RU2779439C1 - Mixed powder solder for soldering aluminum and alloys based on it - Google Patents

Mixed powder solder for soldering aluminum and alloys based on it Download PDF

Info

Publication number
RU2779439C1
RU2779439C1 RU2021136334A RU2021136334A RU2779439C1 RU 2779439 C1 RU2779439 C1 RU 2779439C1 RU 2021136334 A RU2021136334 A RU 2021136334A RU 2021136334 A RU2021136334 A RU 2021136334A RU 2779439 C1 RU2779439 C1 RU 2779439C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solder
powder
aluminum
zinc
copper
Prior art date
Application number
RU2021136334A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Константинович Тельнов
Сергей Юрьевич Петрович
Ирина Борисовна Грищенко
Ольга Вячеславовна Тельнова
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЭнергоМаш"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ЭнергоМаш" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЭнергоМаш"
Application granted granted Critical
Publication of RU2779439C1 publication Critical patent/RU2779439C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aluminum powder metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to the field of aluminum powder metallurgy and can be used to obtain brazed structures from aluminum and alloys based on it. Mixed powder solder for soldering aluminum and alloys based on it contains powders of Al-Si, Al-Cu, Al-Zn, Al-Mg and Al-Sn alloys and has the following chemical composition, wt.%: silicon 9-12, copper 0.005 -4.0, zinc 0.005-4.0, magnesium 0.005-1.5, tin 0.005-1.0, aluminum - the rest. The total content of copper and zinc in the solder does not exceed 7.0 wt.%, and the total amount of copper, zinc, magnesium and tin is from 1 to 9 wt.%.
EFFECT: invention provides a decrease in the solder melting temperature and the possibility of carrying out the soldering process at temperatures below 570°C while increasing the strength of the solder joint.
7 cl, 1 dwg, 3 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии алюминия и может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и сплавов на его основе.The invention relates to the field of aluminum powder metallurgy and can be used to obtain brazed structures from aluminum and alloys based on it.

Известен припой для пайки алюминиевых сплавов состава (мас. %): германий 14-52, по крайней мере, один из компонентов группы: кремний, магний, висмут, стронций, литий, медь, кальций, цинк и олово 0-10, алюминий - остальное (международная заявка WO/1992/019780, B23K 35/28, С22С 21/00), аналог.Known solder for soldering aluminum alloys composition (wt.%): germanium 14-52, at least one of the components of the group: silicon, magnesium, bismuth, strontium, lithium, copper, calcium, zinc and tin 0-10, aluminum - the rest (international application WO/1992/019780, B23K 35/28, C22C 21/00), analogue.

Недостатками припоя являются низкая коррозионная стойкость паяных соединений и высокая стоимость вследствие высокого содержания германия.The disadvantages of solder are the low corrosion resistance of solder joints and the high cost due to the high content of germanium.

Известен способ пайки алюминия и материал для пайки алюминия (патент RU 2164460, 2001 г.), принятый за прототип.A known method of soldering aluminum and material for soldering aluminum (patent RU 2164460, 2001), taken as a prototype.

Недостатками способа и материала являются то, что в составе материала используются порошки элементарных кремния, цинка, меди и германия. Авторы вскользь упоминают двойные и тройные сплавы систем Al-Si, Al-Cu, Al-Zn, Al-Si-Cu, Al-Cu-Zn, Al-Si-Zn и Zn, однако конкретных концентраций не приводят.The disadvantages of the method and material are that the composition of the material uses powders of elemental silicon, zinc, copper and germanium. The authors casually mention binary and ternary alloys of the Al-Si, Al-Cu, Al-Zn, Al-Si-Cu, Al-Cu-Zn, Al-Si-Zn and Zn systems, but do not give specific concentrations.

Действительно, кремний, цинк, медь и германий имеют значительную растворимость в алюминии, даже в твердом состоянии (см. табл. 2), но получаемый состав переменен и непредсказуем. Может образоваться сплав с такими концентрациями элементов, температура плавления которого будет выше температуры плавления основного компонента припоя Al-12%Si (577°С), что ухудшит условия паяемости конструкций.Indeed, silicon, zinc, copper, and germanium have significant solubility in aluminum, even in the solid state (see Table 2), but the resulting composition is variable and unpredictable. An alloy with such concentrations of elements can be formed, the melting temperature of which will be higher than the melting temperature of the main component of Al-12% Si solder (577°C), which will worsen the conditions for soldering structures.

К примеру, ухудшение паяемости произойдет, если при использовании порошка элементарного кремния и его растворении в алюминии будет получен сплав с содержанием кремния, выходящим за пределы 9-13 мас. %. То же относится и к меди (допустимые пределы 24-42 мас. %), и к цинку (53-100 мас. %) и к германию (10-70 мас. %).For example, deterioration in solderability will occur if, when using elemental silicon powder and dissolving it in aluminum, an alloy with a silicon content that goes beyond 9-13 wt. %. The same applies to copper (permissible limits 24-42 wt.%), and zinc (53-100 wt.%) and germanium (10-70 wt.%).

На исправление этого недостатка и нацелено настоящее изобретение.The present invention is aimed at correcting this shortcoming.

Предлагается смесевой порошковый припой для пайки алюминия и сплавов на его основе содержит следующие компоненты в следующем соотношении, мас. %: кремний 9-12, и, по меньшей мере, один из элементов из группы, включающей медь 0,005-4,0, цинк 0,005-4,0, магний 0,005-1,5, олово 0,005-1,0, алюминий - остальное. Суммарное содержание меди, цинка, магния и олова составляет 1,0-9,0 мас. %.Offered mixed powder solder for soldering aluminum and alloys based on it contains the following components in the following ratio, wt. %: silicon 9-12, and at least one of the elements from the group including copper 0.005-4.0, zinc 0.005-4.0, magnesium 0.005-1.5, tin 0.005-1.0, aluminum - rest. The total content of copper, zinc, magnesium and tin is 1.0-9.0 wt. %.

Задачами изобретения являются повышение эксплуатационных характеристик (прочность, коррозионная стойкость), увеличение номенклатуры паяных соединений из сплавов на основе алюминия и срока службы получаемых конструкций, снижение стоимости за счет отсутствия германия в составе сплава (который вдвое дороже серебра).The objectives of the invention are to improve performance (strength, corrosion resistance), increase the range of brazed joints made of aluminum-based alloys and the service life of the structures obtained, reduce the cost due to the absence of germanium in the alloy (which is twice as expensive as silver).

Технический результат состоит в снижении температуры плавления припоя и возможности проведения процесса пайки при температурах 550-570°С, улучшении технологических свойств (смачивания припоем основного металла и растекаемости) припоя, в обеспечении возможности пайки конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов с температурой солидус ниже 550°С, получения высокой прочности спая и коррозионной стойкости паяных соединений, увеличение срока службы получаемых конструкций.The technical result consists in reducing the melting temperature of the solder and the possibility of carrying out the soldering process at temperatures of 550-570°C, improving the technological properties (wetting of the base metal with solder and spreading) of the solder, in enabling the soldering of structures made of high-strength aluminum alloys with a solidus temperature below 550°C , obtaining high solder strength and corrosion resistance of brazed joints, increasing the service life of the resulting structures.

Указанный технический результат достигается тем, что припой для пайки алюминия и сплавов на его основе, содержащий алюминий, кремний и, по крайней мере, один элемент из ряда: медь, цинк, магний, олово при следующем содержании компонентов (мас. %): кремний 9-12; медь 0,005-4,0, цинк 0,005-4,0, магний 0,005-1,5, олово 0,005-1,0, алюминий - остальное, причем суммарное содержание меди, цинка, магния, олова составляет 1,0-9,0 мас. %.The specified technical result is achieved by the fact that the solder for soldering aluminum and alloys based on it, containing aluminum, silicon and at least one element from the series: copper, zinc, magnesium, tin with the following content of components (wt.%): silicon 9-12; copper 0.005-4.0, zinc 0.005-4.0, magnesium 0.005-1.5, tin 0.005-1.0, aluminum - the rest, and the total content of copper, zinc, magnesium, tin is 1.0-9.0 wt. %.

Отличительной особенностью предлагаемого припоя является то, что он состоит из порошков бинарных сплавов на основе алюминия (мас. %), а именно: порошка Al-12Si - основной компонент (известный); порошка системы Al-Cu; и/или порошка системы Al-Zn; и/или порошка системы Al-Mg; и/или порошка системы Al-Sn. Последние четыре порошка сплавов улучшают физико-химические и служебные свойства смесевого материала при использовании его в качестве припоя.A distinctive feature of the proposed solder is that it consists of powders of binary alloys based on aluminum (wt.%), namely: powder Al-12Si - the main component (known); powder of the Al-Cu system; and/or powder of the Al-Zn system; and/or powder of the Al-Mg system; and/or powder of the Al-Sn system. The last four alloy powders improve the physicochemical and service properties of the mixed material when used as a solder.

Обязательное требование к порошкам всех компонентов - их получение методом высокоскоростного охлаждения. Процессы газового распыления расплава обеспечивают скорости охлаждения частиц крупностью 40-140 мкм на уровне 104-103°С/с, крупностью 10-40 мкм - на уровне 105-104°С/с, крупностью 0,01-10 мкм - на уровне 106-105°С/с, что необходимо для формирования равномерной структуры «микрослитка».A mandatory requirement for powders of all components is their production by high-speed cooling. The processes of gas atomization of the melt provide cooling rates of particles with a particle size of 40-140 microns at the level of 10 4 -10 3 °C / s, with a particle size of 10-40 microns - at the level of 10 5 -10 4 °C / s, with a particle size of 0.01-10 microns - at the level of 10 6 -10 5 °C/s, which is necessary for the formation of a uniform structure of the "microingot".

Кремний, медь, цинк, магний и олово являются основными компонентами заявляемого смесевого припоя, обеспечивающими сужение интервала между солидусом и ликвидусом и снижение температуры плавления припоя. Кремний, цинк, медь обеспечивают повышение служебных характеристик - прочности и технологичности припоя.Silicon, copper, zinc, magnesium and tin are the main components of the proposed mixed solder, which narrow the interval between solidus and liquidus and reduce the solder melting temperature. Silicon, zinc, copper provide an increase in service characteristics - the strength and manufacturability of the solder.

Кремний образует с алюминием эвтектику Al-12Si (мас. %) с температурой плавления 577°С. Итоговое содержание кремния в смесевом припое составляет 9-12 (мас. %). Нижний предел его содержания обеспечивает достаточную жидкотекучесть и предотвращение образования горячих трещин при пайке; верхний предел позволяет значительной части припоя закристаллизоваться вблизи точки эвтектики, только легкоплавкие фазы (эвтектики с участием меди, цинка, магния и олова) остаются жидкими. К этому моменту припой позволяет сформировать достаточно прочную структуру, способную противостоять усадке до полного затвердевания без образования горячих трещин.Silicon forms with aluminum the eutectic Al-12Si (wt %) with a melting point of 577°C. The final content of silicon in the mixed solder is 9-12 (wt.%). The lower limit of its content provides sufficient fluidity and prevention of hot cracks during soldering; the upper limit allows a significant part of the solder to crystallize near the eutectic point, only low-melting phases (eutectics with the participation of copper, zinc, magnesium and tin) remain liquid. At this point, the solder allows the formation of a sufficiently strong structure that can withstand shrinkage until it solidifies completely without the formation of hot cracks.

Для улучшения механических (повышения пластичности) и технологических свойств припоя используют добавки металлов-модификаторов, суть влияния которых сводится к измельчению зерен кремния в составе эвтектики.To improve the mechanical (increase in plasticity) and technological properties of the solder, additives of metal modifiers are used, the essence of the influence of which is reduced to the grinding of silicon grains in the composition of the eutectic.

Магний относится к высокоэффективным модификаторам, цинк - к среднеэффективным, олово - к малоэффективным. Медь не является модификатором для эвтектических силуминов; ее основная роль - находясь в составе легкоплавкой эвтектики с алюминием разрушать оксидные пленки частиц сплавов Al-Si, Al-Mg, Al-Zn, Al-Sn и облегчать тем самым непростую задачу спекания порошков алюминиевых сплавов с образованием единого прочного спая.Magnesium belongs to highly effective modifiers, zinc - to medium effective ones, tin - to ineffective ones. Copper is not a modifier for eutectic silumins; its main role is to destroy the oxide films of particles of Al-Si, Al-Mg, Al-Zn, Al-Sn alloys, being a part of a low-melting eutectic with aluminum, and thereby facilitate the difficult task of sintering aluminum alloy powders with the formation of a single strong junction.

В данном случае применено комплексное легирование припоя несколькими модификаторами, позволяющее добиться усиления эффекта модифицирования.In this case, a complex alloying of the solder with several modifiers was used, which makes it possible to achieve an enhancement of the modification effect.

Медь и цинк образуют совместно с кремнием и алюминием многокомпонентную эвтектику.Copper and zinc together with silicon and aluminum form a multicomponent eutectic.

В большей степени на снижение температуры ликвидуса влияет медь. Однако из-за большой разности стандартных электродных потенциалов по сравнению с алюминиевой основой медь существенно ухудшает коррозионные свойства паяных соединений и снижает технологические свойства (смачивание основного металла). В связи с этим легирование припоя медью ограничено 4,0 мас. %.To a greater extent, copper affects the decrease in the liquidus temperature. However, due to the large difference in standard electrode potentials compared to the aluminum base, copper significantly worsens the corrosive properties of solder joints and reduces technological properties (wetting of the base metal). In this regard, the doping of solder with copper is limited to 4.0 wt. %.

Легирование цинком, снижая температуру плавления припоя, в меньшей степени влияет на коррозионные свойства паяного соединения. Содержание цинка в сплаве также ограничено 4,0 мас. % во избежание снижения прочностных характеристик спая.Alloying with zinc, reducing the melting point of the solder, affects the corrosive properties of the solder joint to a lesser extent. The content of zinc in the alloy is also limited to 4.0 wt. % in order to avoid a decrease in the strength characteristics of the junction.

Для обеспечения высоких механических и удовлетворительных коррозионных свойств паяных соединений и предотвращения образования горячих трещин при пайке суммарное содержание меди и цинка в сплаве не превышает 7,0 мас. %.To ensure high mechanical and satisfactory corrosion properties of brazed joints and prevent the formation of hot cracks during soldering, the total content of copper and zinc in the alloy does not exceed 7.0 wt. %.

В случае использования припоя для бесфлюсовой пайки в вакууме, в его состав введены небольшие добавки магния. Давление насыщенных паров оксидной пленки алюминия в вакууме крайне мало, и при обычных условиях пайки она не разрушается, что не позволяет получать качественные паяные соединения. Для разрушения оксидной пленки на алюминиевых сплавах при вакуумной пайке применяют металлы-активаторы, которые, вступая во взаимодействие с оксидом алюминия, разрыхляют его и позволяют обеспечить доступ жидкого припоя к паяемой поверхности. Легкоиспаряющимся (с температурой начала испарения ниже температуры плавления припоя на основе алюминия) металлом-активатором является магний. Добавки магния в количестве до 1,5 мас. % в припой на нагреве выше 400°С позволяют обеспечить получение качественных паяных соединений.In the case of using solder for flux-free soldering in a vacuum, small additions of magnesium are introduced into its composition. The saturated vapor pressure of the aluminum oxide film in a vacuum is extremely low, and under normal soldering conditions it does not collapse, which does not allow obtaining high-quality solder joints. To destroy the oxide film on aluminum alloys during vacuum soldering, activator metals are used, which, interacting with aluminum oxide, loosen it and allow liquid solder to reach the soldered surface. Easily evaporating (with the temperature of the beginning of evaporation below the melting temperature of aluminum-based solder) activator metal is magnesium. Magnesium supplements in an amount up to 1.5 wt. % into the solder on heating above 400°C allow to obtain high-quality solder joints.

В процессе пайки в воздушной атмосфере с использованием флюсов на основе фторидов, добавки магния могут образовать тугоплавкие фториды магния (например, MgF2, KMgF3, K2MgF4). Но, поскольку содержание магния ограничено 1,5 мас. %, и не весь магний прореагирует до образования фторидов, а содержание легкоплавкого флюса состава 46 KF - 54 AlF3 (мас. %) в паяльной пасте значительно (20 и более мас. %), то образование 1,0-1,5 мас. % фторида магния не сможет существенно повысить температуру плавления флюса - лишь на 2-3°С, чем в заявляемых условиях можно пренебречь.During air brazing using fluoride-based fluxes, magnesium additives can form refractory magnesium fluorides (eg MgF 2 , KMgF 3 , K 2 MgF 4 ). But, since the magnesium content is limited to 1.5 wt. %, and not all magnesium will react to the formation of fluorides, and the content of low-melting flux composition 46 KF - 54 AlF 3 (wt.%) in the solder paste is significant (20 wt.% or more), then the formation of 1.0-1.5 wt . % magnesium fluoride will not be able to significantly increase the melting point of the flux - only 2-3°C, than in the claimed conditions can be neglected.

Добавки олова используются для модифицирования структуры припоя. Для получения оптимальной структуры необходимо мелкодисперсное междендритное распределение олова. Растворимость олова в алюминии и цинке крайне мала (0,05-0,06 мас. %), взаимная растворимость олова и кремния отсутствует. Максимальное содержание олова в смесевом припое ограничено 1,0 мас. %, т.к. при большем содержании возможно снижение коррозионной стойкости припоя по причине появления легкоплавких эвтектик типа Al-Sn (228,3°С), Al-Zn-Sn (198,5°С), Al-Si-Sn (232°С). При содержании олова менее 0,1 мас. % его модифицирующее действие не проявляется.Tin additives are used to modify the structure of the solder. To obtain an optimal structure, a finely dispersed interdendritic distribution of tin is necessary. The solubility of tin in aluminum and zinc is extremely low (0.05-0.06 wt.%), the mutual solubility of tin and silicon is absent. The maximum content of tin in mixed solder is limited to 1.0 wt. %, because with a higher content, a decrease in the corrosion resistance of the solder is possible due to the appearance of low-melting eutectics such as Al-Sn (228.3 ° C), Al-Zn-Sn (198.5 ° C), Al-Si-Sn (232 ° C). When the tin content is less than 0.1 wt. % its modifying effect is not manifested.

Исходя из вышеизложенных соображений, общее количество меди, цинка, магния и олова в заявляемом смесевом припое ограничено минимальным значением 1,0 и максимальным 9,0 мас. %.Based on the above considerations, the total amount of copper, zinc, magnesium and tin in the proposed mixed solder is limited to a minimum value of 1.0 and a maximum of 9.0 wt. %.

В таблице 1 приведены сведения о температурно-концентрационных интервалах области легирования бинарных сплавов и о положении эвтектических точек.Table 1 provides information on the temperature-concentration ranges of the doping region of binary alloys and on the position of the eutectic points.

Figure 00000001
Figure 00000001

Согласно таблице 1, для получения бинарных сплавов в жидком состоянии при 577°С, их химический состав должен быть следующим (мас. %):According to Table 1, in order to obtain binary alloys in a liquid state at 577°C, their chemical composition should be as follows (wt.%):

Al-(24-42)Cu; Al-(54-95)Zn; Al-(16-85)Mg; Al-(84-95)Sn.Al-(24-42)Cu; Al-(54-95)Zn; Al-(16-85)Mg; Al-(84-95)Sn.

Верхнее значение 95 мас. % (а не 100) для цинка и олова установлено из того соображения, что это должны быть порошки сплава, содержащего хотя бы 5% Al, а не чистые порошки Zn или Sn.Upper value 95 wt. % (rather than 100) for zinc and tin is established from the consideration that these should be alloy powders containing at least 5% Al, and not pure Zn or Sn powders.

В таблице 2 приведены значения предельной растворимости различных элементов и фаз в алюминии.Table 2 shows the values of the limiting solubility of various elements and phases in aluminum.

Figure 00000002
Figure 00000002

Исходя из сведений таблицы 2, наиболее растворимыми в твердом алюминии (и, соответственно, сплаве Al-12Si) являются Mg→Zn→Cu→Sn (расставлены по мере снижения растворимости). Представляется следующий механизм и химизм сплавообразования - смотри фиг. 1 (Приложение 1), где схематично показаны частицы а) в холодном состоянии б) при температуре выше 550°С в) при температуре выше 5770 С. Описание схемы:Based on the information in Table 2, the most soluble in solid aluminum (and, accordingly, Al-12Si alloy) are Mg→Zn→Cu→Sn (arranged as solubility decreases). The following mechanism and chemistry of alloy formation is presented - see FIG. 1 (Appendix 1), where particles are schematically shown a) in a cold state b) at a temperature above 550°C c) at a temperature above 5770 C. Description of the scheme:

а) мелкие, размером 0,01-40 мкм (предпочтительно 0,01-10 мкм), частицы бинарных сплавов Al-Ме равномерно распределены по поверхности крупных (40-140 мкм) частиц порошка сплава Al-12%Si;a) fine, 0.01-40 µm in size (preferably 0.01-10 µm), particles of Al-Me binary alloys are uniformly distributed over the surface of large (40-140 µm) Al-12% Si alloy powder particles;

б) частицы Al-Ме расплавляются, сплав растекается по поверхности частиц Al-12Si и смачивает их;b) Al-Me particles melt, the alloy spreads over the surface of Al-12Si particles and wets them;

в) частицы Al-12Si расплавляются, а элемент Me, входящий в расплав Al-Ме, начинает диффундировать вглубь сплава Al-12Si, образуя пограничный более легкоплавкий сплав Al-Si-Me переменного состава.c) Al-12Si particles melt, and the Me element, which enters the Al-Me melt, begins to diffuse deep into the Al-12Si alloy, forming a boundary, more fusible Al-Si-Me alloy of variable composition.

Поскольку частицы основного сплава относительно крупные, а частицы бинарных сплавов относительно мелки, и суммарное содержание порошков бинарных сплавов невелико (до 18%, см. таблицу 3), элементы Cu, Mg, Zn и Sn не продиффундируют вглубь частиц сплава Al-Si, а создадут приповерхностный обогащенный этими элементами легкоплавкий слой с сохранением в ядре частицы исходного состава Al-12Si.Since the particles of the base alloy are relatively large, and the particles of binary alloys are relatively small, and the total content of powders of binary alloys is small (up to 18%, see Table 3), the elements Cu, Mg, Zn and Sn will not diffuse deep into the Al-Si alloy particles, but they will create a near-surface low-melting layer enriched with these elements while maintaining the core of the particle of the initial composition Al-12Si.

Такой механизм неравновесного сплавообразования подобен кирпичной кладке, когда между твердыми кирпичами положен жидкий цементный раствор. Отличие состоит в том, что у кирпича и раствора есть только механическое сцепление, а в случае упомянутого сплавообразования частицы скреплены еще и химически за счет образования единого более легкоплавкого, чем Al-12Si, сплава Al-Si-Me переменного состава.Such a mechanism of non-equilibrium alloy formation is similar to brickwork, when a liquid cement mortar is placed between solid bricks. The difference lies in the fact that brick and mortar have only mechanical adhesion, and in the case of the mentioned alloy formation, the particles are also chemically bonded due to the formation of a single, more fusible than Al-12Si, Al-Si-Me alloy of variable composition.

Пример.Example.

Для проведения экспериментов использовали распыленные азотом порошки сплавов (мас. %): Al-12Si, Al-33Cu, Al-80Zn, Al-50Mg, Al-80Sn.The following alloy powders (wt %) sprayed with nitrogen were used for the experiments: Al-12Si, Al-33Cu, Al-80Zn, Al-50Mg, Al-80Sn.

Из порошка Al-12Si выделяли фракцию 40-140 мкм рассевом на ситах 004 и 014 по ГОСТ 6613-86. Из порошков остальных сплавов выделяли фракцию 0-29 мкм рассевом на сите 0029 по ТУ 1276-003-38279335-2013.A fraction of 40–140 µm was isolated from the Al-12Si powder by sieving on sieves 004 and 014 according to GOST 6613-86. A fraction of 0–29 µm was isolated from powders of other alloys by sieving on a 0029 sieve according to TU 1276-003-38279335-2013.

Порошки указанных бинарных сплавов Al-Ме добавляют к основному порошку припоя Al-12Si с тем расчетом, чтобы содержание элемента Me не превышало: по 4,0 мас. % Cu и Zn каждого, 1,5 - Mg, и 1,0 - Sn, и 9,0 мас. % - всех в сумме. Примеры составления порошковых смесей, химические составы полученных неравновесных порошковых сплавов и результаты приведены в таблице 3.The powders of these binary Al-Me alloys are added to the main Al-12Si solder powder so that the content of the Me element does not exceed: 4.0 wt. % Cu and Zn each, 1.5 - Mg, and 1.0 - Sn, and 9.0 wt. % - all in total. Examples of the composition of powder mixtures, the chemical compositions of the obtained non-equilibrium powder alloys and the results are shown in Table 3.

Figure 00000003
Figure 00000003

Пример составления смеси Al-12Si, Al-33Cu, Al-50Mg с расчетом, чтобы содержание Cu составляло 4,0, a Mg - 1,5 (мас. %) - № образца 9.An example of the composition of a mixture of Al-12Si, Al-33Cu, Al-50Mg with the expectation that the Cu content is 4.0, and Mg is 1.5 (wt.%) - Sample No. 9.

По алюминий-меди:

Figure 00000004
For aluminum-copper:
Figure 00000004

По алюминий-магнию:

Figure 00000005
For aluminium-magnesium:
Figure 00000005

По алюминий-кремнию: [Al-Si]=100-12,1-3=84,9%;For aluminum-silicon: [Al-Si]=100-12.1-3=84.9%;

По кремнию [Si]=12⋅0,849=10,19%For silicon [Si]=12⋅0.849=10.19%

Смесевой порошковый припой использовали для пайки двух пластин толщиной 3 мм из сплава Д16 в герметичном контейнере, установленном в печи марки Накал, модель ПКМ 4.8.4/12,5 в атмосфере особочистого азота ([О2]≤7 ppm) с использованием флюса состава (мас. %) 54AlF3-46KF. Температура пайки составляла 577°С. Контейнер продувался тридцатикратным объемом азота высокой чистоты (чистота не хуже 99,999%). Пластины располагались внахлест, на всю площадь контакта двух пластин наносился слой пасты толщиной примерно 1 мм.Mixed solder powder was used for soldering two plates 3 mm thick from alloy D16 in a sealed container installed in a Nakal furnace, model PKM 4.8.4/12.5 in an atmosphere of high-purity nitrogen ([O 2 ] ≤ 7 ppm) using a flux composition (wt.%) 54AlF 3 -46KF. The soldering temperature was 577°C. The container was purged with thirty times the volume of high purity nitrogen (no worse than 99.999% purity). The plates were overlapped, and a layer of paste approximately 1 mm thick was applied over the entire contact area of the two plates.

Выдержка при температуре пайки составляла 8 мин.The exposure at the soldering temperature was 8 min.

Для исследования каждого образца припоя были изготовлены 5 пар пластин паяных образцов, пайку которых осуществляли за одну садку.To study each solder sample, 5 pairs of plates of solder samples were made, the soldering of which was carried out in one charge.

При пайке припоем-прототипом отмечена меньшая растекаемость припоя по сравнению с заявленным.When soldering solder-prototype marked lower solder spreading compared to the claimed.

После пайки осуществляли отмывку флюса в ультразвуковой ванне. После отмывки остатков флюса визуально было установлено формирование качественного паяного соединения.After soldering, the flux was washed in an ultrasonic bath. After washing off the flux residues, the formation of a high-quality solder joint was visually established.

Следующие два этапа исследований - механические испытания паяных соединений на растяжение и коррозионные испытания паяных соединений в соляном тумане по ускоренной методике.The next two stages of research are mechanical tensile tests of solder joints and corrosion tests of solder joints in salt fog using an accelerated method.

Механические испытания паяных образцов на работе проводили согласно ИСО 6892-84 на стандартизованной испытательной машине марки Р-10. Образцы для испытаний изготовили по ГОСТ 5264-80 (нахлесточное соединение). Результаты испытаний представлены в таблице 3. Образцы при испытании на растяжение разрушались по месту спайки, при этом место спайки было ослаблено боковыми радиусами по 5 мм при ширине хвостовика 20 мм и толщине 3 мм. В месте паяльного шва толщина была 10 мм.Mechanical tests of brazed samples at work were carried out according to ISO 6892-84 on a standardized testing machine of the R-10 brand. Test specimens were made according to GOST 5264-80 (lap joint). The test results are presented in Table 3. During the tensile test, the specimens failed at the solder joint, while the solder joint was weakened by lateral radii of 5 mm with a shank width of 20 mm and a thickness of 3 mm. At the place of the soldering seam, the thickness was 10 mm.

Испытаниями установлено, что заявленный припой позволяет повысить прочность соединений по сравнению с прототипом на 2-12%. Испытания на прочность проводились на образцах по ГОСТ 5264-80 (нахлесточное соединение).Tests found that the claimed solder allows you to increase the strength of the joints in comparison with the prototype by 2-12%. Strength tests were carried out on samples according to GOST 5264-80 (lap joint).

Непропай отсутствовал, в то время как часть образцов, паяных припоем-прототипом, разрушалась по дефектам шва («непропаям»), обусловленным недостаточной смачиваемостью припоем основного металла и растекаемостью припоя.There was no solder, while some of the samples soldered with the prototype solder were destroyed by seam defects (“non-solders”), due to insufficient wettability of the base metal solder and solder spreading.

После испытаний на коррозионную стойкость образцов, спаянных припоем-прототипом, на поверхности паяного шва выявлены локальные очаги коррозионного поражения в виде небольших белых пятен. На поверхности образцов, паянных заявленным припоем, очагов коррозионного поражения визуально не обнаружено.After testing for corrosion resistance of samples soldered with a prototype solder, local centers of corrosion damage in the form of small white spots were revealed on the surface of the brazed joint. On the surface of the samples brazed with the claimed solder, no corrosion lesions were visually detected.

Таким образом, заявленный припой обеспечивает более высокую по сравнению с припоем-прототипом прочность (не ниже 130 МПа), и повышает технологичность припоя, обеспечивает проведение пайки при температурах от 550°С, что позволит использовать припой для пайки большинства современных конструкционных алюминиевых сплавов.Thus, the claimed solder provides a higher strength compared to the solder prototype (not lower than 130 MPa), and improves the processability of the solder, provides soldering at temperatures from 550 ° C, which will allow the use of solder for soldering most modern structural aluminum alloys.

Claims (7)

1. Порошковый припой для пайки алюминия и сплавов на его основе, содержащий в качестве основного компонента порошок сплава Al-12Si, отличающийся тем, что он дополнительно содержит порошки сплавов Al-Cu, Al-Zn, Al-Mg и Al-Sn.1. Powder solder for soldering aluminum and alloys based on it, containing Al-12Si alloy powder as the main component, characterized in that it additionally contains powders of Al-Cu, Al-Zn, Al-Mg and Al-Sn alloys. 2. Порошковый припой по п. 1, отличающийся тем, что содержание меди в порошке сплава Al-Cu составляет 24-42 мас.%, цинка в порошке сплава Al-Zn составляет 54-95 мас.%, магния в порошке сплава Al-Mg составляет 16-85 мас.%, олова в порошке сплава Al-Sn составляет 84-95 мас.%.2. Powder solder according to claim 1, characterized in that the copper content in the Al-Cu alloy powder is 24-42 wt.%, zinc in the Al-Zn alloy powder is 54-95 wt.%, magnesium in the Al- Mg is 16-85 wt.%, tin in Al-Sn alloy powder is 84-95 wt.%. 3. Порошковый припой по п. 1 или 2, отличающийся тем, что частицы порошка Al-12Si имеют крупность 40-140 мкм, а частицы порошков Al-Cu, Al-Zn, Al-Mg, Al-Sn имеют крупность 0,01-40 мкм, предпочтительно 0,01-10 мкм, при этом все порошки получены с использованием высокоскоростного охлаждения, например, газовым распылением расплава, для формирования равномерной структуры частиц.3. Powder solder according to claim 1 or 2, characterized in that Al-12Si powder particles have a particle size of 40-140 microns, and Al-Cu, Al-Zn, Al-Mg, Al-Sn powder particles have a particle size of 0.01 -40 µm, preferably 0.01-10 µm, all powders obtained using high-speed cooling, for example, gas atomization of the melt, to form a uniform particle structure. 4. Порошковый припой по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что содержание порошка сплава Al-Si составляет 80-99 мас.%, Al-Cu - до 10 мас.%, Al-Zn - до 10 мас.%, Al-Mg - до 10 мас.%, Al-Sn - до 5 мас.%.4. Powder solder according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the powder content of the Al-Si alloy is 80-99 wt.%, Al-Cu - up to 10 wt.%, Al-Zn - up to 10 wt.%, Al-Mg - up to 10 wt. %, Al-Sn - up to 5 wt.%. 5. Порошковый припой по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что он имеет следующий химический состав, мас.%: Si 9-12, Cu 0,005-4,0, Zn 0,005-4,0, Mg 0,005-1,5, Sn 0,005-1,0, алюминий - остальное.5. Powder solder according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that it has the following chemical composition, wt.%: Si 9-12, Cu 0.005-4.0, Zn 0.005-4.0, Mg 0.005-1.5, Sn 0.005-1.0 , aluminum - the rest. 6. Порошковый припой по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что суммарное содержание меди и цинка в нем не превышает 7,0 мас.%, а общее количество меди, цинка, магния и олова составляет не менее 1 и не более 9 мас.%.6. Powder solder according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the total content of copper and zinc in it does not exceed 7.0 wt.%, and the total amount of copper, zinc, magnesium and tin is not less than 1 and not more than 9 wt.%. 7. Порошковый припой по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что он обеспечивает получение паяного шва, который представляет собой частицы сплава Al-12Si, связанные прослойкой в виде легкоплавкой эвтектики Al-Si-Cu-Zn-Mg-Sn переменного состава.7. Powder solder according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that it provides a brazed joint, which is an Al-12Si alloy particles bonded by an interlayer in the form of a low-melting Al-Si-Cu-Zn-Mg-Sn eutectic of variable composition.
RU2021136334A 2021-12-09 Mixed powder solder for soldering aluminum and alloys based on it RU2779439C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779439C1 true RU2779439C1 (en) 2022-09-07

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0810057A1 (en) * 1996-05-30 1997-12-03 Advance Research Chemicals, Inc. Brazing flux
RU2164460C2 (en) * 1995-09-22 2001-03-27 Элкэн Интернешнл Лимитед Method and material for soldering aluminium
RU2263568C2 (en) * 2004-01-08 2005-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток"(ФГУП НПП "Исток) Paste for soldering aluminum and its alloys
RU2285593C1 (en) * 2005-03-21 2006-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") Aluminum and its alloys soldering method
RU2288080C1 (en) * 2005-04-05 2006-11-27 Андрей Валентинович Полторыбатько Aluminum and its alloys soldering method, composition for soldering aluminum and its alloys

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2164460C2 (en) * 1995-09-22 2001-03-27 Элкэн Интернешнл Лимитед Method and material for soldering aluminium
EP0810057A1 (en) * 1996-05-30 1997-12-03 Advance Research Chemicals, Inc. Brazing flux
RU2263568C2 (en) * 2004-01-08 2005-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток"(ФГУП НПП "Исток) Paste for soldering aluminum and its alloys
RU2285593C1 (en) * 2005-03-21 2006-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") Aluminum and its alloys soldering method
RU2288080C1 (en) * 2005-04-05 2006-11-27 Андрей Валентинович Полторыбатько Aluminum and its alloys soldering method, composition for soldering aluminum and its alloys

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2648021B2 (en) Method for brazing metal members and mixture for brazing
JP6730999B2 (en) Highly reliable lead-free solder alloy for electronic applications in harsh environments
CA1206076A (en) Flux for brazing aluminum and method of employing the same
JPH0551398B2 (en)
Zhao et al. Controlled atmosphere brazing of aluminum
EP2732906B1 (en) Flux for brazing aluminum materials
JPH0368097B2 (en)
RU2779439C1 (en) Mixed powder solder for soldering aluminum and alloys based on it
JP3343498B2 (en) Low temperature brazing filler metal
JPH1034375A (en) Method for brazing aluminum alloy
Tsao et al. Brazeability of a 3003 Aluminum alloy with Al-Si-Cu-based filler metals
KR20070101866A (en) Aluminium alloy brazing material
JP2013086103A (en) Aluminum alloy brazing sheet
WO2022050030A1 (en) Aluminum alloy extruded tube and heat exchanger
JP3765707B2 (en) Brazing flux and brazing flux of aluminum or aluminum alloy material
RU2584357C1 (en) Solder for soldering aluminium and alloys thereof
JP4635796B2 (en) Brazing method for aluminum alloy castings and brazed liquid-cooled parts
WO1993008952A1 (en) Method for modifying the surface of an aluminum substrate
JP2013103265A (en) Aluminum alloy brazing sheet and brazing method
US3356494A (en) Fluxless aluminum brazing alloys
JP2000153390A (en) Brazing filler metal, and brazed body
WO2022050029A1 (en) Aluminum alloy extruded tube and heat exchanger
JPH11285816A (en) Brazing flux for aluminum and brazing method
JP2721912B2 (en) Powder brazing filler metal for aluminum
JPS6362319B2 (en)