Флюсы для пайки алюминия твердыми припоями

 

Обычно пайка алюминия твердыми припоями производится на воздухе или другой атмосфере, содержащей кислород, и поэтому требует применения химического флюса. Флюсы становятся активными до достижения температуры пайки и находятся в расплавленном состоянии во всем температурном интервале пайки. Они проникают сквозь оксидную пленку, вытесняют воздух и обеспечивают смачивание основного металла припоем.

Флюс: хороший и идеальный

Хороший флюс для пайки должен:

• начинать плавиться при достаточно низкой температуре, чтобы минимизировать окисление изделия;
• быть полностью расплавленным к тому времени, когда начнет плавиться припой;
• растекаться по стыку и припою, чтобы защитить их от окисляющих газов;
• проникать сквозь и под оксидную пленку;
• оставаться жидким пока не затвердеет припой;
• легко удаляться после завершения пайки.

Идеальный флюс для пайки в печи или горелкой плавиться при температуре только немного ниже температуры плавления припоя. Этим он обеспечивает однородное смачивание и растекание припоя за минимальное время. Флюс, который применяют при пайке погружением в расплавленный припой, имеет такой состав, что он остается расплавленным и стабильным во всем температурном интервале плавления припоя. Для пайки погружением требуются менее активные флюсы, чем при пайке горелкой, поскольку соединяемые детали полностью погружаются во флюс в ходе процесса пайки. Поэтому поверхность деталей полностью защищена от окисления кислородом.

Состав флюсов для твердой пайки алюминия

Флюсы, которые применяются при пайке алюминия и его сплавов твердыми припоями, обычно состоят из смеси хлоридов и фторидов щелочных и щелочноземельных металлов. Иногда они содержат фторид алюминия или криолит (3NaF·AlF₃). Состав флюсов подбирается таким образом, чтобы они имели благоприятный баланс между температурным интервалом плавления, плотностью, химической активностью, травильной способностью и стоимостью. Снижения содержания фторидов во флюсах снижает их эффективность для удаления оксидов, а слишком большая их концентрация приводит к нежелательному широкому интервалу плавления.

Состав флюса может влиять на цвет или внешний вид готового паяного шва. Некоторые флюсы интенсивно травят и огрубляют поверхность шва. Флюсы, которые содержат хлориды цинка и других тяжелых металлов, могут осаждать эти металлы на основной металл и окрашивать ее в более темный цвет.

Флюсы обычно поставляют в виде сухого порошка во влагонепроницаемых контейнерах. В такой упаковке их можно хранить длительное время. Когда контейнер с флюсом открывается, то должны быть приняты строгие меры по предотвращению загрязнения флюса атмосферной влагой. Контейнер для флюса должен быть идеально чистыми и быть из алюминия, стекла или керамики – и никогда из стали.

Способы применения флюсов для пайки алюминия

Флюсы для пайки алюминия твердыми припоями применяют сухими или смешивают с водопроводной водой или спиртом и наносят на место пайки путем кисточкой, опрыскиванием или окунанием. Часто сухим флюсом посыпают изделие или нагретый пруток из припоя окунают в сухой флюс. Хотя, в принципе, флюс можно смешивать с водопроводной водой до пастообразного состояния, применение спирта, часто считают более предпочтительным. Под воздействием водяного пара во флюсе могут образовываться химические соединения, которые потом будет трудно удалять с поверхности паяного шва и изделия.

Обычно пауза до 45 минут между наложением флюса и последующей пайкой считается нормальной. Вместе с тем, все-таки рекомендуют накладывать флюс непосредственно перед пайкой. Водная паста из флюса должна быть свежей или, по крайней мере, приготавливаться не реже одного раза в смену.

Смачивающее действие флюса улучшают добавлением смачивающих «агентов», таких как вода. Смесь из двух третей флюса и одной трети воды (по весу) обычно хорошо подходит для нанесения кисточкой. Для опрыскивания или окунания потребуется больше воды – пропорция подбирается из опыта.

Источник:

Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996

Флюсы для низкотемпературной пайки алюминия и его сплавов

Алифатические кислоты, аминикислоты

Состав флюсов для высокотемпературной пайки приведены в соответствующем разделе.
В таблице приведены состав, температурные интервалы активности и назначение некоторых флюсов, разработанных с 1973 по 1984 г. Среди органических кислот и других веществ, пригодных в качестве активатора флюсов для пайки алюминия и его сплавов при температуре <300 °С, пригодны только алифатические кислоты, их амиды, а также триэтаноламин, имеющий свойства основания. Среди алифатических кислот наиболее активны одноосновные кислоты: стеариновая, элаидиновая, олеиновая, лауриновая, коприновая, каприловая, капроновая, валериановая, масляная, пропионовая, уксусная, муравьиная. Активность этих кислот повышается с увеличением их относительной молекулярной массы и температуры плавления. При взаимодействии их с оксидом Al

2O₃ протекают следующие реакции:

Al₂O₃ + 6RCOOH → 2 (RCOO)₃Al + ЗН₂O (1)
2Al + 6RCOOH → (RCOO)₃Al + ЗН₂  (2)

Наиболее энергично протекает реакция с муравьиной и уксусной кислотами, менее энергично с капроновой кислотой. Однако введение этих кислот во флюсы мало перспективно вследствие их интенсивного выкипания при температуре пайки и снижения энергии разрыва связи СОО—НС — с возрастанием молекулярной массы кислоты. Соли карбоновых кислот, получаемые по реакциям (1) и (2), термически неустойчивы. Например, уксуснокислый алюминий разлагается при температуре 200°С.

Марка или номер флюса	Состав флюса, %	Температурный интервал активности,°С	Примечание
1	4—7 борофтористого аммония; 4—7 борофтористого кадмия; эпоксидная смола остальное	<450	Для пайки алюминия и сплава Al — 2 % Mg(АМг2). Высокая коррозионная стойкость
Ф59А	10±0,5 фторобората кадмия; 2,5±0,5 фторбората цинка; 5±0,5 фторбората аммония; 82±1 триэтаноламина	150—320	Для пайки алюминия или сплава АМц с медью и сталью припоями на основе: Sn — Zn, Zn —Cd
Ф61А	10 фторбората цинка; 8 фторбората аммония; 82 триэтаноламина	150—320	Для пайки алюминия, бериллиевой бронзы, оцинкованного железа, меди припоями на основе Sn — Zn, Zn — Cd
Ф54А	10 фторбората кадмия; 8 фторбората аммония; 82 триэтаноламина	150—320
3	7 бромида висмута; 47,9 уксусной кислоты; 55,1 олеиновой кислоты	<380	Для лужения в жидком олове более активен, чем флюс Ф54А
4	4,2—10 иодида титана; 16,8—22 канифоли; капроновая кислота — остальное	<350	Для лужения алюминиевых сплавов слабокорро-зионно-активен
5	1,5 триэтаноламина; 4 салициловой кислоты; 94,5 этилового спирта	150—320	Для пайки алюминия с медью,  бериллиевой бронзой,   оцинкованным железом припоями на основе Sn —Zn и Zn —Cd
6	30 г иодида лития; 200 мл олеиновой кислоты	<450	Для   пайки   алюминия
7	4,2—10 иодида титана; 16,8—22 канифоли; капроновая кислота — остальное	<450
8	5—8,6 BiBr2; 23—39,8 капроновой кислоты; канифоль — остальное	<450
9	10—15 тетрафторбората цинка; триэтаноламин остальное	≥350	Для пайки алюминиевых проводов с изоляцией (повышает ее стабильность) Для   пайки   алюминия
10	7,5 фторгидрата анилина; 92,5 канифоли	<250
11	83 триэтаноламина; 9 фтор-бората кадмия; 7 кислого фтористого аммония; 1 канифоли	> 150

Среди двуосновных предельных кислот, более сильных, чем одноосновные, первые три члена гомологического ряда кислот (щавелевая, малоновая, янтарная) не обладают активностью при пайке алюминия, что обусловлено декарбоксилированием их при нагреве. Высшие кислоты имеют во флюсах такую же активность, как и одноосновные кислоты, с тем же числом атомов в радикале.

Ангидриды кислот не активны при пайке. Более высокую активность во флюсах для пайки алюминия имеют галогензамещенные кислоты, что объясняется одновременным воздействием на оксид алюминия как карбоксильной группы, так и атома галогена.

Обнаружено, что активны во флюсах некоторые твердые аминокислоты: α-аминопропионовая и фениланитрониловая, которые обеспечивают хорошее растекание припоя.

С учетом физических свойств, степени токсичности и активности во флюсах среди органических кислот наиболее пригодными можно считать высшие жидкие незамещенные кислоты, их твердые аналоги и аминокислоты. Флюсующая способность смесей кислот в любых соотношениях не превышает активности компонента с наиболее высокой молекулярной массой.

Салициламид и мочевина по активности равноценны действию капроновой или элаидиновой кислоты.

Добавка солей в кислотные растворы

Активность аммонийных солей органических кислот близка к активности исходных одно- и двуосновных кислот.

Эти соли имеют преимущества перед амидами — меньшую летучесть при пайке и лучшую растворимость в кислотах. Характерно, что введение органических кислот и их производных в триэтаноламин не повышает его активности при флюсовании алюминиевых сплавов.

Дальнейшее повышение флюсующей активности кислотных органических растворов достигается при добавке в них галлоидных солей аминов или металлов. Введение в дециловый спирт (температура кипения 231°С) LiI и SnCb или в капроновую кислоту (температура кипения 205°С) LiBr, LiI, NaI, SnCb в виде кристаллогидратов активирует раствор.

Введение в кислотные флюсующие растворы солей 95 %-ного этилового спирта дезактивирует их из-за вытеснения воды по реакции:

Al (OR)₃ + 3H₂O → Al (ОН)₃ + 3ROH.

Однако присутствие кристаллизационной воды в спиртовом растворе хлорида олова не влияет на активность его при пайке

Реактивные органические флюсы

Для пайки алюминия легкоплавкими припоями были предложены реактивные органические флюсы. Основой этих флюсов является органический аминоспирт триэтаноламин, а активаторами фторбораты тяжелых металлов и аммония. В местах контакта фторборатов с алюминием через несплошности в оксидной пленке Al₂O₃ высаживаются металлы: кадмий и цинк. Остатки триэтаноламина в процессе нагрева переходят в инертное вещество смолообразного вида, не вызывающее коррозии паяных соединений. Эти флюсы и их остатки после пайки имеют рН = 8, что также подтверждает их некоррозионно-активность. Все эти флюсы не отличаются по коррозионной активности при пайке алюминия, но при пайке его со сплавом АМц, медью и ее сплавами наиболее эффективным является флюс Ф59А. Температурный интервал активности этих флюсов 150—300°С. Флюсы этого типа непригодны для пайки в нахлестку с укладкой припоя у зазора деформируемых сплавов АМг, Д1, Д16, В95 и литейных алюминиевых сплавов. Ими можно пользоваться только при облуживании паяемой поверхности алюминия с последующей пайкой, например с флюсом ЛТИ-120. При этом температура между паяемыми деталями при пайке не должна отличаться более чем на 10°С. Остатки флюсов легко смываются водой или протираются влажной салфеткой, смоченной водой или этиловым спиртом, и не вызывают сколько-нибудь заметной коррозии в течение более 1000 ч. Исследования показали, что по сравнению с флюсами, содержащими в качестве растворителя уксусную, капроновую, олеиновую, лауриновую кислоты, а в качестве активатора хлорид висмута, флюс Ф54А обеспечивает большую площадь растекания припоя П250А по алюминию АД1; но он менее активен при пайке коррозионностойкой стали, латуни и меди, чем флюсы, содержащие хлорид висмута.
Флюсы Ф54А, Ф59А и Ф61А пригодны для пайки в указанном интервале температур припоями П200А, П250А, П300А, П170А и П150А. Для этого используют терморегулирующие электропаяльники, индукционный нагрев, а также пайку погружением в расплавленный припой. Недопустима пайка с этими флюсами при нагреве открытым пламенем из-за возможности их сгорания. При температуре выше 350 °С в паяных швах соприкасающихся соединений, выполненных этими флюсами, образуются непропаи. При быстром нагреве (электроконтактным, индукционным способами) в среде чистого аргона пайка с этими флюсами возможна при температуре 320°С.
Есть данные о применении для пайки алюминиевых сплавов легкоплавкого припоя Sn — (8—15)% Zn— (2—5)% Pb с температурой плавления 190°С с флюсом в виде раствора борно-фтористого и фтористого аммония в моноэтаноламине. Во флюсах для низкотемпературной пайки алюминия и его сплавов вместо канифоли предложено использовать пентаэритрит бензоата, который более термостоек, чем канифоль, а остатки его некоррозионно-активны и в виде эластичной пленки предохраняют паяные швы от окисления. В качестве активатора флюса используют карбоновые кислоты. Паяные соединения (припой П250) не разрушаются в солевом растворе в течение 200 суток. Припой из проволоки (Sn—Pb—Ag) с сердцевиной из указанного флюса пригоден для пайки всех алюминиевых материалов, в которых содержится менее 3% Mg и 3% Si.

Флюсы для пайки алюминия Пайка

Обычно пайка алюминия производится на воздухе или в другой атмосфере, содержащей кислород, в связи с чем требуется использование химических флюсов. Флюсы становятся активными до температуры пайки и находятся в расплавленном состоянии при всех температурах пайки. Они проникают сквозь оксидную пленку, вытесняют воздух и обеспечивают смачивание основного металла припоем.

Флюс: хороший и идеальный

Хороший флюс для пайки должен:

• начинают плавиться при достаточно низкой температуре, чтобы свести к минимуму окисление продукта;
• Полностью расплавляется к моменту начала плавления припоя;
• распределить по стыку и припою, чтобы защитить их от окисляющих газов;
• проникают сквозь и под оксидную пленку;
• остаются жидкими, пока припой не затвердеет;
• легко удаляется после завершения пайки.

Идеальный флюс для пайки в печи или горелке, плавится при температуре чуть ниже температуры плавления припоя. При этом он обеспечивает равномерное смачивание и растекание припоя за минимальное время. Флюс, который применяют для пайки погружением в расплавленный припой, имеет такую ​​структуру, что остается расплавленным и стабильным при любых температурах плавления припоя. Погружение припоем требует менее активных флюсов, чем при пайке горелкой, так как в процессе пайки детали должны быть полностью погружены во флюс. Поэтому поверхность детали полностью защищена от окисления кислородом.

Состав флюсов для пайки алюминия твердый

Флюс, применяемый при пайке алюминия и его сплавов, твердые припои, обычно состоят из смеси хлоридов и фторидов щелочных и щелочноземельных металлов. Иногда они содержат фторид алюминия или криолит (3NaF AlF ₃ ). Состав флюсов подобран таким образом, чтобы они имели благоприятный баланс интервала плавления, плотности, реакционной способности, травильной способности и стоимости. Уменьшение содержания фторидных флюсов снижает их эффективность для удаления оксидов, а слишком большая концентрация нежелательно расширяет интервал плавления.

Состав флюса может повлиять на цвет или внешний вид готового паяного соединения. Некоторые флюсы интенсивно разрастаются и огрубевают на поверхности шва. флюс, хлориды, содержащие цинк и другие тяжелые металлы. Эти металлы могут быть нанесены на основной металл и окрашены в его более темный цвет.

Флюсы обычно поставляются в виде сухого порошка во влагонепроницаемых контейнерах. В такой упаковке может храниться длительное время. При вскрытии тары с флюсом следует принимать строгие меры для предотвращения загрязнения флюса атмосферной влагой. Контейнер для флюса должен быть идеально чистым и изготавливаться из алюминия, стекла или керамики, но ни в коем случае не из стали.

Способы нанесения флюса для пайки алюминия

Флюсы для пайки алюминия пайку наносят в сухом виде или смешивают с водопроводной водой или спиртом и наносят на места пайки кистью, распылением или окунанием. Часто изделие посыпают сухим флюсом или нагретый стержень погружают в сухой припой. Хотя, в принципе, флюс можно смешивать с водопроводной водой до состояния пасты, использование спирта часто считается предпочтительным. Под воздействием потока водяного пара может образовываться химическое соединение, которое затем трудно удалить с поверхности паяного шва и изделий.

Обычно пауза до 45 минут между последующей пайкой флюсом и наложением считается нормальной. В то же время, все же рекомендуем наносить флюс непосредственно перед пайкой. Водная паста флюса должна быть свежей или, по крайней мере, готовиться не реже одного раза в смену.

Улучшение смачивающего эффекта за счет добавления во флюс смачивающих «агентов», таких как вода. Смесь двух третей флюса и одной трети воды (по весу) обычно хорошо подходит для нанесения кистью. Для опрыскивания или окунания нужно больше воды — пропорция выбирается опытным путем.

Источник:

Алюминий и алюминиевые сплавы, ASM International, 1996

Преобразование флюса – пайка алюминия

Основы, флюсы тетрафторалюминат калия (KAlF ₄ ), а также содержит пентафторалюминат калия (K ₂ AlF ₅ ). K ₂ AlF ₅ существует в различных модификациях: гидрат пентафторалюмината калия (K ₂ AlF ₅ · H ₂ O), и безгидратные (K ₂ AlF ₅ ).
В процессе пайки материал претерпевает существенные физико-химические изменения. В то время как главный компонент KAlF ₄ просто нагревается, соединение K ₂ AlF ₅ · H ₂

O начинает терять кристаллическую воду начиная с 90°C (195°F). При дальнейшем повышении температуры в пределах 90° – 150°С (195°F – 302°F) и 290°С – 330°С (554°F – 626°F) возникают две различные кристаллографические (структурные) модификации К ₂ AlF ₅ отформатированы.

Когда температура в печи поднимается выше 490°C (914°F), K ₂ AlF ₅ начинает химически реагировать. Согласно уравнению:

2 K ₂ ALF ₅ → KALF ₄ + K ₃ ALF ₆ (Уравнение 1)

Точное количество калий Hexa-Fl AlF ₆ ), необходимый для эвтектического состава флюса (т. е. смесь двух или более веществ с самой низкой температурой плавления; см. фазовую диаграмму), получают из исходного K ₂ AlF ₅ содержание. При температуре пайки полученный флюс имеет четко определенный диапазон плавления от 565°C до 572°C (1049°F – 1062°F). Флюс плавится до бесцветной жидкости.

Из-за давления пара 0,06 мбар при 600°C часть KAlF ₄ испаряется во время цикла пайки, особенно после достижения температуры плавления. Общее содержание KAlF ₄ в выхлопных газах зависит от времени и температуры. На основании результатов ТГА-анализа (при скорости нагрева 20°C/мин) количество летучих соединений во флюсе при температуре от 250°C до 550°C (от 482°F до 1022°F) составляет приблизительно от 0,2 до 0,5%. Эти пары флюса содержат фториды и могут реагировать с атмосферой печи, особенно с влагой, с образованием фтороводорода в соответствии с уравнением:

3 KALF ₄ + 3 H ₂ O → K ₃ ALF ₆ + AL ₂ O ₃ + 6 HF (Уравнение 2)

Это одна из причин, по причине почему процесс пайки должен проходить в контролируемой атмосфере (азот) с низкой точкой росы и низким содержанием кислорода (еще одна причина – минимизировать эффекты повторного окисления на алюминиевых поверхностях).