Alumiinin ja alumiiniseosten juottaminen

1. Juotettavuus

Alumiinin ja alumiiniseosten juotosominaisuudet ovat huonot, pääasiassa siksi, että pinnan oksidikalvoa on vaikea poistaa. Alumiinilla on suuri affiniteetti happeen. Pinnalle on helppo muodostaa tiivis, stabiili ja korkean sulamispisteen omaava Al2O3-oksidikalvo. Samanaikaisesti magnesiumia sisältävät alumiiniseokset muodostavat myös erittäin stabiilin MgO-oksidikalvon. Ne estävät vakavasti juotteen kostumista ja leviämistä. Ja niitä on vaikea poistaa. Juottamisen aikana juotosprosessi voidaan suorittaa vain oikeanlaista juoksutetta käyttäen.

Toiseksi, alumiinin ja alumiiniseosten juottaminen on vaikeaa. Alumiinin ja alumiiniseosten sulamispiste ei juurikaan eroa käytetyn juotoslisäaineen sulamispisteestä. Juottamisen lämpötila-alue on hyvin kapea. Pienikin virheellinen lämpötilan säätö voi helposti aiheuttaa perusmetallin ylikuumenemisen tai jopa sulamisen, mikä vaikeuttaa juottamista. Jotkut lämpökäsittelyllä vahvistetut alumiiniseokset aiheuttavat myös pehmenemisilmiöitä, kuten ylikuumenemista tai hehkumista juotoskuumennuksen vuoksi, mikä heikentää juotettujen liitosten ominaisuuksia. Liekkijuottamisen aikana lämpötilaa on vaikea arvioida, koska alumiiniseoksen väri ei muutu kuumennuksen aikana, mikä myös lisää käyttäjän toimintatasovaatimuksia.

Lisäksi alumiinin ja alumiiniseosten juotettujen liitosten korroosionkestävyys kärsii helposti lisäaineista ja juoksutteista. Alumiinin ja alumiiniseosten elektrodipotentiaali on melko erilainen kuin juotteen, mikä heikentää liitoksen korroosionkestävyyttä, erityisesti pehmeäjuotoksissa. Lisäksi useimmat alumiinin ja alumiiniseosten juottamisessa käytettävät juoksutteet ovat erittäin syövyttäviä. Vaikka ne puhdistettaisiin juottamisen jälkeen, juoksukkeiden vaikutusta liitosten korroosionkestävyyteen ei voida täysin poistaa.

2. Juotosmateriaali

(1) Alumiinin ja alumiiniseosten juottaminen on harvoin käytetty menetelmä, koska juotteen lisäainemetallin ja perusmetallin koostumus ja elektrodipotentiaali ovat hyvin erilaiset, mikä aiheuttaa helposti liitoksen sähkökemiallista korroosiota. Pehmeäjuottamisessa käytetään pääasiassa sinkkipohjaista juotetta ja tina-lyijypohjaista juotetta, jotka voidaan jakaa matalan lämpötilan juotteeseen (150 ~ 260 ℃), keskilämpötilan juotteeseen (260 ~ 370 ℃) ja korkean lämpötilan juotteeseen (370 ~ 430 ℃) lämpötila-alueen mukaan. Kun käytetään tina-lyijypohjaista juotetta ja alumiinipinnalle on esipinnoitettu kuparia tai nikkeliä juottamista varten, voidaan estää korroosiota liitoksen rajapinnassa ja parantaa liitoksen korroosionkestävyyttä.

Alumiinin ja alumiiniseosten juottamista käytetään laajalti, kuten suodatinohjaimissa, höyrystimissä, jäähdyttimissä ja muissa komponenteissa. Alumiinin ja alumiiniseosten juottamiseen voidaan käyttää vain alumiinipohjaisia ​​lisäaineita, joista alumiini-piitäytteiset metallit ovat yleisimmin käytettyjä. Juotettujen liitosten erityinen käyttöalue ja leikkauslujuus on esitetty taulukoissa 8 ja 9. Tämän juotteen sulamispiste on kuitenkin lähellä perusmetallin sulamispistettä, joten lämmityslämpötilaa on juottamisen aikana valvottava tarkasti, jotta vältetään perusmetallin ylikuumeneminen tai jopa sulaminen.

Taulukko 8 Alumiinin ja alumiiniseosten juotoslisäaineiden käyttöalue

Taulukko 9 Alumiini- ja alumiiniseosliitosten leikkauslujuus, jotka on juotettu alumiini-pii-lisäainemetalleilla

Alumiini-piijuote toimitetaan yleensä jauheen, tahnan, langan tai levyn muodossa. Joissakin tapauksissa käytetään juotekomposiittilevyjä, joissa ydin on alumiini ja kuori alumiini-piijuote. Tällainen juotekomposiittilevy valmistetaan hydraulisella menetelmällä ja sitä käytetään usein juotoskomponenttien osana. Juottamisen aikana komposiittilevyn juotoslisäaine sulaa ja virtaa kapillaarin ja painovoiman vaikutuksesta täyttäen liitosraon.

(2) Alumiinin ja alumiiniseosten juottamiseen käytetään usein juoksutetta ja suojakaasua. Kalvon poistamiseen käytetään usein erityistä juoksutetta. Trietanoliamiinipohjaista orgaanista juoksutetta, kuten fs204:ää, käytetään matalan lämpötilan pehmeäjuotteiden kanssa. Tämän juoksuttimen etuna on, että sillä on vähäinen korroosiovaikutus perusmetalliin, mutta se tuottaa suuren määrän kaasua, joka vaikuttaa juotteen kostutukseen ja tiivistykseen. Sinkkikloridiin perustuvaa reaktiivista juoksutetta, kuten fs203:a ja fs220a:ta, käytetään keskilämpötilan ja korkean lämpötilan pehmeäjuotteiden kanssa. Reaktiivinen juoksute on erittäin syövyttävää, ja sen jäännökset on poistettava juottamisen jälkeen.

Tällä hetkellä alumiinin ja alumiiniseosten juottamisessa käytetään edelleen pääasiassa juoksutekalvon poistoa. Käytettäviä juotosjuotteita ovat kloridipohjaiset ja fluoridipohjaiset juoksutteet. Kloridipohjaisella juoksuttimella on vahva kyky poistaa oksidikalvoa ja hyvä juoksevuus, mutta sillä on suuri korroosiovaikutus perusmetalliin. Sen jäännökset on poistettava kokonaan juottamisen jälkeen. Fluoripohjainen juoksute on uudentyyppinen juoksute, jolla on hyvä kalvonpoistokyky eikä se aiheuta korroosiota perusmetalliin. Sillä on kuitenkin korkea sulamispiste ja huono lämmönkestävyys, ja sitä voidaan käyttää vain alumiini-piijuotteiden kanssa.

Alumiinin ja alumiiniseosten juottamisessa käytetään usein tyhjiötä, neutraalia tai inerttiä ilmakehää. Tyhjiökuitoksessa tyhjiöasteen on yleensä oltava luokkaa 10-3pa. Kun suojaukseen käytetään typpeä tai argonkaasua, sen puhtauden on oltava erittäin korkea ja kastepisteen on oltava alle -40 ℃.

3. Juotostekniikka

Alumiinin ja alumiiniseosten juottamisessa työkappaleen pinnan puhdistukselle on asetettava korkeat vaatimukset. Hyvän laadun saavuttamiseksi pinnan öljytahrat ja oksidikalvo on poistettava ennen juottamista. Poista öljytahrat pinnalta Na2CO3-vesiliuoksella 60–70 ℃:n lämpötilassa 5–10 minuutin ajan ja huuhtele sitten puhtaalla vedellä. Pinnan oksidikalvo voidaan poistaa syövyttämällä sitä NaOH-vesiliuoksella 20–40 ℃:n lämpötilassa 2–4 ​​minuutin ajan ja pesemällä sitten kuumalla vedellä. Kun öljytahrat ja oksidikalvo on poistettu pinnalta, työkappaletta käsitellään kiillon aikaansaamiseksi HNO3-vesiliuoksella 2–5 minuutin ajan, puhdistetaan sitten juoksevalla vedellä ja lopuksi kuivataan. Näillä menetelmillä käsiteltyä työkappaletta ei saa koskea eikä saastuttaa muulla lialla, ja se on juotettava 6–8 tunnin kuluessa. On parempi juottaa heti, jos mahdollista.

Alumiinin ja alumiiniseosten juotosmenetelmiin kuuluvat pääasiassa liekkijuotto, juotosraudan juottaminen ja uunijuotto. Näissä menetelmissä juottamisessa käytetään yleensä juoksutetta, ja niillä on tiukat vaatimukset lämmityslämpötilalle ja pitoajalle. Liekkijuottamisen ja juotosraudan juottamisen aikana on vältettävä juoksuteen lämmittämistä suoraan lämmönlähteellä, jotta juoksute ei ylikuumene ja rikkoudu. Koska alumiini voi liueta pehmeään juotteeseen, jossa on paljon sinkkiä, lämmitys on lopetettava liitoksen muodostumisen jälkeen, jotta vältetään perusmetallin korroosio. Joissakin tapauksissa alumiinin ja alumiiniseosten juottamisessa ei joskus käytetä juoksutetta, vaan käytetään ultraääni- tai kaapimista kalvon poistamiseksi. Kun juotoskalvoa kaavitaan, työkappale kuumennetaan ensin juotoslämpötilaan ja sitten työkappaleen juotettava osa kaavitaan juotostangon (tai kaavintatyökalun) päällä. Pinnan oksidikalvon rikkoutuessa juotteen pää sulaa ja kastelee perusmetallin.

Alumiinin ja alumiiniseosten juotosmenetelmiin kuuluvat pääasiassa liekkijuotto, uunijuotto, upotusjuotto, tyhjiöjuotto ja kaasusuojattu juotto. Liekkijuottoa käytetään enimmäkseen pienten työkappaleiden ja yksittäisten kappaleiden tuotannossa. Jotta vältetään asetyleenin epäpuhtauksien ja juoksuttimen välisen kosketuksen aiheuttama juoksuttimen vaurioituminen asetyleenin epäpuhtauksien ja juoksuttimen välillä, on tarkoituksenmukaista käyttää hieman ohennettavaa bensiinipaineilmaliekkiä perusmetallin hapettumisen estämiseksi. Erityisjuottamisen aikana juotosaine ja lisäaine voidaan asettaa juotettavaan kohtaan etukäteen ja lämmittää samanaikaisesti työkappaleen kanssa. Työkappale voidaan myös lämmittää ensin juottolämpötilaan, ja sitten juoksutteeseen kastettu juote voidaan lähettää juotoskohtaan. Kun juoksute ja lisäaine ovat sulaneet, lämmitysliekki poistetaan hitaasti, kun lisäaine on tasaisesti täytetty.

Kun alumiinia ja alumiiniseosta juotetaan ilmauunissa, juotosaine on esiasetettava ja juotosaine sulatetaan tislatussa vedessä paksuksi liuokseksi, jonka pitoisuus on 50–75 %, ja sitten se päällystetään tai suihkutetaan juotospinnalle. Juotosaineelle ja juotospinnalle voidaan levittää sopiva määrä jauhemaista juotosainetta, ja sitten koottu hitsausrakenne asetetaan uuniin lämmitysjuottamista varten. Perusmetallin ylikuumenemisen tai jopa sulamisen estämiseksi lämmityslämpötilaa on valvottava tarkasti.

Alumiinin ja alumiiniseosten upotusjuottamiseen käytetään yleensä tahnaa tai foliota. Koottu kappale on esilämmitettävä ennen juottamista lähelle juotoslämpötilaa, minkä jälkeen se on upotettava juotosfluksiin juottamista varten. Juottamisen aikana juotoslämpötilaa ja -aikaa on valvottava tarkasti. Jos lämpötila on liian korkea, perusmetalli liukenee helposti ja juote katoaa helposti. Jos lämpötila on liian alhainen, juote ei sula tarpeeksi ja juotosnopeus hidastuu. Juotoslämpötila on määritettävä perusmetallin tyypin ja koon, lisäainemetallin koostumuksen ja sulamispisteen mukaan, ja se on yleensä lisäainemetallin likviduslämpötilan ja perusmetallin soliduslämpötilan välillä. Työkappaleen upotusajan juoksutusliuokseen on varmistettava, että juote voi sulaa ja virrata kokonaan, eikä tukiajan tulisi olla liian pitkä. Muuten juotteen piielementti voi diffundoitua perusmetalliin, mikä tekee perusmetallista hauraan sauman lähellä.

Alumiinin ja alumiiniseosten tyhjiöjuottamisessa käytetään usein metallin toimintaa edistäviä aktivaattoreita alumiinin pinnan oksidikalvon muokkaamiseen ja juotteen kostutuksen ja leviämisen varmistamiseen. Magnesiumia voidaan käyttää suoraan työkappaleeseen hiukkasten muodossa tai se voidaan syöttää juotosalueelle höyryn muodossa, tai magnesiumia voidaan lisätä alumiinipiijuotteeseen seosaineena. Monimutkaisissa työkappaleissa käytetään usein paikallisia suojaustoimenpiteitä, jotta magnesiumhöyryllä olisi täysi vaikutus perusmetalliin ja juotoksen laatu paranisi. Työkappale asetetaan ensin ruostumattomasta teräksestä valmistettuun laatikkoon (yleisesti tunnettu prosessilaatikkona) ja sitten tyhjiöuuniin juottamista varten. Tyhjiökohotetut alumiini- ja alumiiniseosliitokset ovat sileitä ja tiiviit, eikä niitä tarvitse puhdistaa juottamisen jälkeen. Tyhjiökohotuslaitteet ovat kuitenkin kalliita, ja magnesiumhöyry saastuttaa uunin vakavasti, joten ne on puhdistettava ja huollettava usein.

Alumiinia ja alumiiniseoksia juotettaessa neutraalissa tai inertissä ilmakehässä voidaan kalvon poistamiseen käyttää magnesiumaktivaattoria tai -fluksiä. Kun kalvon poistamiseen käytetään magnesiumaktivaattoria, tarvittavan magnesiumin määrä on paljon pienempi kuin tyhjiöjuottamisessa. Yleensä w (mg) on ​​noin 0,2–0,5 %. Kun magnesiumpitoisuus on korkea, liitoksen laatu heikkenee. NOCOLOK-juotosmenetelmä, jossa käytetään fluoridifluxia ja typpisuojausta, on uusi menetelmä, joka on kehittynyt nopeasti viime vuosina. Koska fluoridifluxin jäännökset eivät ime kosteutta eivätkä ole syövyttäviä alumiinille, fluksin jäämien poistaminen juottamisen jälkeen voidaan jättää pois. Typen suojassa tarvitsee päällystää vain pieni määrä fluoridifluxia, lisäainemetalli voi kostuttaa perusmetallin hyvin ja on helppo saada korkealaatuisia juotettuja liitoksia. Tällä hetkellä tätä NOCOLOK-juotosmenetelmää on käytetty alumiinipatterien ja muiden komponenttien massatuotannossa.

Alumiinin ja alumiiniseosten, jotka on juotettu muulla kuin fluoridijuoksutteella, juotosjäännös on poistettava kokonaan juottamisen jälkeen. Alumiinin orgaanisen juotosjäännös voidaan pestä orgaanisilla liuoksilla, kuten metanolilla ja trikloorietyleenillä, neutraloida natriumhydroksidin vesiliuoksella ja lopuksi puhdistaa kuumalla ja kylmällä vedellä. Kloridi on alumiinin juotosjäännös, joka voidaan poistaa seuraavilla menetelmillä: Liota ensin kuumassa vedessä 60–80 ℃:ssa 10 minuuttia, puhdista juotettu liitos huolellisesti harjalla ja lopuksi kylmällä vedellä. Liota sitten 15-prosenttisessa typpihapon vesiliuoksessa 30 minuuttia ja huuhtele lopuksi kylmällä vedellä.