Патент на изобретение №2263568

(54) ПАСТА ДЛЯ ПАЙКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано при высокотемпературной пайке погружением в расплавленные соли изделий из алюминия или его сплавов, например узлов волноводной техники. В пасте на основе порошкового припоя системы алюминий – кремний с размером частиц 100-200 мкм в качестве органического связующего использован раствор высокомолекулярного соединения в изоамилацетате. Паста содержит также мелкодисперсный порошок алюминия с размером частиц, равным или меньшим 20 мкм, и/или пигментную алюминиевую пудру. Компоненты пасты взяты в следующем соотношении, мас.%: органическое связующее – 24-28, мелкодисперсный порошок алюминия – 10-40, порошковый припой системы алюминий – кремний (эвтектика) – остальное. Изобретение позволит повысить качество паяных соединений за счет стабильности состава и адгезионных свойств пасты, а также снизить ее стоимость и токсичность. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к пайке, в частности к пастам для высокотемпературной (ВТ) пайки алюминия и его сплавов погружением в расплавленные соли.

Известна паста для пайки алюминия и его сплавов (далее – алюминия) погружением в расплавленные соли, в состав которой входят порошкообразный припой системы Al-Si (далее порошкообразный припой), соль AlF₃, связующее вещество – вода [1].

Использование воды в качестве связующего вещества приводит:

во-первых, к низкой прочности сцепления порошкообразного припоя с паяемой поверхностью,

во-вторых, к окислению порошкообразного припоя во время предварительного подогрева паяемых деталей перед погружением в расплавленные соли.

Это снижает качество паяных соединений.

Известна паста для пайки алюминия, которая содержит, вес.%:

(2 – прототип).

Преимуществом данной пасты является то, что в качестве органического связующего (связки) используется спирто-шеллачная смесь.

Однако,

во-первых, паста имеет нестабильный состав во времени из-за испарения спирта из органического связующего, в результате связка загустевает, что затрудняет применение пасты;

во-вторых, остатки шеллака полностью не выгорают во время предварительного подогрева деталей, обугливаются, образуя углеродистый серый налет, который ухудшает адгезйонные свойства пасты и тем самым снижает смачиваемость и растекаемость порошкообразного припоя;

в-третьих, адгезия пасты к паяемой поверхности после предварительного подогрева на воздухе низкая и при переносе деталей в ванну часть порошкообразного припоя рассыпается по их поверхности и смывается расплавом солей во время погружения еще до момента его расплавления, в результате качество пайки ухудшается, появляются непропаи;

в-четвертых, следует также принять во внимание относительную дефицитность и дороговизну импортного шеллака, что усложняет его использование.

Техническим результатом изобретения является повышение стабильности состава пасты во времени, повышение ее адгезионных свойств и, следовательно, повышение качества паяных соединений, а также снижение ее стоимости и токсичности.

Технический результат достигается тем, что в известной пасте для пайки алюминия и его сплавов погружением в расплавленные соли, содержащей порошкообразный припой системы алюминий-кремний с размером частиц 100-200 мкм и органическое связующее, в качестве органического связующего используют раствор высокомолекулярного соединения в изоамилацетате, паста дополнительно содержит мелкодисперсный порошок алюминия с размером частиц равным или меньше 20 мкм и/или пигментную алюминиевую пудру при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Высокомолекулярное соединение представляет собой сополимер изобутилметакрилата с метакриловой или акриловой кислотой.

Использование в качестве органического связующего 10%-ного раствора высокомолекулярного (ВМ) соединения, в частности, сополимера изобутилметакрилата с метакриловой или акриловой кислотой (СПИБМ) в изоамилацетате, который

во-первых, благодаря свойству сохранять свою вязкость неизменной в течение длительного времени (1 год и более) обеспечит пасте стабильность состава во времени;

во-вторых, благодаря тому что раствор ВМ соединения обладает клеящими свойствами, данные свойства он обеспечивает и пасте и тем самым повысит ее адгезионные свойства;

в-третьих, благодаря свойству полностью разлагаться при температуре свыше 500°С – температура предварительного нагрева – органическое связующее не оставляет углеродистого серого налета на паяемой поверхности и тем самым повысит качество паяных соединений;

в-четвертых, снижает стоимость пасты, так как компоненты органического связующего выпускаются отечественной промышленностью.

Введение в пасту порошка алюминия с размером частиц, равным или меньше 20 мкм и/или пигментной алюминиевой пудры, позволит повысить адгезионные свойства пасты и прежде всего на стадии предварительного нагрева.

Предлагаемая паста не токсична, так как исключены из состава пасты фтористые соли, используемые в прототипе.

Изобретение поясняется фотографией, на которой изображен типовой узел волноводной техники: волновод – фланец и волноводная разводка, паяный предлагаемой пастой.

Пример 1.

Пасту для пайки приготавливают следующим образом.

В фарфоровую чашку насыпают порошкообразный припой системы AI-Si (эвтектика) с размером частиц 100-200 мкм марки АКД – 12-3 (ТУ6 – 02-007-75) и пигментную алюминиевую пудру марки ПАП – 2 (ГОСТ 5494 – 74), перемешивают, затем в смесь вводят органическое связующее – 10%-ный раствор СПИБМ-01-Н (ТУ6 – 01-2-744-85) в изоамилацетате (ТУ6 – 09-2-1240-76) и снова перемешивают до образования однородной массы – пасты.

Примеры 2-5.

Аналогично примеру 1 были приготовлены пасты, но имеющие иные количественные соотношения компонентов, как указанные в формуле изобретения (примеры 2-3), так и выходящие за ее пределы (примеры 4-5), кроме значений количества пигментной алюминиевой пудры, которые взяты средними.

Примеры 6-7.

Аналогично примеру 1 были приготовлены пасты, но имеющие среднее значение количества органического связующего, а количество пигментной алюминиевой пудры, выходящее за пределы, указанные в формуле изобретения.

Примеры 1а-7а.

Аналогично примерам 1-7 соответственно были приготовлены пасты, но с мелкодисперсным порошком алюминия вместо пигментной алюминиевой пудры.

Из приготовленных составов пасты были изготовлены путем выдавливания через трафарет диаметром 5 мм и толщиной 3 мм таблетки, которые были использованы для определения силы сцепления таблетки – адгезии пасты – с поверхностью образцов из алюминиевого сплава АМц размером 20×15×2, после предварительного нагрева.

Образцы сплава АМц изготавливают фрезерной обработкой с последующим обезжириванием в ацетоне.

Нагрев проводят в муфельной печи в воздушной атмосфере по режиму:

– температура – 530°С

– выдержка – 10 мин.

После спекания был проведен визуальный анализ образцов и определена сила сцепления.

Все данные сведены в таблицы 1 и 2.

Как видно из таблиц:

Сила сцепления таблеток из приготовленных составов пасты с поверхностью образцов из Амц – адгезия пасты – составляет в среднем 65 ГС, содержащие пигментную алюминиевую пудру (примеры 1-3) и 40 ГС, содержащие мелкодисперсный порошок алюминия (примеры 1а-3а) при соотношении компонентов пасты, указанных в формуле изобретения, что более чем в 10 раз превышает силу сцепления, при соотношении компонентов, выходящих за пределы, указанные в формуле изобретения (примеры 4-7) и (примеры 4а-7а), так же как и по сравнению с прототипом (пример 8).

На всех образцах отсутствует серый налет, кроме образца-прототипа (пример 8). Это подтверждает, что органическое связующее полностью разложилось на газообразные составляющие.

Приготовленная паста (примеры 1-3) и (примеры 1а-3а) была также использована для пайки типовых узлов волноводной техники:

волновод – фланец и волноводная разводка, изготовленные из алюминиевого сплава АМц.

Пасту наносят резиновым шпателем толщиной 3-4 мм по периметру волноводов.

Пайку проводили по режиму:

Был проведен визуальный анализ паяного шва.

По всему периметру паяного шва всех волноводных узлов (примеры 1-3) и (примеры 1а-3а) наблюдаются непрерывные равномерные галтели.

Таким образом, предлагаемая паста для пайки алюминия и его сплавов погружением в расплавленные соли обладает высокой стабильностью состава и высокими адгезионными свойствами и тем самым обеспечивает повышение качества паяных соединений.

Предлагаемая паста дешева благодаря исключению из состава дефицитного и дорогостоящего шеллака – природной смолы, поставляемой из Индии.

Предлагаемая паста нетоксична благодаря исключению из состава фтористых солей.

Источники информации

1. Патент Швейцарии №410592, кл. 49, В 23 К 31/01.

2. Авторское свидетельство СССР №493319 приоритет 07.05.73, В 23 К 35/36, опубл. бюлл. №44, 1975 г.

Формула изобретения

1. Паста для пайки алюминия и его сплавов погружением в расплавленные соли, содержащая порошкообразный припой системы алюминий – кремний и органическое связующее, отличающаяся тем, что использован порошкообразный припой с размером частиц 100-200 мкм, в качестве органического связующего использован 10%-ный раствор высокомолекулярного соединения в изоамилацетате, при этом паста дополнительно содержит мелкодисперсный порошок алюминия с размером частиц равным или меньше 20 мкм и/или пигментную алюминиевую пудру при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Паста по п.1 отличающаяся тем, что в качестве высокомолекулярного соединения использован сополимер изобутилметакрилата с метакриловой или акриловой кислотой.

РИСУНКИ