Припой для пайки алюминия и его сплавов

(19 23 К 35 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ПРИПОЙ ДЛЯ ПАЙЕГО СПЛАВОВ(57) Использование: исплавов, применяемыхПрипой имеет следующцинк 39,0-41,0; кремни5,1; магний 0,24-0,66; неминий - остальное. 1 та АЛЮМИНИЯ И люми ниевых ностроении. став, мас.%: 7; медь 2,9- 02-0,07; ал юика а маши ий со 2,4-3 дим 0 л.(56) ЕПВ (ЕР) Заявка Кв 0202044,кл, С 22 С 21/00,1986,Заявка Японии М 49-18534,кл. С 22 С 21/00, 1975, М 6, вып. 8 Изобретение относится к пайке, в частности к составу припоя, используемого для пайки алюминиевых сплавов, применяемых в машиностроении.Известен алюминиевый сплав, содержащий, мас,%:Цинк 4,0-12.0 Магний 0,3-0,5 Один илинесколько редкоземельныхметаллов 0,5 - 10,0 Алюминий-ОстальноеЕго твердость по Бринелю не выше 664 МПа, временное сопротивление разрыву не выше 173 МПа, а температура плавления не ниже 580 - 5940 С.Высокая температура плавления и низкие прочностные свойства затрудняют его использование в качестве припоя для пайки алюминиевых сплавов.Наиболее близким по технической сущности К предлагаемому изобретению (прототипом) является припой на основе алюминия, содержащий, мас.%:Медь 0,1 - 22,0Кремний 0,5 - 14,0 Цинк 0,5 - 55,0 Магний 0,01 - 5,0 Алюминий Остальное Его твердость по Бринелю не выше 1510 МПа, ов не выше 320 МПа, температура плавления не ниже 465 +5 С, Выделения кремния имеют игольчатую форму,Недостатком описанного припоя являются невысокие значения прочно стных свойств и неблагоприятна игольчатая структура. Невысокие зна чения прочностных свойств обусловле ны как номенклатурой составляющи его компонентов, так и игольчатой микроструктурой, так как известно, что если выделения кремния в сплаве имеют игольчатую форму, то о ниже по сравнению со сплавами, где кремний находится в связанном состоянии в виде округлых включений,Целью изобретения является повышение прочностных свойств припоя.Цель достигается тем, что известный припой для пайки алюминия и его сплавов, содержащий алюминий, цинк, кремний, медь, магний, дополнительно содержит неодим при следующем соотношении компонентов,мас,%:Цинк 39,0 - 41,0 Кремний 2,4-3,7 Медь 2,9-5,1 Магний 0,24 - 0,66 Неодим 0,02-0,07 Алюминий Остальное Дополнительное введение неодима не только повышает твердость припоя, но и за счет улучшения микроструктуры увеличивает о, т.е, неодим обладает легирующими и модифицирующими свойствами.Известно введение редкоземельного элемента церия в сплавы на основе алюминия, но в этом случае церий оказывает лишь легирующее действие, Введение совместно церия и празеодигла. например, оказывает легирующее и модифицирующее действие на аналогичные заявляемому припои, Для предлагаемого припоя легирующее и модифицирующее действие оказывает только лишь неодим,Для экспериментальной проверки предлагаемого состава было приготовлено 26 смесей ингредиентов, включая аналог и прототип.Так как в качестве одного из компонентов припоя был выбран сплав АЛВ, го в таблице для опытов 1-19 даны средние (пересчитанные, иходя из процентного содержания в припое сплава АЛВ) значения таких компонентов, как алюглиний, кремний, магний и конкретные - цинка и неодимдВ связи с тем, что при изготовлении сплава АЛОВ согласно ГОСТ 2628-73 содержания магния, кремния, меди может изменяться от нижнего до верхнего пределов, то при различном содержании сплава АЛ 10 В в припое необходимо принимать во внимание возможные отклонения концентрации этих компонентов, т.е.1, Цинка 39;4 тогда может быть 2,4 - 3,7 31; 0,15 - 0,33 М 9; 3,1 - 5,1 Си; 52,2 - 55,0 А 1.2. Цинка 40%, тогда может быть 2,4 - 3,6 81; 0,16 - 0,34 М 9; 3,0 - 4,8 Си.; 51,3 - 54,1 А 1,3. Цинка 41%, тогда может быть 2,4 - 3,6 31; 0,16 - 0 34 М 9; 2,9 - 4,6 Си; 50,4 - 53,2 А 1,Так как неодим вводится в сплав в виде лигатуры 11 О-М 9, то количество магния в припое будет складываться из его содержания в сплаве АЛВ и в лигатуре, т.е., если количество неодима изменяется от 0,02 до 0,07%, то связанного с ним магния от 0,09 до 0,32%, тогда с учетом магния в сплаве АЛВ 0,15 - 0.34%, общее количество магния в припое изменяется от 0,24 до 0,66%. Поэтому для проверки границ содеркания 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 всех компонентов в припое проведены опыты 20 - 24, где вместо сплава АЛВ использованы составляющие его металлы,В семи опытах(2,5,17,18,20,21,22) получены наибольшие значения твердости и ст,. Угол смачивания практически всех сплавов по АЛодинаков. О, припоя определялось с целью выявления влияния неодима и магния на его прочностные свойства, так как возможное окисление этих компонентов при выплавке снижает у, хотя твердость может практически не меняться. ов паяного соединения практически одинаково для всех составов, Это объясняется тем, что при пайке незакаленного переплавленного сплава АЛ, так как его о, составляет 160-200 МПа, не может быть получено о соединения более, чем у основного металла, хотя и прочность припоя значительно выше прочности сплава АЛ,т,е, припой компенсирует то возможн е разупрочнение поверхности, которое происходит при пайке или сварке. Это особенно важно для деталей, поверхности которых работают на износ,.При наличии в припое неодима менее 0,02% наблюдается уменьшение твердости и прочности припоя опыты 10,11,12,23), Это обьясняется тем, что небольшие добавки неодима не оказывают легирующего, упрочняюгцего воздействия, При увеличении содержания неодима свыше 0,07% падение г,рочностных свойств незначительно (опыты 13,14,15,24). При таком содеркании неодима возможно его окисление, что снижает прочностные характеристики, особенно г;. В целях экономии неодима его верхнее содеркание целесообразно ограничить 0,07%,Содержание цинка должно быть в пределах 39,0-41,0%, так как предварительные эксперименты по определению прочностных свойств сплавов АЛВ - цинк показали, что зависимость НВ и сг, имеет максимум при содержании цинка в области 40%, то же самое показывают опыты 1,4,7 и 3,6,9,21. Это вызвано наличием твердых растворов цинка в алюминии- а 1; а 2,Содержание в сплаве кремния менее 2,4%, мэгния менее 0,24%, меди менее 2,9 нежелательно, так как снижается прочность (опыт 20,23).Увеличение содержания кремния свыше 3,7% вызывает необходимость введения большого количества неодима для предотвращения образования игольчатой структуры кремния (неодим является модификатором припоя), но большее количество неодима приводит к его окислению,Введение большего, чем 5,10 , количества меди приводит к повышению температуры плавления припоя, чтонежелательно,Магний в припое может образовыватьинтерметаллида типа М 9231, О (А 2 СО),ф(АзМд) и другие; к тому же магний припайке также окисляется, снижая сопротив. ление разрыву.Для проведения экспериментов использовались следующие вещества:1.Цинка ЦВ 1 (ГОСТ 3640-79);2.алюминиевый сплав АЛВ, содержащий, мас.0 :0,2 - 0,5 магния; 4-6 кремния;5 - 8 меди; остальное - алюминий (ГОСТ2628-73).3. Лигатура неодим - магний, содержащая 20 - 250 неодима, магний - остальное(ТУ 48-4171).4. Алюминий А 95 (ГОСТ 11069-74),5. Магний технический МГ,6. Медь электролитическая.7. Кремний металлический.Сплавы опытов 1 - 19 готовились следующим образом,В подогретую до 650 С муфельнуюэлектрическую печь в стальной стакан с графитной обмазкой загружали сплав АЛВ.После его расплавления загружали цинк ипосле его расплавления, перемешивания иодноминутной выдержки в печи - лигатурунеодим - магний внутри расплава для предотвращения ее выгорания из расчета содержания в расплаве требуемого количестванеодима. После 3-минутной выдержки и перемешивания производили разливку расплава в металлические формы с графитнойобмазкой для испытания на твердость и растяжение. Образцы для измерения твердости и излучения микроструктуры послеохлаждения механически обрабатывались,полировались, травились для испытания наразрыв, использовались литые образцы бездальнейшей механической или тепловой обработки.Для приготовления сплава (аналога)опыта 25 сначала загружали алюминий, после его расплавления (780 С)-отдельно магний, по истечении 3-4 мин загружали цинк,а после его расплавления и перемешиванияпроизводили разливку.Для приготовления припоя (прототипа)в опыте 26 алюминий в металлическом ста 40Формула изобретенияПрипой для пайки алюминия и его сплавов, содержащий алюминий, цинк, кремний,медь, магний, отл ича ю щи йся тем, чтос целью повышения прочностных свойств,45 он дополнительно содержит неодим приследующем соотношении компонентов,мас.0 ,ЦинкКремний50 МедьМагнийНеодимАлюминий 39,0-41,02,4-3,72,9-5,10,24 - 0,660,02 - 0,07Остальное 55. кане загружали в печь, подогретую до 780 С. После его расплавления - кремний и медь. После 10-минутной выдержки и перемешивания загружали цинк. Выдержав 1 - 5,1,5 мин и перемешав расплав, производилиего разливку.Сплавы 20 - 24 готовили аналогичносплаву в опыте М 26, лигатура загружалась после расплавления цинка и выдержки рас плава в течение 5 мин.Образцы для измерения угла смачивания изготавливались из сплава АЛотливкой в металлические формы диаметром 12 и высотой 10 мм.15 Образцы для определения прочностипаяного соединения имели формы обычных плоских образцов для испытания на растя- .жение. Они готовились путем переплава сплава АЛи его разливки в металлическую 20 форму. Образцы распиливались посерединеи паялись встык в форме с использованием флюса Ф 34 А пропано-воздушным пламенем.Из таблицы следует, что припой разра ботанного состава имеет твердость по Бринелю 1592-1716 МПа, гав 390 - 442 МПа, угол смачивания припоя по АЛ8-90,благоприятную микроструктуру. Температура плавления 444-483 С позволяет паять 30 алюминий и его сплавы.Использование предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет повысить срок службы паяных соединений для его приготовления, возмож но использование вторичного сплава АЛ 10 В; для улучшения микроструктуры и прочностных свойств припой нужно легировать неодимом,1743772 Химический состав,мас. ОД и свойства сплава НВ. МПа, (Ъ, МПа Соде жан Угол сма чиваи.спл. па АЛ,сг, пално го соеди лепил, град. 8,0 0 0 3 О ель А,СавицкийМ.Моргентал Состав Техред К ор С,Ч дактор Е,Егорова Заказ 2152 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК-" ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5т "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 дательский комби одственно 3,31 3.13 2,96 3,26 3,08 2,91 3,21 3,03 2,86 3,32 3.14 45,0 35,0 40,0 45,0 38.0 39,0 41,0 42,0 39.0 40,0 41.0 41.02,0 40.0 0,02 0,02 0,02 0,07 0,07 0,07 0,12 0,12 0,12 0,01 1600 1409 1594 1602 1440 570 1620 574 1622 1698 660 1625 1592 17 О 1690.1313 184 664 1510 382 383 410 355 364 413 360 392 412 402 410