Почему алюминий плохо паяется
Многие пробовали паять алюминий в домашних условиях и хорошо поняли: припой не хочет прилипать к поверхности деталей. Это происходит по причине образования на металле устойчивой оксидной пленки, которая имеет низкую адгезию к материалу припоя. Методы пайки алюминия в домашних условиях сводятся к борьбе с защитной пленкой.
В минералогии оксид алюминия называют корундом. Он состоит из прозрачных кристаллов, являющихся драгоценными камнями. Корунд имеет различную окраску, зависящую от примесей: хром придает красноватый оттенок, сапфир — синеватый. Окисная пленка обладает высокой прочностью и не поддается пайке. Ее необходимо удалить с поверхности и после этого начинать паять детали.
Преимущества
Пайка – это один и способов получения неразъемных соединений металлов. Но в отличии от других методов он, до последнего времени отличался невысокой производительностью, малой прочностью на стыке. Это и ряд других причин послужило тому, что она не получила широкого, промышленного применения.
С развитием технологий стали доступны способы соединения деталей с помощью электронного луча, ультразвуковых волн. Появление специальных припоев и флюсов позволило значительно поднять качество паяного соединения.
Современные технологии пайки позволяют использовать готовые изделия без дальнейшей обработки на механическом оборудовании. Пайка вошла число основных технологических процессов в машиностроении, авиационной и космических отраслях и конечно электронике.
Пайка имеет ряд несомненных достоинств в сравнении со сваркой. Процесс соединения деталей этим способом проходит при существенно меньшем расходе теплоты. Другими словами, при проведении этого процесса не происходит каких-либо серьезных изменений в структуре металла. Его физико – химические параметры остаются практически без изменений. После пайки могут возникать такие явления как остаточная деформация, ее размеры несравнимы с теми, которые остаются после выполнения, например, сварки в облаке защитных газов.
Именно поэтому использование пайки гарантирует более точное соблюдение размеров указанных в технической документации на изделие. Использование этого метода позволяет соединять разнородные металлы. Ко всему прочему можно сказать и то, что эти процессы довольно легко можно автоматизировать.
Как удалить оксидную пленку
Пленку с поверхности металла удаляют несколькими способами, наиболее эффективными являются химический и механический. Оба метода для работы требуют безвоздушной среды, в которой нет кислорода.
Химический метод основан на осаждении на поверхности заготовки цинка или меди путем электролиза. На место, подготовленное к пайке, наносят медный купорос в виде концентрированного раствора. К чистому участку металла прикрепляют минусовую клемму аккумулятора или другого источника питания. Один конец медной проволоки подключают к плюсовой клемме, другой опускают в раствор на поверхности алюминия. В результате электролиза медь или цинк тонким слоем оседает на алюминии и крепко к нему прилипает. Теперь можно производить пайку алюминия оловом.
Для удаления оксида используют масляную пленку. Для этого способа лучше брать масло синтетическое или трансформаторное с малым содержанием воды. Другие виды масел нужно подержать при температуре +150…+200°С, вода испарится. При более высокой температуре содержимое начнет разбрызгиваться. Обезвоженное масло наносится на поверхность алюминиевой детали. Наждачной бумагой нужно под нанесенным слоем потереть алюминий для удаления оксида.
Наждачную шкурку заменяют скальпелем, зазубренным жалом паяльника или железной стружкой, полученной из натертого напильником гвоздя. Стружку насыпают на масло и жалом паяльника трут по поверхности, сдирая оксидный слой. Массивную деталь желательно подогреть горячей воздушной струей. Припой паяльником погружается в масляную капельку и растирается по месту пайки. Для лучшего прохождения процесса пайки добавляется канифоль или другой флюс.
Особенности процесса
Поверхность алюминиевых деталей покрыта оксидной плёнкой, которая обладает высокой химической стойкостью, а также температурой плавления выше в 2 раза, чем чистого металла. В интервале от +2500С до +3000С алюминий становится неустойчивым и подплавляется. Минимальная температур плавления оксидной плёнки составляет +5000С.
При пайке соединяемые детали под наружным слоем начинают плавится. Поэтому пайщику нужно устранить негативное влияние оксидного слоя. Принцип всех способов основан на удалении плёнки, а также повышении адгезионных свойств.
Методы удаления оксидного слоя:
- механический — использование абразивных инструментов для зачистки;
- химический — применение флюсов со специальными составами;
- электрохимический — основан на процессах электролиза.
Оба способа проводятся только в среде с отсутствием доступа кислорода.
Флюсы для пайки алюминия
Флюсы имеют высокую активность, поэтому после пайки их нужно смывать раствором воды с щелочью. Роль щелочи хорошо выполняет пищевая сода. После щелочи место соединения промывается чистой водой. Следует беречь органы дыхания от попадания в них паров флюса. Они способны раздражать слизистые и попадать в кровь. Наиболее распространенные из них требуется рассмотреть каждый в отдельности.
Канифоль
Канифоль — наиболее востребованный из всех флюсов. Он используется при соединении различных металлов. На алюминии работает только при отсутствии воздуха, поэтому применяется редко. Времени при работе с канифолью тратится больше, эффективности меньше. Этот флюс не для профессионалов, выполнять пайку может, но качество соединения не отличается прочностью.
Порошковый флюс
Алюминий паяют газовой горелкой с применением порошковых флюсов. Не рекомендуется к пламени добавлять кислород, он снижает эффективность работы флюса. Наиболее распространенные флюсы:
- Ф-34А;
- бура;
- ацетилсалициловая кислота;
- паяльный жир.
Ф-34А — активный флюс, имеющий в составе 50% хлорида калия, 32% хлорида лития, 10% фторида натрия и 8% хлорида цинка. Состав применяется с припоями, содержащими химические добавки. Он обладает гигроскопичностью и растворяется в воде.
Бура — порошок, плавящийся при 700°С, обладает растворимостью в воде, смывается водным раствором лимонной кислоты. Отличается низкой стоимостью.
Ацетилсалициловая кислота встречается в виде таблеток аспирина. При нагреве паяльником выделяются вредные для здоровья человека пары, обжигающие нос, глаза и органы дыхания.
Паяльный жир состоит из парафина, хлорида аммония и цинка, деионизированной воды. Хорошо паяет предварительно прогретые места, прошедшие процедуру лужения. После спаивания алюминиевых деталей рекомендуется остатки флюса смывать, иначе он вызывает коррозию металла.
Жидкий флюс
Жидкий флюс наносится на место пайки тонким слоем. При работе паяльником быстро испаряется с выделением обжигающих паров. Флюс Ф-64 в своем составе содержит фториды, тетраэтиламмоний, ингибиторы коррозии и дионизированную воду. Хорошо разрушает оксидную пленку и помогает паять заготовки из алюминия больших размеров. Используется при паянии меди, алюминия, оцинкованного железа и других металлов.
Ф-61 состоит из триэтаноламина, фторбората аммония и фторбората цинка. Используется при лужении и пайке сплавов алюминия при температуре до 250°С. Castolin Alutin 51 L состоит из кадмия, свинца и 32%-ного олова. Наиболее эффективно работает при температурах выше 160°С.
Припой для пайки алюминия
Припой для пайки алюминия делается на основе цинка или алюминия. В него вносятся добавки для достижения различных характеристик: для понижения температуры плавления, увеличения прочности. Производят их в Америке, Германии, Франции, России. Рассмотрим некоторые из них.
Распространенный и широко разрекламированный припой для алюминия — HTS 2000. Его производит компания из США. Практика свидетельствует о его непрочности: спаянные детали пропускают воздух и влагу. Без флюса его применять невозможно.
Castolin 192FBK на основе цинка (97%) и алюминия (2%) производится во Франции. Компания Castolin выпускает припои 1827 и AluFlam-190, предназначенные для пайки меди и алюминия при 280°С.
Castolin 192FBK — трубчатый припой, содержащий в сердечнике флюс. Выпускается в виде прутков, 100 г которых стоит 100-150 руб. Хорошо паяет мелкие отверстия и трещинки.
Chemet Aluminium 13 — припой, используемый при сварке деталей при 640°С и выше. В его основе лежит алюминий (87%) и кремний (13%). Температура плавления припоя — около 600°С. Выпускается в виде прутков, которых на 100 г приходится 25 шт. 100 г стоят 500 руб. Разновидность под наименованием Chemet Aluminium 13-UF имеет полую структуру и содержит в сердечнике флюс. Его стоимость за 12 прутков, которые весят 100 г, 700 руб.
Алюминиевый припой производится и на отечественных предприятиях. Для пайки с помощью газовой горелки применяется состав марки 34А. Он плавится при температуре 525°С, хорошо паяет сплавы АМц, АМ3М, АМг2. 100 г стоят 700 руб.
Марка А состоит из 60% цинка, 36% олова и 2% меди. Плавится при 425°С. Выпускается прутьями весом 145 г. Стоимость одного прута — 400 руб.
SUPER A+ производится в Новосибирске и является аналогом HTS-2000. Применяется вместе с флюсом марки SUPER FA. Стоит 800 руб. за 100 г. В расплавленном состоянии становится тягучим, приходится применять стальные инструменты для его разравнивания.
Горелки для пайки алюминия
Нужно знать, как паять газовой горелкой. Если площадь деталей большая и не хватает мощности паяльника, используют горелку. Лучше применять газовую, т. к. пайка алюминия газовой горелкой обладает большими возможностями. Горелка быстро разогревает место соединения деталей почти до температуры плавления алюминия. Флюс с припоем наносится на соединение, разравнивается жалом паяльника и отвердевает. Место соединения нужно обязательно промыть от остатков паяльной кислоты или другого флюса.
При работе с использованием горелок нужно соблюдать правила пожарной безопасности. Рядом не должны находиться горючие жидкости и материалы.
Подготовка материала
Чтобы достигнуть хорошего качества соединения, нужно использовать не только правильные технологии, но и уметь хорошо подготовить обрабатываемую поверхность. Нужно удалить все загрязнения и оксидные плёнки. Механическая обработка выполняется при помощи шкурки или металлической щётки, а также иногда применяют проволочную нержавеющую сетку и шлифовальную машинку. А также можно использовать разные кислотные растворы.
Обезжиривать поверхность нужно с помощью растворителя, ацетона или бензина. Когда происходит зачистка алюминиевой поверхности, то сразу же образовывается оксидная плёнка. Однако её толщина будет ниже первоначальной, а потому паяльный процесс облегчится.
