способ подготовки поверхности алюминия и его сплавов для пайки

Формула изобретения

1. Способ подготовки поверхности алюминия и его сплавов для пайки, включающий их обработку в растворах обезжиривания и травления, отличающийся тем, что после травления осуществляют обработку в водном растворе плавиковой кислоты в смеси с фторидом щелочного металла при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Плавиковая кислота	1-27
Фторид щелочного металла	1-50
Вода	остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор плавиковой кислоты в смеси с фторидом щелочного металла изготавливают с применением кислых фторидов щелочного металла составов: MeF·HF, и/или MeF·2HF, и/или MeF·3НР, и/или смеси этих составов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторида щелочного металла в смеси с плавиковой кислотой используют фтористый рубидий, и/или фтористый цезий, и/или фтористый натрий, и/или фтористый калий, и/или их смесь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической обработки поверхности из алюминия и алюминиевых сплавов для подготовки их к пайке.

Известен способ химической обработки поверхности детали из алюминия и сплавов на его основе (RU 2207401 С1, С23С 22/67, С23С 22/78, 2003.06.27), включающий подготовку поверхности детали путем обезжиривания, травления в кислом растворе, оксидирования в водном растворе, содержащем хромовый ангидрид и натрий кремнефтористый, с дополнительным введением в него фосфата хрома и фосфата бария.

Известный способ обработки позволяет получить покрытия на поверхности алюминиевых деталей с повышенными защитными свойствами, обеспечивающими долговечность этих деталей, но не предполагает дальнейшую пайку этих деталей при t° 600°.

Известен состав для удаления продуктов коррозии на деталях из алюминиевых сплавов (RU 2157425 С1, С23G 1/12, С23С 22/24, 2000.10.10), содержащий фосфорную кислоту, окись хрома, воду, окись кремния, азотнокислый цинк и тринатрийфосфат.

Данный состав позволяет обеспечить хорошее удаление продуктов коррозии с деталей алюминиевых сплавов, но образование на поверхности деталей тонкой химически пассивной пленки оксидов и фосфатов алюминия препятствует пайке.

Известен также способ пайки деталей из алюминия и его сплавов (RU 2116173 С1, В23К 1/08, В23К 103:10, 1998.07.27), включающий погружение и выдержку деталей из алюминия или его сплавов в припой с температурой плавления 50-100°С, находящийся под слоем щелочи, что дает возможность за короткий промежуток времени удалить с поверхности детали жировую и окисную пленки, с последующей пайкой.

Данный способ не применим для тонкостенных изделий и изделий, имеющих сложную форму, вследствие разъедания поверхности алюминия щелочью.

Наиболее близкими к заявляемому способу являются известные способы подготовки поверхности алюминия и алюминиевых сплавов перед пайкой, описанные в литературе (Лашко Н.Ф. и др. Пайка металлов: М.: Машиностроение, 1977, с.242-246), заключающиеся в очистке поверхности от слоя окиси алюминия путем травления в растворах едкого натра и растворах азотной кислоты, либо азотной и плавиковой кислот.

Недостатком данных способов подготовки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов к пайке является то, что после травления поверхность алюминия остается покрытой окисью алюминия, хотя и меньшей толщины, поэтому пайку необходимо проводить практически сразу после травления во избежание увеличения толщины слоя окиси алюминия. При использовании в процессе обработки поверхности плавиковой кислоты на поверхности алюминия наряду с окислами алюминия образуется гидратированный фторид алюминия, который в процессе пайки при 1600°С, подвергается гидролизу и теряет фтор, а оставшаяся на поверхности алюминия окись препятствует пайке. Кроме того, при травлении кислотами алюминий и его сплавы постепенно растворяются.

Задачей настоящего изобретения является создание способа подготовки поверхности алюминия и его сплавов, обеспечивающего последующую качественную пайку независимо от времени выдержки после обработки поверхности алюминия или его сплавов.

Технический результат достигается за счет формирования на поверхности деталей из алюминия или его сплавов слоя различных по составу фторалюминатов щелочных металлов, которые при их плавлении либо сплавлении с флюсом хорошо растворяют окись алюминия при пайке.

Задача решается тем, что в способе подготовки поверхности алюминия и его сплавов для пайки, включающем ее обезжиривание или обезжиривание и травление, последующую обработку осуществляют в водном растворе плавиковой кислоты в смеси с фторидом щелочного металла со следующей концентрацией компонентов в растворе, вес.%:

Плавиковая кислота - 1-27

Фторид щелочного металла - 1-50

Вода - остальное

Водный раствор плавиковой кислоты в смеси с фторидом щелочного металла может быть изготовлен с применением кислых фторидов щелочного металла составов: MeF·HF, и/или MeF·2HF, и, или MeF·3HF, и/или смеси этих составов.

В качестве фторида щелочного металла в смеси с плавиковой кислотой может быть использован фтористый рубидий, и/или фтористый цезий, и/или фтористый натрий, и/или фтористый калий и/или их смесь.

Способ подготовки поверхности алюминия и его сплавов к пайке осуществляют следующим образом. Поверхность алюминия или его сплавов подвергают обезжириванию или обезжириванию и травлению путем обработки их в растворах любой из сильных кислот (азотной, серной, фосфорной и пр.), либо в смеси растворов сильных кислот, либо последовательной обработки в растворах щелочи и сильной кислоты. Затем поверхность алюминия или его сплавов промывают в воде и далее помещают в раствор плавиковой кислоты в смеси с фторидом щелочного металла. После выдерживания в растворе поверхность алюминия или его сплавов вновь промывают. Обработанную таким образом поверхность алюминия просушивают, после сушки на поверхности алюминия или его сплавов в результате химической реакции между алюминием, смесью плавиковой кислоты, фторида щелочного металла образуется слой различных по составу фторалюминатов щелочного металла, которые слабо растворимы в воде и после формирования слоя защищают поверхность от дальнейшего растворения в кислоте. После обработки детали из алюминия или его сплавов, поверхность которых покрыта слоем фторалюминатов щелочных металлов, можно хранить несколько дней, это не отражается на качестве пайки. При нагреве до температуры пайки слой фторалюминатов на поверхности паяемого алюминия сохраняется и способствует растворению окиси алюминия, имеющейся на поверхности в фторалюминатном флюсе, имеющем состав, близкий к составу слоя, образованного в процессе подготовки алюминиевой поверхности к пайке.

Изобретение позволяет подготовить поверхность алюминия и его сплавов к пайке с использованием флюсов или без них, например, к пайке алюминиевых поверхностей, плакированных силумином в среде защитного газа или в вакууме. Слой фторалюминатов щелочных металлов, нанесенный предлагаемым способом, имеет практически одинаковую толщину, так как образуется в результате химической реакции между поверхностью алюминия и смесью плавиковой кислоты и фторида щелочного металла, с прекращением реакции после образования плотного слоя малорастворимых фторалюминатов, вследствие диффузионных ограничений по поступлению реагентов к поверхности алюминия.

Способ иллюстрируется конкретными примерами выполнения, в которых поверхность алюминия и его сплавов после обработки в растворах обезжиривания и травления обрабатывали в водном растворе плавиковой кислоты в смеси с фторидом калия.

Примеры осуществления способа с различной концентрацией компонентов в смеси раствора плавиковой кислоты и фторида щелочного металла (фторида калия) приведены в таблице 1.

Количество фторида щелочного металла в растворе должно быть достаточным для образования нерастворимого слоя фторалюминатов. Минимально необходимые концентрации фторида калия, приведенные в таблице, определяются исходя из условия прекращения травления алюминия в течение 2-3 минут при температуре 15°С и обеспечивают качественную пайку. При увеличении концентрации фторида калия выше 50% происходит перерасход реагентов и образуются высокоплавкие фторалюминаты, которые снижают эффективность обработки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов.

В таблицах 2-4 показаны примеры осуществления пайки с использованием кислых фторидов щелочных металлов (на примере KF·HF, KF·2HF, KF·3HF).

Оптимальными являются составы растворов, обеспечивающие образование на поверхности паяемого алюминия слоя фторалюминатов, эвтектического по составу, т.е. с содержанием KF - 46%, AlF₃ - 54%. Обработка поверхности алюминия и его сплавов для пайки в водном растворе плавиковой кислоты в смеси с фторидом щелочного металла обеспечивает растекание силумина при пайке по поверхности алюминия на площади, в 2-3 раза превышающей площадь растекания при обработке поверхности алюминия только плавиковой кислотой.

Таблица 1 Концентрация реагентов для обработки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов, обеспечивающая пайку.
№ примера	HF (вес.%)	KF (вес.%)	Вода (вес.%)
1	27,0	50,0	23,0
2	27,0	40,0	33,0
3	25,8	27,5	46,7
4	20,8	20,8	58,4
5	16,8	13,4	69,8
6	10,0	6,0	84,0
7	5,2	2,6	92,2
8	1,0	0,5	98,5

Таблица 2
№ примера	HF (вес.%)	KF·HF (вес.%)	Вода (вес.%)
1	9,8	67,2	23,0
2	13,2	53,8	33,0
3	16,3	37,0	46,7
4	13,6	28,0	58,4
5	12,2	18,0	69,8
6	7,9	8,1	84,0
7	4,3	3,5	92,2
8	0,8	0,7	98,5

Таблица 3
№ примера	KF·2HF (вес.%)	KF (вес.%)	HF (вес.%)	Вода (вес.%)
1	66,1	10,9	0	23,0
2	66,1	0,9	0	33,0
3	46,5	0	6,8	46,7
4	35,2	0	6,4	58,4
5	22,6	0	7,6	69,8
6	10,1	0	5,9	84,0
7	4,4	0	3,4	92,2
8	0,8	0	0,7	98,5

Таблица 4
№ примера	KF·3HF (вес.%)	KF (вес.%)	HF (вес.%)	Вода (вес.%)
1	53,1	23,9	0	23,0
2	53,1	13,9	0	33,0
3	50,7	2,6	0	46,7
4	40,9	0,7	0	58,4
5	27,3	0	2,9	69,8
6	12,2	0	3,8	84,0
7	5,3	0	2,5	92,2
8	1,0	0	0,5	98,5