k pájení hliníku na tvrdo s velkým úspěchem používalo tavidla s obchodním názvem NOCOLOK*. které je vlastně €1uoroh1 i n i tan drase1ný.

Předmětem této práce je předložení zlepšené metody spojování hliníkových povrchu a rovněž spojování hliníku s jinými povrchy, jako např. s mědí, mosazí nebo ocelí pomocí pájení na tvrdo, aniž by bylo nutné na pájené povrchy nejdříve nanést slitinu na tvrdé pájení.

Podstata vynálezu

t.

Podstatou předkládaného vynálezu je vylepšení metody potíží váné při spojování hliníku s kovovými povrchy slitinou na ( tvrdé pájení, jejíž bod tání je nižší než bod tání kovů, tvořících povrch spojovaných součástí. Hliník lze spojit s povrchy buď hliníkovými, měděnými, mosaznými nebo ocelovými. To spasená, že metoda, jež je předmětem tohoto vynálezu, se muže využít pro spojování podobných nebo různých kovů a může být například využita ke spojování hliníku s hliníkem, s mědí, s mosazí nebo ocelí. Tato metoda zahrnuje nanesení (a) směsi kovu a tav idla k pájení alespoň na jeden ze spojovaných povrchů. Kov ze směsi je upraven tak, že tvoří alespoň s jedním z kovových povrchů eutektikum, které lze pájet. Dalšía^- krokem mělTody^jé zahřátí povrchů a nanesené směsi nad bod tání jak tav idla tak i slitiny na tvrdé pájení, Čímž se rozpustí nebo odstraní oxydová vrstva ze spojovaného povrchu. Dojde k rozpuštění kovu v nanesené vrstvě v kovovém povrchu, očištěném od oxydu. Vytvoří se tak vrstva slitiny na tvrdé pájení, která se roztaví a dostane se mezi povrchy dvou spojovaných součástí. Vytvoří se spoj a obě součásti se spojí. Roztavené tav idlo snižuje povrchové napětí roztavené slitiny na tvrdé pájení a napomáhá jejímu pronikání do středu mezi spojované povrchy. Dále se provede (c) ochlazení spojených .součást í a tím se vytvoří mezi' povrchy pevný spoj.

NejvhodnějSi způsob realizace vynálezu

Nanášená směs může být ve formě suchého prášku, pasty nebo í K řídké kaše, jako nosiče je nejlépe použít těkavou kapalinu, . I' jejímž základem může být voda nebo nějaká organická sloučenina, jako například alkohol.

Nejvhodnější kovová složka nanášené směsi je křemík, ale lze použít i jiné kovy, jako např. měď nebo germanium. Toto je specifikace a v dále uvedených nárocích se slovem kov“ rozumí kov v elementární podobě, běžně k sehnáni v nelegované formě, a který může obsahovat malou koncentraci nečistot, která však nemá na jeho vlastnosti vliv. Nejdůležitější podmínkou je, že v nanášené směsi musí být obsažena kovová složka, která je schopna se za pájecí teploty rozpouštět v hliníku nebo v jiném kovu, t který je. spojován, a který in šitu vytváří s kovem vrstvu slitiny na tvrdé pájení. Tavidlová složka nanášené směsi může a · ' být tvořena jakýmkoliv materiálem, schopným odstraňovat oxydovou vrstvu a tavícím se za teploty nižší než 600°C. Přednost se dává tavidlu, které je komplexem f1uorohlini tanu draselného. Fluorohlinitaném draselným se zde rozumí takové materiály, které obsahují draslík, hliník a fluor v takovém poměru, že jsou přítomny sloučeniny jako KF, A1F*, KAIF^, KjAlE^., buď jednoduše nebo dvojitě nebo v kombinacích. Složení muže být vyjádřeno jako elementární složení 20 až 45% K, 10 až 25% Al a 45% až 60% F nebo jako koncentrace sloučenin KF a AlF^, jako 40 až 70% AlFj a 30 až 70% KF. Podobná tavidla byla popsána mezi jinými i v Britském patentu č. 1,055, 914 pro Des Soudures Castolin S.A., publikovaném 18. ledna 1976 za kombinaci obsahující 53-55% A1F₄ a 45-47% KF, a v patentu USA č. 3,951, 328, zveřejněném 20. dubna 1976 a přiznanému Alcan Research a Development Limited za kombinaci 45-65% AIF3 a 35-55% KF, který využívá směsi K-A1F a KA1F, . Tato směs taje při teplotě kolem 577»C. .

Jiným fluorohlinitaném draselným s požadovanými vlastnostmi tavidla je směs 65.6-99,9% KAlF^-a 34,4-0.1% K^AiFg a dále ještě směs, popsaná v publikaci European Patent Publication EP

0295541, která byla Aluminium Corporation KF a 68,5-43,8% A1F₃ vydána 21. prosince 1988 jménem Shova Jedná se o směs, připravenou z 31,5-56,2% Další podobná směs je popsána v patentu Spojených Států č.4, 579, 605, vydaném 1. dubna 1986 a přiznaném společnosti Furukava Aluminium Co.Ldb. Jedná se o tavidlo, jehož jedna zvolená složka je ze skupiny K^AIF^ a K^AIF^. .H^O a zbytek je tvořen KF.

Jedním příkladem komerčně vyráběného fluorohlinitanu draselného je pasta Nocolo ri®. další podobné jsou KAIF^, K^AIF^., KjAlF^ a jejich směsi nebo fluorohlinitan draselný smíchaný s jedním nebo s více chloridem česným, fluoridem lithným, fluoridem česným a halogenidovými solemi, které snižují bod známi známými hliníkovými tavidly k alkalických a alkalinových zemin chloridů a fluoridů, chlorid amonný, fluorid amonný, kyselý fluorid draselný (KHF^), kyselý fluorid sodný (NaHF^), kyselý fluorid amonný (NH^HF^J, chlorid chloridem rubidným, jinými alkalickými tání tavidla. Další pájení jsou: směsi zi nečnatý, směsi chloridu zinečnatého, kyselého f1ucr i du draselného a chloridu amonného a fluorozinečnatanu draselného ( K. ZnF- ) .

X. B

Jiným často používaným tavidlem je tavidl o k pájení, popsané v žádosti o Britský patent GB 2,241,513A, uveřejněné 4. září 1991 (jehož podstata je popsána i v této žádosti). Toto tavidlo obsahuje fluorid česný, fluorid hlinitý a krystalický hydroxyd hlinitý nebo kysličník hlinitý nebo oboje, tvořící krystalickou s 1 bučen i nu; která má nás l edu j ící· s l ožen í a obsahu j e cesium ve formě složité sol i^:

x.CsF - y.AlF^ - 1/2.z. [Al^O^. nH^O a/nebo Al^O^] , kde x * y + z = 100, x/y < 3, 42 < x < 66, a z > 2 podle mol.X. Hodnota n je jakákoliv vhodná hodnota pro krystalovou vodu Al^O^. Tato krystalická sloučenina má bod tání mezi 440-580°C. Toto tavidlo nepodléhá korozi a jeho použití je bezpečné.

Kovová složka a tavidlo se téměř vždy ve směsi vyskytují v poměru hmot kovové složky k tavidlu v rozsahu od 0,1^:1 do 5=1 s výhodou od 0,25-l do 1=1.

Nej lepší je, když kovová složka v nanášené směsi je ve formě drobných částeček, to znamená částeček o rozměrech asi 1000 wm, nebo s výhodou od 4 do 08 jim a ještě výhodněji od 5 do 50 ua.

Podle požadavku může směs na pokovování také obsahovat pojivovou složku a tvořila pastu.

Toto pojivo lze zvolit z nejrůznějších pojivových materiálů, které vyprchají za teploty nižší než je bod tání tavidla a eutektické slitiny. Mezi příklady vhodného pojivá lze uvést směs polyethylmetakrylátu a butylakrylátu nebo 1 - (2 - methoxyl - 1 - methyloxy) - 2 - propanolu a propy1eng1yko1u jako nosiče nebo 2 - methyl - 2, 4 - pentanediol.

Množství nanášené směsi aplikované na povrch je obvykle menší než 130 g/m² , přičemž se dává přednost rozsahu mezi 30-100 g/m² . Pokud je do směsi přimícháno pojivo, lze aplikovat až 130 g/m² . Avšak jedná-li se o směs bez pojivá, nemělo by být naneseno víc jak 100 g/m² . Zkušenost ukázala, že směs je nejlépe nanášet tak, aby na povrchu bylo od 20 do 30 g/m² tavidla.

V případě, že kovovou složkou pokovovací směsi „.· jsou křemíkové částečky a kov, který je třeba připojit, je hliník, je nej lepší provádět spojování podle tothoto vynálezu za teploty v rozsahu od 500-600°C. Kvalita pájeného spoje, tj . jeho

I úplnost,, rozměry svaru atd. závisí na relativním obsahu «* I

Si/távidlo ve směsi na tvrdé pájení, na pokrytí povrchu touto ý I směsí a na době zahřívání za pájecí teploty. t I

K pájení na tvrdo dochází prostřednictvím doplňkového I působení materiálu tavidla a kovu na povrchu. Teplota pro pájení I na tvrdo závisí na kovu na povrchu nebo na kovech, které se I spojují. Hliníkové povrchy lze například pájet na tvrdo za I teplot v rozsahu od 500 do 650°C, hliník a měď za teplot od _% I

570-590°C.

í

Při spojování hliníkových povrchu se tavidlo taví za ,. I teploty 600°C a rozpouští nebo odstraní přirozenou oxydovou I vrstvu na hliníkových površích, které se bude spojovat, a vystaví čistý hliníkový povrch působení jemného křemíkového prášku. Vzhledem k vysoké rozpustnosti křemíku v hliníku za takovéto teploty se křemík v obnaženém hliníkovém povrchu -ryčníe~rozpustí a vytvoří povrchovou vrstvu ze slitiny Al/Si vě složení, o němž se předpokládá, že je blízké eutektiku Si/Al 12,6X Si/87,4X Al v každé hliníkové součásti. Protože bod tání tohoto eutektika je pouze 577°C, hliníkové povrchy, obsahující křemík, tají za teploty nad 577°C a pronikají tak do středu spoje. Roztavené tavidlo snižuje povrchové napětí eutektické | slitiny Si/Al a pomáhá roztavené slitině proniknout do středu | spoje a tím zvyšuje jeho kvalitu. Je třeba upozornit na to, že ‘ pokud se použije tavidlo ve formě prášku příliš velké množství křemíku, může se vytvořit povrchová vrstva hliníkové slitiny s nízkým bodem tání a vysokou tekutostí, která znemožní vytvoření požadovaného pevného svaru na spoji. Protože vytvoření eutektické slitiny Al/Si závisí na rozpustnosti křemíku v hliníku, proces pájení na tvrdo vyžaduje časový interval za teploty nad 577°C a dostatečně dlouhý na to, aby došlo k difúzi Si a k následnému vytvoření slitiny a svaru. Tento časový s

- interval bývá většinou od 2 do 5 minut v závislosti na rozměrech »

svaru.

Přišlo se rovněž na to, že kvalita svaru při pájení na tvrdo u spojů vyrobených z hliníkových součástί, obsahujících legující prvky jako např. mangan. měď a pod. společně s hliníkem, se může zvýšit přidáním nepatrného množství prášku těchto nebo jiných prvků nebo jejich slitin do nanášené směsi. Nanášená směs může obsahovat prášek jiných kovů, jejichž částečky budou mít stejnou velikost jako částečky kovu tvořícího eutektikum. Tím dojde k vylepšení vlastností spojované součásti. Například přidáni mědi do nanášené směsi vede k dostatečné d i fúzi Cu na spoj í ch a - - do- -středu sl i ti ny .. spoj o váných. součást i během pájení na tvrdo, čímž se zvýší jejich mechanická pevnost. Přidání prášku Fe, íln, Ni a Zn jednotlivě nebo ve vzájemných mechanickou odolnost, odolnost proti teplotám zlepšit tepelnou sušlechtitelnost spojených součástí. Přidáním Bi a Sr se zvyšují smáčivé do pokovovací směsi, buď kombinacích, může zvýšit a/nebo může hliníkových vlastnost i eutektické tekutiny vzhledem k základní slitině během pájení na tvrdo. Odolnost pájených součástí vůči korozi je možno zvýšit přidáním prášku Mn, Cr, Sb, V nebo Zn. Přidáním Zn lze získat dokonalejší konečnou úpravu, která následuje po anodickém okysličování. Svařitelnost součástí pájených na tvrdo lze zvýšit přidáním Be do nanášené směsi.

Odolnost hliníkových spojů pájených na tvrdo za použití výše popsané směsi a kovů v okolí spoje vůči korozi lze výrazně který lze galvanizovat, jako např. Množství tohoto materiálu musí být zvoleno tak, aby vyhovělo požadavku na vytvoření ochrany proti korozi, aniž bý došlo ke snížení celkové kvality pájeného spoje.

zvýšit přidáním materiálu, zinku a pod. do pájecí směsi

Příklady provedeni vynálezu.

Pro další ilustraci vynálezu uvedeme následující příklady: Přiklad 1:

Použily se dva proužky hliníkové slitiny AA11OO. Tyto proužky byly 25 mm široké, 28 mm dlouhé a jejich tloušťka byla

1,3 mm.

Nanášená směs z tavidla a křemíku byla připravena smícháním a křemíkového kovového prášku s Tavidlo a křemík se smíchaly v tavidla k pájení NOCOLOK* velikostí částic asi 30 um různých poměrech tak, jak je vidět v tabulce 1.

izopropylalkoholu byl nanášené tavidlo a křemík, utvořen kašovitý roztok.

směsi, obsahuj ící Nanesl se na povrch ’ ⁸ · proužků tak. Se se proužky do kašovitého roztoku namočily, vytáhly se a po dobu 5 minut se sušily za teploty 15O°C. Oba dva kusy byly složeny do tvaru T- a zahřátý v pájecí pícce v dusíkové atmosféře na teplotu 600°C. Celkový čas pájeni an tvrdo byl 12 minut s přibližně 3-ainutovým intervalem za maximální teploty 560-605°C.

Byla zaznamenána kvalita pájení na tvrdo vzhledem k velikosti a kvalitě svaru. Výsledky jsou zaneseny do následující tabulky 1

TABULKA 1

Nosič

Sl/tavidlo hmotnostní - poměr

Hmotnost

Kvalita pájení žádný

0,56 žádný

1,23

Celková

Tav i dl o g/m³

S i g/·’

15, 6

5, 6 tenký svar

9. 4

11,6 I vynikající svar í isopropy1

Al Sídho 1 isopropy1 Alkohol

0,5

0, 25

6.7

3,3 Ičástečné pájení

9,6

7. 7,

1,9 k pájení nedošlo

Výsledky zkoušek ukázaly, že příměs množství 3,3 g/m³prášku Si je nedostatečná na to, aby bylo možno pájení na tvrdo provést, ale při· přidání množství 11,6 g/m³ se získal vynikající svar.

Příklad 2.'·

Provedlo se srovnání vody a izopropylalkoholu jako nosičů pro použitou kašovitou hmotu. Je známo, že izopropylalkohol svlhčuje povrch hliníku, aniž by bylo nutné předem jeho povrch očistit, protože proniká vrstvou oleje a vazelíny, vyskytující se na povrchu hliníkového plátu. Avšak v průmyslové praxi lze využívat jako nosiče pouze vodu. Z tohoto důvodu byl proveden pokus, aby se ověřilo, zda je vodní nosič na povrch plátu schopen nanést dostatečné množství tavidla a Si tak, aby při ”pá jěhí ná t vřdó dóš 1 o k úšpokó j rvéT5ů^_’výsTědku^_.------ -------------— ......

Byla vytvořena směs tavi dlo/Si v různém vzájemném poměru obou složekv v a různých koncentracích kašovité hmoty tak, jak ukazuje tabulka 2.

, Použitým testovacím vzorkem byla malá část typického hliníkového výměníku tepla, zhotovená ze dvou plátů AA1100, svírajícími vlnitý šev, zhotovený ze slitiny AA3003. Žádný z těchto kusů. nebyl potažen obvyklou slitinou na tvrdé pájení Al-llSí Si. Během testování byla kašovitá směs, kde byl jako nosič použit alkohol, nanesena přímo na kovový povrch. Kašovitá směs, kde byla nosičem voda, . se nanesla na očištěný kovový povrch. Očištění testovacího vzorku bylo provedeno v 5?C hmotnostním roztoku hydroxydu sodného na 5 - 15 sekund, aby bylo zajištěno dostatečné navlhčení povrchu kašovitou směsí, kde byla nos i čem voda.

Kašovitá směs tavidla/Si byla nanesema tak, že se do ní testovaný vzorek namočil, vytáhl a pak se provedlo odpaření nosiče vysušením vzorku za teploty 150°C po dobu pěti minut.

I»

Bylo provedeno změření nárůstu hmotnosti vzorku. Podle tohoto nárůstu se vypočítalo množství tavidla a křemíkového kovu na povrchu. Výsledky ukazuje Tabulka 2.

Výsledky dokazují, že za použití vody jako nosiče v kašovité směsi lze na povrch nanést odpovídající hmotnost Si i- kovu a tavidla.

ř

TABULKA 2

Koncentr, hnotnos.

Hmotnost nanesené vysuš.kašoví té hmoty| --i--i ⁴4pev. 1 át

Typ kašovité

Nosič alkohol

Nos i č voda

v kašov. směsi	směsi	Si/tavidlo hmotnostní poměr	Si/tavidlo hmotnostní poměr
- Μ	........... 1:2	1 ·'3	1 ^:2,8	1=3, 3	1 ^;4
	S i ( g/ m* )	2,5	1,7·	1,2
20	TavidloC g/m^z )	2. 5	3.4	3, 4	-	-	-
	Celkem (g/m* )	5,0	5, 1	4, 6	-	-	-
	Si (g/m¹ )	3,9	2.7	2, 1
30	Tavidloí g/m^z)	3.9	5,4	6,3	-	-	-
	Celkem (g/m^a)	7_: a	8,1,	O A > —* -		-- -	------ -
	Si (g/m* )	6, 4	4. 6	4,5	7, 0	6, 5	4. 3
40	Tav i dl o( g/a* )	6,4	9,3	13, 4	19, 5	21,5	17, 1
	Celkem (g/a*)	12. 8	13,9	17. 9	26, 5	26. 5	21,4

Přiklad 3= . Testované vzorky byly připraveny stejným způsobem jako v Příkladu 2. Pomocí kašovité hmoty, kde byl jako nosič použit izopropylalkohol, byla nanesena vrstva tavidla a křemíku. Kašovitá směs byla použita ve třech různých koncentracích - 20, 30 a 40?í pevných látek ve vodě - na povrch se tak nanesl Si a tavidlo v různém množství tak, jak je uvedeno v Tabulce 3.

Vzorek byl ponořen do směsi a nosič se pak odstranil vysušením za teploty 150°C po dobu pěti minut. Vzorek byl po té pájen na tvrdo za rozdílných konečných teplot - 585,590 a 600°C v dusíkové atmosféře stejným postupem, jako je popsáno v Příkladu 1.

- 11 TABULKA 3

Systém pájení Si/tavidlů alkohol Vizuální ohodnocení velikosti svaru

-Roncenbr ;-kaš^_.směs'i^_	20% - -hmo tn os t i— pevných látek	30% - -hmo-tn os-t-i— pevných látek	40%- -hmotnost i — pevných látek
Tepl . °C	poměr S i/tav idl o	1 ^: i	1 -2	1 ^:3	1 : 1	1 : 2	1 =3	i · 1	1 ^:2	1 ^:3
	S i C g/ m² )	2, 6	1,9	1.3	3, 9	3, 1	2, 2	6,5	4, 7	4.5
600	Tavid. (g/m² )	2,6	3,8	3,9	3. 9	6, 2	6, 6	6, 5	9,4	13,5\|
	Kvali t.svaru	A	A	B	A	B	Cx	A	A	B
	Si ( g/m² )	2. 4	1.6	.9	3, 9	2, 3	2, 1	6, 6	4, 1	4. 5
590	Tavid. (g/m² )	2, 4	3, ¹	2,5 ·'	3.9	4,6	6, 3	6, 6	8,3	13, 3
	Kvalit.svaru	B	C	D	A	D	D	A	A	A
	Si ( g/m² )	2. 4	1.6	1,3	4. 0	2, 7	2, 0	6,0	5, 1	4, 4
585	Tavid. (g/m² )	2, 4	3,3	3,9	4.0	5, 4	6, 0	6. 0	10. 0	13, 3
!	Kvalit.svaru	D	D	D	A -------j	C	C	c	B	A •

Popis svaru:

A - nepřerušovaný/velký

B - nepřerušovaný/střední

C - nepřerušovaný/malý

D - přerušovaný/velmi malý x - anomálie

Uvedené výsledky ukazují rozsah množství použitého tavidla a kovu, který dává uspokojivé výsledky¹

Při pájecí teplotě 600^eC bylo dosaženo uspokojivých výsledků s pouhými 1,3 g/m² křemíku as poměrem Si/tavidlo

1^;3. Při poměru Si/tavidlo větším něž 1=3 se uspokojivé svary získaly za použití od 2 do 6,5 g/m² Si.

Při pájecí teplotě 590°C bylo dosaženo uspokojivých

2a předpokladu, že poměr

- 12 výsledku s pouhými 2,4g/m²

Si Tavidlu je 1-Ί

Při pájecí teplotě 585°C bylo dosaženo uspokojivých výsledků s přibližně 4,0 g/m² Si při poměru Si/tavidlo 1:1.

Z výše uvedeného vyplývá, že čím vyšší je pájecí teplota, tím je k dosažení uspokojivého výsledku zapotřebí menší koncentrace Si.

Přiklad 4··

Vzorek byl připraven stejně jako v Příkladu 2.Aplikovala se směs Si a tav idla NOCOLOK^ pomocí kašovité směsi,kde byla nosičem voda. Hmotnostní koncentrace pevných látek ve vodě byla 40%.

Pájení bylo provedeno za teploty 600°C a kvalita svaru byla posuzována vizuálně. Výsledky jsou uvedeny v Tabulce 4.

TABULKA 4

Systém pájení Si/tavidlo alkohol Vizuální ohodnocení velikosti svaru

Koncentrace kašovité směsi	40% hmotnost i pevných látek
Tepl.^eC	Poměr Si/ tavidlo	1 ^:2, 8	1 :3,3	1 '· 4
600	Si (g/m² )	7, 0	6, 5	4, 3
Tavidlo (g/m²)	19,5	21,5	17, 1
Kvalita svaru	A	B	C

Popis svaru:

A - nepřerušovaný/velký

B - nepřerušovaný/střední

C - nepřerušovaný/malý

Výše uvedené výsledky ukazují, že je zapotřebí dodat 7,0 g/ο² Si, aby bylo dosaženo svaru požadované kvality a že množství 4,30 g/m² je nedostatečné, je-li poměr Si/tavidlo menší než 1:3,3.

Příklad 5=

Tento příklad je zaměřen na zvýšení odolnosti vůči korozi, kterého se dosáhne přidáním zinkového kovového prášku do práškové směsi NOCOLOK*/Si.

Směs tavidlového kovu obsahovala:

Γ ďí'l Zhprážku ( čistota 99; 9%,” vel í kost asi 8--mikronů)............ — díl Si prášku (čistota 99,1%, velikost asi 44 mikronů) díly tavidla NOCOLOK*

Vše bylo rozmícháno na kaši v takovém množství vody, aby byl podíl pevné části 40%.

Směs tavidlo/kov byla aplikována na proužky lxlH“ AA1100 a AA3003, předem očištěné 5% hmotnostním roztokem hydroxidu sodného. Proužky byly ponořeny do kašovité směsi a osušeny. Nános obsahoval 4,3 g/m³ Si, 4,5 g/m³ Zn a 17,2 g/m³ tav i dl a NOCOLOK*·

Proužky k sobě byly přiloženy do tvaru ”T“ a pájeny na tvrdo zahřátím na 600^eC v dusíkové atmosféře.

Proužky se po té rozřízly a řez svarem byl zkoumán pod elektronovým mikroskopem. Zjistilo se, že Zn pronikl do hliníkové slitiny přinejmenším do hloubky 50 mikronů a že téměř všechen Si reagoval s AI a vytvořil eutektickou slitinu AI-ll%Si.

Pak byly proužky podrobeny testu na korozi a srovnány s obdobnými vzorky, - pájenými běžným způsobem s NOCOLOK* bez přidání Si nebo Zn do tavidla. Výsledky tohoto testu dokázaly, že přidáním Zn do tavidla se nepříznivě neovlivní proces difúze Si ani odolnost proužků vůči korozi.

Přiklad 6:

Postup, popisovaný v této žádosti o uznání patentu, lze rovněž využít při spojování hliníku a mědi. V tomto testu se použil přeplátováný spoj. Základní destička měla rozměry

63mmx50mm, a byla přeplátována o 50mm proužkem s rozměry

25mmx75mm. Hliníková složka (AA1100) byla vyčištěna v 5% hmotnostním 65°C roztoku hydroxidu sodného, poté očištěna v 50% roztoku kyseliny dusičné, opláchnuta ve vodě a vysušena proudem vzduchu. Měděná složka byla po jednu minutu čištěna v 50% kyselině dusičné, opláchnuta vodou a vysušena proudem vzduchu.

Experimentální podmínky jsou zobrazeny v Tabulce 5=

TABULKA 5

Konf i gurace vzorku	Konc.kaš. směs i χ % celk. an.pevné část i	Celkové množství (g/ m² )	Celkové množství ( g/m² )	Celkové množství (g/m² )	Max i m. dosaž. tepl.°C
Proužek Cu/ základna Al	50	44, 3	11,1	33, 3	584
Proužek Al/ základna Cu	50	56, 4	14, 1	42, 3	576
Proužek Al/ základna Cu	30	32, 9	8,2	24, 7	580

x směsí taviďlo + Si byla pokryta pouze spodní strana proužku, základní destička pokryta nebyla

Na sestavě měděný proužek/hliníková základna se dokázalo, že ke spojení za 584^eC dojde, ale na okrajích měděného proužku dochází k poměrně rozsáhlé erozi hliníkové základny. U sestavy hliníkový proužek/měděná základna za 576^eC pájení na tvrdo neproběhlo. Možnou příčinou bylo to, že nebylo dosaženo dostatečné teploty. Pájení na tvrdo při nízké hmotnosti Si ve směsi (8,2g/m²) bylo rovněž úspěšné.

Průmyslová využitelnost..

Vynález může být využíván při spojování dvou nebo více kovových součástí, z nichž jedna je vyrobena z hliníku, a které je třeba pájet na tvrdo.

Claims

1.Způsob spojování jednoho hliníkového povrchu k druhému povrchu hliníkovému, měděnému, mosaznému nebo ocelovému za použití slitiny na tvrdé pájení, která má bod tání nižší než kov (kovy), tvořící povrchy spojovaných 'di'lů', zahrnu j íc'e' ('aj · nanesení pájecí směsi alespoň na jeden ze spojovaných kovových povrchů, přičemž tato pájecí směs obsahuje tavidlo k pájení na tvrdo, schopné odstranit oxydovou vrstvu, která se vytváří na kovovém povrchu a bod tání této směsi je nižší než 6C0^eC, (b) spojované povrchy a nanesená směs se zahřejí na teplotu, která je vyšší než je bod táni slitiny i tavidla na tvrdé pájeni, přičemž dojde k odstranění oxydové vrstvy z povrchů, které se spojí a vytvoří sestavu,spojenou pájením na tvrdo, (c) tato sestava se zchladí a mezi povrchy se utvoří pevný svar, vyz.načující se tím, že výše *

zmíněná směs obsahuje kov, upravený tak, že je schopen tvořit in šitu eutektickou slitinu, kterou lze pájet, alespoň s jedním z kovových povrchů.

X Způsob podle nároku I , v y z n a č u j í c í se t m, že se nanese směs kovu a tavidla Jr pájení ve íormě suc hého prášku 3. Způsob podle nároku 1 — / v y z n a č u j í c í se t í m, že

se nanese směs kovu a tavidla ve íormě kašovité hmoty.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že kašovitá hmota obsahuje jako nosič těkavou tekutou látku.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že směs kovu a tavidla k pájeni se nanese ve íormě pasty, která obsahuje organické nebo anorganické pojivo.

6. Způsob podle nároků 1,

2, 3, 4 nebo 5, vyznačuj ící se t í m, že kov v nanášené směsi se zvolí ze skupiny kovů složené z křemíku, mědi a germania.

7. Způsob podle nároků 1, 2, 3, 4 nebo 5, vyznačuj íc í tím, že se jako kovová složka v nanášené směsi použije se křemík.

3.Způsob podle nároků 1, 2 se t í m, že tavidlo

4 nebo 5, vyznačuj ící k pájení má toto základní složení:

•y

20 -45%K, 10-25%Al a 45 - 60%F. '«

9. Způsob podle nároků 1, 2, 3, 4 nebo 5,vyznačující V

Λ se tím, že tavidlo k pájení má složení vyjádřené ·ο v ekvivalentních nejjednodušších sloučeninách - 40 -70% AlFj a 30-60% KF.

10. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že 3e jako tavidla k pájení využije íluorohlinitan draselný.

11. Způsob podle nároků 1, 2, 3, 4 nebo 5, vyznačuj ící se tím, že směs kovu a tavidla k pájení obsahuje navíc t

přinejmenším jednu složku ve íormě prášku, která mění ,

0 * vlastnosti alespoň jednoho z pájených spojů a kovu v okolí pájeného spoje.

12. Způsob podle nároku 11,vyznačuj ící se tím, že přinejmenším jedna další . složka ve íormě prášku se zvolí z prášku Be, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn, Bi, Sr, Cr, Sb a V.

13. Způsob podle nároků 1, 2, 3, 4 nebo 5, vyznačuj ící se tím, že směs kovu a tavidla k pájení obsahuje navíc alkalickou kovovou sůl, která snižuje bod tání tavidla.

14. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že hmotnostní poměr kovu k tavidlu v nanášené směsi je v rozsahu od 0,1:1 do 5:1. ·

15. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že a oba spojované povrchy jsou hliníkové a zahřeji se na teplotu * v rozsahu od 550—650®C.

16. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že jeden spojovaný povrch je hliníkový a druhý měděný a zahřeje se na teplotu v rozsahu od 570-590^eC.

17. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že kov tvořící eutektikum je ve íormě částeček o velikosti do 1 000 um.

18. Způsob podle nároku 17,vyznačuj ící se tím, že velikost částic je v rozsahu od 5 do 50 pm.

19. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že se na povrch nanese od 10 do 30 g/m² tavidlové složky.

20,Směs, pro použití při spojování hliníkového povrchu k povrchu hliníkovému, měděnému,mosaznému nebo ocelovému,která obsahuje tavidlo schopné odstranit z vyznačuj ící se tím, že vytváří in šitu eutektickou slitinu, alespoň s jedním z povrchových kovů.

Smés podlé' nároků 20, v ý ž h á 'č u j’ í c ’ í /fen?

povrchů oxidovou vrstvu, obsahuje kov, který kterou lze pájet.

kov, který je schopný utvářet zmíněnou slitinu, se zvolí skupiny obsahující křemík, měď a germanium.

.Směs podle nároku 20 nebo 21, v y z n a č u j í c í s tím, že obsahuje rovněž pojivo, které vyprchá za nižší než je bod tání tavidla a eutektické slitiny.

.Směs podle nároku 20 nebo 21, vyznačuj í‘c í tím, že tavidlo k pájeni má následující 20-45* K, 10-25* Al a 45-60* F.

24.Směs podle nároku 20 nebo 21, vyznačující se tím, že tavidlo k pájení má složení vyjádřené *

v ekvivalentních ne j jednodušších sloučeninách - 40-70* ΑΙΞ» a 30-60* KF.

25.Směs podle nároků 20 nebo 21,vyznačuj ící se tím, že jako tavidlo k pájeni se používá fluorohlinitan draselný.

26.Směs podle nároku 20 nebo 21,vyznačující se t í m, že obsahuje navíc jednu další složku ve formě prášku, která je schopna měnit vlastnosti přinejmenším jednoho z pájených spojů a kovů v jeho okolí.

27.Směs podle nároku 26,vyznačuj ící se tím, že přinejmenším jedna složka je ve formě prášku jedné ze skupin, složené jedním z následujících kovů: Be, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn, 3i, Sr,'Cr, Sb a V.

28.Směs podle nároku 20 nebo 21,vyznačující se t í m, že obsahuje navíc sůl alkalického kovu, která snižuje bod tání tavidla.

Směs podle nároku 21,vyznačující se tím, že hmotnostní poměr kovu k tavidlu v nanášené směsi od 0,1:1 do 5:1.

Směs podle nároku 22, ------ze vyznačuj í c teploty s e základní složení je v rozsanu tím, že

9.

- IQ je ve íormě pasty.

3l.Nepájené kompozitum, zahrnující povrch kovového substrátu, který se zvolí mezi povrchem hliníkovým, měděným, mosazným a ocelovým, potažený vrstvou nanášené směsi obsahující tavidlo k pájení, schopné z povrchu odstranit oxidovou vrstvu, vyznačující se tím. Se nanášená směs obsahuje kov, který je schopen in šitu vytvářet s přinejmenším z jedním z kovů, tvořících zmíněný povrch, eutektickou slitinu, kterou lze pájet na tvrdo.

32.Směs podle nároku 31,vyznačuj ící se tím, že kov, ‘který je schopen vytvářet zmíněnou slitinu, je zvolen ze skupiny tvořené křemíkem, mědí a germaniem,

33.Směs podle nároku 31 nebo 32,vyznačující se tím, že nanášená směs rovněž obsahuje pojivo, které se ”—vypařuje za teploty pod bodem tání tavidla a eutektické slitiny.

34. Použití pájecí směsi ke spojování hliníkového povrchu s hliníkem, mědí, mosazí nebo olovem, přičemž slitina na tvrdé pájení má bod tání nižší než nebo kov(y), tvořící povrch spojované součásti a pájecí směs obsahuje tavidlo, které je schopno z povrchu součástí odstraňovat oxidovou vrstvu, vyznačující se tím, že pájecí směs obsahuje kov, který je schopen in šitu vytvářet s přinejmenším s ' jedním z kovů, tvořících zmíněný povrch, eutektickou slitinu, kterou lze pájet na tvrdo.

35. Použití podle nároku 34,vyznačující se tím, že kov, schopný vytvářet zmíněnou slitinu je křemík, měď nebo germanium.

36. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tavidlo k pájení obsahuje fluorid česný, fluorid hlinitý a nejméně jedna složka je zvolena ze skupiny, složené z krystalického hydroxidu hlinitého a krystalického oxidu

- hlinitého tvořící krystalickou sloučeninu, která má následující složení a obsahuje cesium ve formě složité soli:

x . Csr - y . AlFj - '4. z . [ Alj Oj . nHj O a/ nebo Al^ Oj J

- 19 kde x+y+z=100 x/y < 3

42 < x < 66, a

.. ___________z. >.....2.,__._____________ v mol.%.

37.Směs podle tavidlo k nároku 20, vyznačující se tím, že pájení obsahuje íluorid česný, fluorid hlinitý jednu sloučeninu zvolenou ze skupiny tvořené krystalickým hydroxidem hlinitým a krystalickým oxidem hlinitým, které spolu vytváří krystalickou sloučeninu,která má následující složení a .obsahuje cesium ve formě složité soli 'x.CsF·- y . A1F? - H. z. [Al^ Oj . nH^O a/nebo Al^Oj ] kde x+y+z=100 x/y < 3

42 < x < 66, a z > 2 v mol. .

33. Způsob spojování hliníkového povrchu k povrchu z hliníku nebo jiného kovu, přičemž se povrchy spojí pájením na tvrdo za použití pájecí směsi, vyznačující se tí m, že pájecí směs obsahuje kov schopný vytvářet eutektickou slitinu, kterou lze pájet, alespoň s jedním z povrchových kovů o

33.Směs, nanášená na povrch pro flužití při spojování hliníkového povrchu k povrchu vyrobenému z hliníku nebo jiného kovu způsobem pájení na tvrdo, vyznačující se tím, že obsahuje kov schopný vytvářet eutektickou slitinu, kterou lze pájet, alespoň s jedním z povrchových kovů.