Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšana

1. Lodējamība

Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanas īpašības ir sliktas, galvenokārt tāpēc, ka oksīda plēvi uz virsmas ir grūti noņemt. Alumīnijam ir liela afinitāte pret skābekli. Uz virsmas ir viegli veidot blīvu, stabilu un augstas kušanas temperatūras oksīda plēvi Al2O3. Tajā pašā laikā alumīnija sakausējumi, kas satur magniju, veidos arī ļoti stabilu oksīda plēvi MgO. Tas nopietni kavēs lodmetāla mitrināšanu un izplatīšanos. To ir grūti noņemt. Lodēšanas laikā lodēšanas procesu var veikt tikai ar atbilstošu plūsmu.

Otrkārt, alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanas darbība ir sarežģīta. Alumīnija un alumīnija sakausējuma kušanas temperatūra daudz neatšķiras no izmantotā lodēšanas pildmetāla kušanas temperatūras. Lodēšanas temperatūras diapazons ir ļoti šaurs. Neliela, nepareiza temperatūras kontrole var viegli izraisīt pamatmetāla pārkaršanu vai pat kušanu, apgrūtinot lodēšanas procesu. Daži alumīnija sakausējumi, kas stiprināti ar termisko apstrādi, lodēšanas karsēšanas dēļ var izraisīt arī mīkstināšanas parādības, piemēram, pārkaršanu vai atkvēlināšanu, kas samazinās lodēto savienojumu īpašības. Liesmas lodēšanas laikā ir grūti novērtēt temperatūru, jo alumīnija sakausējuma krāsa karsēšanas laikā nemainās, kas arī palielina operatora darbības līmeņa prasības.

Turklāt alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēto savienojumu korozijas izturību viegli ietekmē pildmetāli un kušņi. Alumīnija un alumīnija sakausējuma elektroda potenciāls ievērojami atšķiras no lodmetāla elektroda potenciāla, kas samazina savienojuma korozijas izturību, īpaši mīkstlodēšanas savienojumā. Turklāt lielākajai daļai alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanā izmantoto kušņu ir spēcīga korozivitāte. Pat ja tie pēc lodēšanas tiek notīrīti, kušņu ietekme uz savienojumu korozijas izturību netiks pilnībā novērsta.

2. Cietlodēšanas materiāls

(1) Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšana ir reti izmantota metode, jo lodējamā pildmetāla un pamatmetāla sastāvs un elektroda potenciāls ir ļoti atšķirīgs, kas viegli izraisa savienojuma elektroķīmisko koroziju. Mīkstlodēšanai galvenokārt izmanto cinka lodmetālu un alvas-svina lodmetālu, ko atkarībā no temperatūras diapazona var iedalīt zemas temperatūras lodmetālā (150–260 ℃), vidējas temperatūras lodmetālā (260–370 ℃) un augstas temperatūras lodmetālā (370–430 ℃). Izmantojot alvas-svina lodmetālu un iepriekš uzklājot varu vai niķeli uz alumīnija virsmas lodēšanai, var novērst koroziju savienojuma saskarnē, tādējādi uzlabojot savienojuma izturību pret koroziju.

Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšana tiek plaši izmantota, piemēram, filtru vadotnēs, iztvaicētājos, radiatoros un citās sastāvdaļās. Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanai var izmantot tikai uz alumīnija bāzes veidotus pildmetālus, starp kuriem visplašāk tiek izmantoti alumīnija silīcija pildmetāli. Konkrētais pielietojuma apjoms un lodēto savienojumu bīdes izturība ir parādīta attiecīgi 8. un 9. tabulā. Tomēr šī lodmetāla kušanas temperatūra ir tuvu pamatmetāla kušanas temperatūrai, tāpēc lodēšanas laikā stingri un precīzi jākontrolē karsēšanas temperatūra, lai izvairītos no pamatmetāla pārkaršanas vai pat kušanas.

8. tabula. Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanas pildvielu pielietojuma joma.

9. tabula. Alumīnija un alumīnija sakausējumu savienojumu, kas lodēti ar alumīnija silīcija pildvielām, bīdes izturība.

Alumīnija silīcija lodmetāls parasti tiek piegādāts pulvera, pastas, stieples vai loksnes veidā. Dažos gadījumos tiek izmantotas lodētas kompozītmateriālu plāksnes ar alumīniju kā serdi un alumīnija silīcija lodmetālu kā apšuvumu. Šāda veida lodētā kompozītmateriālu plāksne tiek izgatavota ar hidraulisko metodi un bieži tiek izmantota kā lodēšanas komponentu sastāvdaļa. Lodēšanas laikā lodēšanas pildmetāls uz kompozītmateriālu plāksnes kūst un plūst kapilāru un gravitācijas ietekmē, aizpildot savienojuma spraugu.

(2) Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanai paredzētas plūsmas un aizsarggāzes, plēves noņemšanai bieži izmanto īpašu plūsmu. Zemas temperatūras mīkstlodēšanai izmanto organisko plūsmu, kuras pamatā ir trietanolamīns, piemēram, fs204. Šīs plūsmas priekšrocība ir tā, ka tai ir maza korozīva ietekme uz pamatmetālu, taču tā radīs lielu gāzes daudzumu, kas ietekmēs lodēšanas mitrināšanu un hermētiķi. Vidējas un augstas temperatūras mīkstlodēšanai izmanto reaktīvo plūsmu, kuras pamatā ir cinka hlorīds, piemēram, fs203 un fs220a. Reaktīvajai plūsmai ir augsta kodīgums, un tās atlikumi pēc lodēšanas ir jānoņem.

Pašlaik alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanā joprojām dominē fluksa plēves noņemšana. Izmantotajā lodēšanas fluksā ietilpst flukss uz hlorīdu bāzes un flukss uz fluorīdu bāzes. Fluksam uz hlorīdu bāzes ir spēcīga spēja noņemt oksīda plēvi un laba plūstamība, taču tam ir liela korozīva iedarbība uz pamatmetālu. Pēc lodēšanas tā atliekas ir pilnībā jānoņem. Fluors uz fluorīdu bāzes ir jauna veida flukss, kam ir laba plēves noņemšanas iedarbība un kas nerada pamatmetāla koroziju. Tomēr tam ir augsta kušanas temperatūra un slikta termiskā stabilitāte, un to var izmantot tikai ar alumīnija-siliciona lodmetālu.

Lodējot alumīniju un alumīnija sakausējumus, bieži izmanto vakuumu, neitrālu vai inertu atmosfēru. Izmantojot vakuuma lodēšanu, vakuuma pakāpei parasti jāsasniedz aptuveni 10-3pa. Ja aizsardzībai izmanto slāpekli vai argonu, tās tīrībai jābūt ļoti augstai, un rasas punktam jābūt zemākam par -40 ℃.

3. Lodēšanas tehnoloģija

Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanai ir augstas prasības sagataves virsmas tīrīšanai. Lai iegūtu labu kvalitāti, pirms lodēšanas ir jānoņem eļļas traipi un oksīda plēve no virsmas. Eļļas traipus no virsmas 5–10 minūtes noņem ar Na2CO3 ūdens šķīdumu 60–70 ℃ temperatūrā un pēc tam noskalo ar tīru ūdeni. Virsmas oksīda plēvi var noņemt, kodinot ar NaOH ūdens šķīdumu 20–40 ℃ temperatūrā 2–4 minūtes un pēc tam noskalojot ar karstu ūdeni. Pēc eļļas traipu un oksīda plēves noņemšanas no virsmas sagatavi 2–5 minūtes apstrādā ar HNO3 ūdens šķīdumu spīduma iegūšanai, pēc tam noskalo tekošā ūdenī un visbeidzot žāvē. Ar šīm metodēm apstrādāto sagatavi nedrīkst pieskarties vai piesārņot ar citiem netīrumiem, un tā ir jāsalodē 6–8 stundu laikā. Ja iespējams, labāk lodēt nekavējoties.

Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanas metodes galvenokārt ietver liesmas lodēšanu, lodāmura lodēšanu un krāsns lodēšanu. Šajās metodēs lodēšanai parasti tiek izmantota plūsma, un tām ir stingras prasības attiecībā uz karsēšanas temperatūru un noturēšanas laiku. Liesmas lodēšanas un lodāmura lodēšanas laikā jāizvairās no plūsmas tiešas karsēšanas ar siltuma avotu, lai novērstu plūsmas pārkaršanu un bojājumus. Tā kā alumīnijs var izšķīdināt mīkstlodējumā ar augstu cinka saturu, karsēšana jāpārtrauc pēc savienojuma izveidošanas, lai izvairītos no pamatmetāla korozijas. Dažos gadījumos alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanā dažreiz neizmanto plūsmu, bet gan ultraskaņas vai skrāpēšanas metodes plēves noņemšanai. Izmantojot skrāpēšanu plēves noņemšanai lodēšanai, vispirms sagatavi uzkarsē līdz lodēšanas temperatūrai un pēc tam ar lodēšanas stieņa (vai skrāpēšanas instrumenta) galu nokasa sagataves lodējamo daļu. Pārraujot virsmas oksīda plēvi, lodāmura gals izkusīs un samitrinās pamatmetālu.

Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanas metodes galvenokārt ietver liesmas lodēšanu, krāsns lodēšanu, iegremdēšanas lodēšanu, vakuuma lodēšanu un gāzes ekranēšanu. Liesmas lodēšanu galvenokārt izmanto nelielu sagatavju un atsevišķu detaļu ražošanai. Lai izvairītos no plūsmas bojājumiem acetilēna piemaisījumu un plūsmas saskares dēļ, izmantojot oksiacetilēna liesmu, ir lietderīgi izmantot benzīna saspiesta gaisa liesmu ar nelielu redukciju, lai novērstu pamatmetāla oksidēšanos. Specifiskas lodēšanas laikā lodēšanas plūsmu un pildmetālu var iepriekš novietot lodēšanas vietā un vienlaikus uzsildīt ar sagatavi; sagatavi var arī vispirms uzsildīt līdz lodēšanas temperatūrai, un pēc tam ar plūsmu iemērkto lodmetālu var nosūtīt uz lodēšanas pozīciju; pēc plūsmas un pildmetāla izkausēšanas, vienmērīgi piepildot pildmetālu, sildīšanas liesma lēnām jānoņem.

Lodējot alumīniju un alumīnija sakausējumus gaisa krāsnī, lodēšanas pildmetāls ir iepriekš jāsagatavo, lodēšanas plūsma jāizkausē destilētā ūdenī, lai pagatavotu biezu šķīdumu ar koncentrāciju 50–75%, un pēc tam jāpārklāj vai jāizsmidzina uz lodēšanas virsmas. Uz lodēšanas pildmetāla un lodēšanas virsmas var uzklāt atbilstošu daudzumu pulverveida lodēšanas plūsmas, un pēc tam saliktā metinājuma šuve jāievieto krāsnī lodēšanas karsēšanai. Lai novērstu pamatmetāla pārkaršanu vai pat kušanu, karsēšanas temperatūra ir stingri jākontrolē.

Alumīnija un alumīnija sakausējumu lodēšanai iegremdējot lodēšanas metodi, parasti izmanto pastu vai foliju. Pirms lodēšanas sagatave iepriekš jāuzkarsē, lai tās temperatūra būtu tuvu lodēšanas temperatūrai, un pēc tam jāiegremdē lodēšanas šķidrumā. Lodēšanas laikā stingri jākontrolē lodēšanas temperatūra un lodēšanas laiks. Ja temperatūra ir pārāk augsta, pamatmetāls viegli izšķīst un lodējums viegli pazūd; ja temperatūra ir pārāk zema, lodējums nav pietiekami izkusis un lodēšanas ātrums samazinās. Lodēšanas temperatūra jānosaka atkarībā no pamatmetāla veida un izmēra, pildmetāla sastāva un kušanas temperatūras, un parasti tā ir starp pildmetāla likvitātes temperatūru un pamatmetāla cietības temperatūru. Sagataves iegremdēšanas laikam šķidrumā jānodrošina, lai lodējums varētu pilnībā izkust un plūst, un atbalsta laiks nedrīkst būt pārāk ilgs. Pretējā gadījumā lodēšanas silīcija elements var difundēt pamatmetālā, padarot pamatmetālu šuves tuvumā trauslu.

Alumīnija un alumīnija sakausējumu vakuuma lodēšanas procesā metāla darbības aktivatorus bieži izmanto, lai modificētu alumīnija virsmas oksīda plēvi un nodrošinātu lodēšanas mitrināšanu un izplatīšanos. Magniju var tieši uzklāt uz sagataves daļiņu veidā vai ievadīt lodēšanas zonā tvaika veidā, vai arī magniju var pievienot alumīnija silīcija lodēšanai kā sakausējuma elementu. Sarežģītas struktūras sagatavēm, lai nodrošinātu pilnīgu magnija tvaiku ietekmi uz pamatmetālu un uzlabotu lodēšanas kvalitāti, bieži tiek veikti lokāli aizsardzības procesa pasākumi, proti, sagatavi vispirms ievieto nerūsējošā tērauda kastē (pazīstama kā procesa kaste) un pēc tam ievieto vakuuma krāsnī lodēšanas karsēšanai. Vakuuma lodētie alumīnija un alumīnija sakausējumu savienojumi ir gludi un blīvi lodētie savienojumi, un pēc lodēšanas tie nav jātīra. Tomēr vakuuma lodēšanas iekārtas ir dārgas, un magnija tvaiki nopietni piesārņo krāsni, tāpēc tās ir bieži jātīra un jāapkopj.

Lodējot alumīniju un alumīnija sakausējumus neitrālā vai inertā atmosfērā, plēves noņemšanai var izmantot magnija aktivatoru vai plūsmu. Izmantojot magnija aktivatoru plēves noņemšanai, nepieciešamais magnija daudzums ir daudz mazāks nekā vakuuma lodēšanas laikā. Parasti w (mg) ir aptuveni 0,2% ~ 0,5%. Ja magnija saturs ir augsts, savienojuma kvalitāte samazināsies. NOCOLOK lodēšanas metode, izmantojot fluorīda plūsmu un slāpekļa aizsardzību, ir jauna metode, kas pēdējos gados ir strauji attīstījusies. Tā kā fluorīda plūsmas atlikumi neuzsūc mitrumu un nav korozīvi pret alumīniju, plūsmas atlikumu noņemšanas procesu pēc lodēšanas var izlaist. Slāpekļa aizsardzībā ir jāpārklāj tikai neliels daudzums fluorīda plūsmas, pildmetāls var labi samitrināt pamatmetālu, un ir viegli iegūt augstas kvalitātes lodētus savienojumus. Pašlaik šī NOCOLOK lodēšanas metode tiek izmantota alumīnija radiatoru un citu detaļu masveida ražošanā.

Alumīnijam un alumīnija sakausējumiem, kas lodēti ar citu plūsmu, nevis fluorīda plūsmu, plūsmas atlikumi pēc lodēšanas ir pilnībā jānoņem. Organiskās lodēšanas plūsmas atlikumus alumīnijam var mazgāt ar organiskiem šķīdumiem, piemēram, metanolu un trihloretilēnu, neitralizēt ar nātrija hidroksīda ūdens šķīdumu un visbeidzot notīrīt ar karstu un aukstu ūdeni. Hlorīds ir alumīnija lodēšanas plūsmas atlikums, ko var noņemt šādā veidā: vispirms 10 minūtes iemērc karstā ūdenī 60–80 ℃ temperatūrā, rūpīgi notīra atlikumus no lodētās šuves ar otu un notīra ar aukstu ūdeni; pēc tam 30 minūtes iemērc 15% slāpekļskābes ūdens šķīdumā un visbeidzot noskalo ar aukstu ūdeni.