СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПАЯНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
METHOD OF PRODUCING SOLDERED STRUCTURES FROM ALUMINIUM AND ITS ALLOYS

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности, может быть использовано для получения паяных изделий из алюминия и его сплавов припоями на основе эвтектических сплавов, содержащими в своем составе кремний и германий.
Известен способ получения паяных конструкций, включающий пайку и последующую термообработку, заключающийся в использовании припоев с температурой солидус выше температуры термообработки, охлаждении конструкции после пайки до температуры термообработки, выдержке при заданной температуре и окончательным охлаждении до комнатной температуры (Руководство по пайке металлов. / Под ред. С.Н.Лоцманова. М., ОБОРОНГИЗ, 1960 г.), аналог.
Недостатком данного способа является то, что при пайке припоями, содержащими в своем составе кремний и германий, паяные соединения обладают низкими коррозионными свойствами.
Известен способ получения паяных конструкций, включающий пайку и последующую термообработку, заключающийся в проведении после пайки охлаждения до температуры термообработки, выдержку при температуре термообработки и последующее охлаждение до комнатной температуры (А.Сланский и др. Капиллярная пайка. М., МАШГИЗ, 1963 г.), прототип.
Недостатком данного способа является то, что при пайке припоями, содержащими в своем составе кремний и германий, паяные соединения обладают низкими коррозионными свойствами.
Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик получаемых паяных конструкций, увеличение срока их службы, а также увеличение номенклатуры паяных соединений из алюминиевых сплавов.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости и прочности получаемых паяных соединений.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения паяных конструкций из алюминиевых сплавов припоями на основе эвтектических сплавов, содержащими кремний и германий, после пайки охлаждение спаянных деталей осуществляют до температуры на 5-40°С выше температуры неравновесного солидуса применяемого припоя, выдерживают при этой температуре в течение 10-100 минут, а затем окончательно охлаждают до комнатной температуры.
В качестве варианта указанный технический результат может достигаться за счет того, что охлаждение спаянных деталей осуществляют до температуры на 5-10°С выше температуры неравновесного солидуса применяемого припоя со скоростью не более 0,8 К/мин, а затем окончательно охлаждают до комнатной температуры на воздухе или с печью.
При кристаллизации алюминиевых сплавов, содержащих в своем составе кремний и германий, происходит выделение неравновесных эвтектических фаз, обогащенных или обедненных германием. После проведения гомогенизирующего отжига при температурах на 5-10°С выше температуры солидус сплава в течение 5-24 часов происходит растворение неравновесных эвтектических фаз, что позволило разработать ряд припоев на основе системы Al-Si-Ge (патент РФ RU 2297907). Вместе с этим во время кристаллизации паяного шва в структуре паяного соединения происходит вновь образование неравновесных фаз, которые снижают механические свойства паяных соединений, ухудшают их коррозионную стойкость и затрудняют нанесение гальванических покрытий на поверхность соединений. Для устранения этого эффекта при охлаждении необходимо проводить выдержку паяного соединения при температуре на 5-40°С выше неравновесного солидуса припоя в течение 10-100 минут. Широкий интервал температуры выдержки при охлаждении связан с растворением припоем основного материала в процессе пайки и смещением температурных характеристик паяного шва в сторону увеличения температуры. В качестве альтернативного способа устранения неравновесных эвтектических фаз в структуре паяного соединения может применяться медленное охлаждение (со скоростью не более 0,8 К/с) в диапазоне температур, когда происходит образование неравновесных фаз.
Предлагаемые варианты осуществления способа получения паяных конструкций из алюминия и его сплавов припоями, содержащими в своем составе кремний и германий, позволяет обеспечить растворение неравновесных фаз в паяном шве и получить паяное соединение с равновесной структурой, что приводит к повышению прочности и коррозионной стойкости соединений, увеличению температуры распайки, а также получению качественных гальванических покрытий на поверхности паяного шва и, как следствие, увеличению прочности изделий и сроку их эксплуатации.
Пример 1. С использованием припоя системы Al-Si-Ge (10-12 мас.% Ge и 8 мас.% Si) с температурой солидус 452°С были получены 20 паяных образцов из алюминиевого сплава АД31. Пайку проводили в печи с использованием флюса 34А при температуре 580°С, время выдержки 8 мин. После пайки 10 образцов вынимали из паяльной печи и охлаждали на воздухе, 10 образцов охлаждали по циклу: охлаждение с температуры пайки до температуры 460°С вместе с печью, выдержка при этой температуре в течение 40 минут и последующее охлаждение до комнатной температуры.
Для образцов, которые после пайки подвергались охлаждению на воздухе, предел прочности составляет 128-140 МПа. Прочность образцов, полученных с использованием охлаждения с выдержкой при температуре 460°С, составляет 162-178 МПа.
Пример 2. Из сплава АМц печной пайкой с использованием флюса ФПА-1 были получены 10 образцов. Для пайки использовался припой системы Al-Si-Ge (12 мас.% Ge и 8 мас.% Si) с температурой солидус 449°С. Пайка проводилась при температуре 590-600°С, время выдержки 10 мин. После пайки 5 образцов вынимали из печи и охлаждали до комнатной температуры на воздухе. Остальные 5 образцов охлаждали до температуры 455-460°С со скоростью 0,5-0,7 К/с, после чего охлаждали до комнатной температуры с печью. После пайки все образцы подвергали очистке в ультразвуковой ванне и последующему химическому оксидированию. Микроструктурные исследования паяных образцов, которые охлаждались до температуры 455-460°С со скоростью 0,5-0,7 К/с, не выявили наличие крупных неравновесных фаз. После вылеживания в течение двух месяцев на воздухе при комнатной температуре на образцах, охлаждавшихся на воздухе после пайки, на гальваническом покрытии появились следы коррозионного поражения.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить прочность паяных соединений на 20-40 МПа и обеспечить высокую коррозионную стойкость паяных соединений, выполненных припоем, содержащим в своем составе Si и Ge.