Бесфлюсовая пайка.

Низкотемпературная бесфлюсовая пайки алюминия и его сплавов основана механическом удалении оксидной пленки с поверхности изделия. Основными способами низкотемпературной бесфлюсовой пайки являются абразивная, ультразвуковая и абразивно-кавитационная пайка.

Пайка алюминия без применения флюсов возможна при нагреве паяемого металла в безокислительной среде (вакуум, инертные газы), что позволяет сохранить малую толщину слоя окисла, возникшего после предварительного травления, и способность к нарушению его сплошности при нагреве.

В случае использования защитных газов (азот, аргон, гелий и др.) бесфлюсовая пайка возможна при точке росы не выше –60°С и содержании кислорода не более 0,002 %. В этом случае в припои системы Al-Si (в виде плакировки) рекомендуется вводить в микроколичествах специальные присадки, например Li, Ca, Mg, Bi, Sb, Ba и др. Эти поверхостно-активные элементы снижают поверхностное натяжение некоторых припоев на основе алюминия, уменьшает его вязкость, улучшает смачиваемость и затекание припоя в зазор, обеспечивая проведение бесфлюсовой пайки в атмосфере аргона чистотой 99,95%. Известна технология пайки крупногабаритных теплообменников в среде аргона, при которой нагрев собранной под пайку конструкции производится в камере потоком циркулирующего газа. В процессе нагрева производится дополнительная очистка газа с помощью нераспыляемого геттера.

Недостатки технологии пайки в среде инертных газов – использование оборудования для их осушки и дополнительные затраты на газ.

Более широко применяется технология высокотемпературной пайки в вакууме. Первоначально пайку проводили в условиях высокого вакуума (10^-3–10^-4 Па) при одновременном приложении определенного усилия осадки в месте контакта. Обеспечение минимального зазора и приложение сжимающего усилия в месте контакта паяемых деталей является необходимым условием для качественного формирования паяного соединения при вакуумной пайке. Современная технология предусматривает использование высокого вакуума с остаточным давлением 10^-2 – 10^-3 Па и введение паров магния в рабочий объем камеры.

Положительное влияние магния на паяемость алюминия была обнаружена К. Дж. Миллером в начале 60-х годов. Существует два мнения по поводу действия магния:

– роль магния сводится главным образом к очистке вакуумированного пространства печи (2MgO + O₂ = 2MgO и Mg + H₂O = MgO + H₂) и частичному восстановлению алюминия из окисной пленки (Al₂O₃ + 3Mg = 3MgO + 2Al);

– известно, что в системе Al-Si-Mg образуются две эвтектики: богатая кремнием с температурой плавления 550°С и богатая магнием с температурой плавления 450°С. Возможность ведения процесса пайки алюминия силумином в парах магния при 560°С доказывает наличие при этом контактного твердо-газового плавления.

Магний наиболее часто вводят в зону пайки в компактных заготовок, или путем использования плакированных алюминиевых листов, содержащих 0,2-2,0% Mg.

При бесфлюсовой вакуумной пайке алюминия повышается коррозионная стойкость изделий, снижается себестоимость производства и расширяются возможности изготовления паяных конструкций сложной формы, имеющих замкнутые каналы, которые довольно трудно очистить при флюсовой пайке.

Повысить производительность вакуумной пайки можно применением многокамерных проходных печей непрерывного действия. Такие печи могут иметь от трех до семи камер: для подсушивания изделия, создания вакуума, предварительного нагрева, пайки, напуска инертного газа и охлаждения.

Кроме этого повысить производительность процесса можно путем перехода на более низкий вакуум. Величина остаточного давления при вакуумной пайке характеризует количество остаточного кислорода и влаги. Поэтому при увеличении остаточного давления для сохранения низких значений парциальных давлений кислорода (Ро₂) и воды (Рн₂о) необходимо использовать геттеры, активно поглощающие О₂ и H₂O при температуре пайки. Применение только паров магния в условиях форвакуума не дает положительного эффекта из-за окисления источников паров, вследствие чего процесс испарения нарушается и может прекратиться. В качестве неиспаряющегося геттера могут применяться титан или цирконий. Например, разработана технология пайки высокоактивных металлов, при которой пайка ведется в специальном вспомогательном контейнере с затвором, уплотняемым неиспаряющимся геттером – измельченной титановой губкой, которая при температурах 500-550°С начинает активно поглощать в основном кислород, частично азот и другие газы, снижая парциальное давление О₂ и H₂O и создавая внутри контейнера безокислительную атмосферу, обеспечивающую качественную пайку Al-сплавов и Ti-сплавов при Р_ост ≈0,1-10 Па