1. Soldeerbaarheid
De soldeereigenschappen van aluminium en aluminiumlegeringen zijn slecht, voornamelijk omdat de oxidelaag op het oppervlak moeilijk te verwijderen is. Aluminium heeft een grote affiniteit met zuurstof. Het vormt gemakkelijk een dichte, stabiele oxidelaag (Al2O3) met een hoog smeltpunt op het oppervlak. Tegelijkertijd vormen aluminiumlegeringen die magnesium bevatten ook een zeer stabiele oxidelaag (MgO). Ze belemmeren de bevochtiging en verspreiding van soldeer aanzienlijk. En ze zijn moeilijk te verwijderen. Tijdens het solderen kan het soldeerproces alleen worden uitgevoerd met de juiste vloeimiddel.
Ten tweede is het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen moeilijk. Het smeltpunt van aluminium en aluminiumlegeringen verschilt niet veel van dat van het gebruikte soldeermateriaal. Het optionele temperatuurbereik voor solderen is zeer beperkt. Een kleine, onjuiste temperatuurregeling kan gemakkelijk oververhitting of zelfs smelten van het basismetaal veroorzaken, wat het soldeerproces bemoeilijkt. Sommige aluminiumlegeringen die door warmtebehandeling zijn versterkt, veroorzaken ook verwekingsverschijnselen zoals oververoudering of gloeien als gevolg van soldeerverhitting, wat de eigenschappen van de soldeerverbindingen vermindert. Bij vlamsolderen is het moeilijk om de temperatuur te beoordelen, omdat de kleur van de aluminiumlegering niet verandert tijdens het verwarmen, wat ook de eisen aan het bedieningsniveau van de operator verhoogt.
Bovendien wordt de corrosiebestendigheid van gesoldeerde verbindingen van aluminium en aluminiumlegeringen gemakkelijk beïnvloed door toevoegmaterialen en vloeimiddelen. Het elektrodepotentiaal van aluminium en aluminiumlegeringen verschilt aanzienlijk van dat van soldeer, wat de corrosiebestendigheid van de verbinding vermindert, met name bij zachtsoldeerverbindingen. Bovendien hebben de meeste vloeimiddelen die worden gebruikt bij het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen een sterke corrosiviteit. Zelfs als ze na het solderen worden gereinigd, zal de invloed van vloeimiddelen op de corrosiebestendigheid van de verbindingen niet volledig worden geëlimineerd.
2. Soldeermateriaal
(1) Het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen is een weinig gebruikte methode, omdat de samenstelling en het elektrodepotentiaal van het soldeermateriaal en het basismetaal sterk verschillen, waardoor elektrochemische corrosie van de verbinding gemakkelijk kan ontstaan. Zacht solderen wordt voornamelijk uitgevoerd met zinksoldeer en tin-loodsoldeer, dat, afhankelijk van het temperatuurbereik, kan worden onderverdeeld in laagtemperatuursoldeer (150 ~ 260 °C), mediumtemperatuursoldeer (260 ~ 370 °C) en hoogtemperatuursoldeer (370 ~ 430 °C). Wanneer tin-loodsoldeer wordt gebruikt en koper of nikkel vooraf op het aluminiumoppervlak wordt aangebracht voor het solderen, kan corrosie aan de verbindingsinterface worden voorkomen en zo de corrosiebestendigheid van de verbinding worden verbeterd.
Het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen wordt veel gebruikt, bijvoorbeeld voor filtergeleiders, verdampers, radiatoren en andere componenten. Alleen aluminiumgebaseerde toevoegmaterialen kunnen worden gebruikt voor het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen, waarvan aluminiumsiliciumtoevoegmaterialen de meest gebruikte zijn. Het specifieke toepassingsgebied en de schuifsterkte van gesoldeerde verbindingen worden weergegeven in respectievelijk tabel 8 en tabel 9. Het smeltpunt van dit soldeer ligt echter dicht bij dat van het basismetaal, dus de verwarmingstemperatuur moet tijdens het solderen strikt en nauwkeurig worden gecontroleerd om oververhitting of zelfs smelten van het basismetaal te voorkomen.
Tabel 8 Toepassingsgebied van soldeervulmetalen voor aluminium en aluminiumlegeringen
Tabel 9 Schuifsterkte van aluminium- en aluminiumlegeringverbindingen gesoldeerd met aluminium-silicium vulmetalen
Aluminiumsiliciumsoldeer wordt meestal geleverd in de vorm van poeder, pasta, draad of plaat. In sommige gevallen worden soldeercomposietplaten gebruikt met aluminium als kern en aluminiumsiliciumsoldeer als bekleding. Dit type soldeercomposietplaat wordt hydraulisch vervaardigd en wordt vaak gebruikt als onderdeel van soldeercomponenten. Tijdens het solderen smelt het soldeermateriaal op de composietplaat en stroomt onder invloed van capillair en zwaartekracht om de voegspleet op te vullen.
(2) Vloeimiddel en beschermgas voor het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen. Speciaal vloeimiddel wordt vaak gebruikt om de film te verwijderen. Organisch vloeimiddel op basis van triethanolamine, zoals FS204, wordt gebruikt met zachtsoldeer bij lage temperaturen. Het voordeel van dit vloeimiddel is dat het weinig corrosie-effect heeft op het basismetaal, maar het produceert wel een grote hoeveelheid gas, wat de bevochtiging en het afdichten van het soldeer beïnvloedt. Reactief vloeimiddel op basis van zinkchloride, zoals FS203 en FS220A, wordt gebruikt met zachtsoldeer bij gemiddelde en hoge temperaturen. Het reactieve vloeimiddel is zeer corrosief en de resten moeten na het solderen worden verwijderd.
Momenteel wordt het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen nog steeds gedomineerd door het verwijderen van de fluxfilm. De gebruikte soldeerflux omvat flux op basis van chloride en fluoride. Flux op basis van chloride heeft een sterk vermogen om oxidefilm te verwijderen en een goede vloeibaarheid, maar heeft een sterk corrosief effect op het basismetaal. De resten moeten na het solderen volledig worden verwijderd. Flux op basis van fluoride is een nieuw type flux met een goed filmverwijderend effect en geen corrosie van het basismetaal. Het heeft echter een hoog smeltpunt en een slechte thermische stabiliteit en kan alleen worden gebruikt met aluminiumsiliciumsoldeer.
Bij het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen wordt vaak gebruikgemaakt van een vacuüm, neutrale of inerte atmosfeer. Bij vacuümsolderen moet de vacuümgraad doorgaans 10-3 Pa bedragen. Wanneer stikstof of argongas als bescherming wordt gebruikt, moet de zuiverheid ervan zeer hoog zijn en moet het dauwpunt lager zijn dan -40 °C.
3. Soldeertechnologie
Het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen stelt hoge eisen aan de reiniging van het werkstukoppervlak. Om een goede kwaliteit te verkrijgen, moeten de olievlekken en oxidefilm op het oppervlak worden verwijderd vóór het solderen. Verwijder de olievlekken op het oppervlak met een Na2CO3-oplossing in water bij een temperatuur van 60 ~ 70 ℃ gedurende 5 ~ 10 minuten en spoel vervolgens af met schoon water; de oxidefilm op het oppervlak kan worden verwijderd door te etsen met een NaOH-oplossing in water bij een temperatuur van 20 ~ 40 ℃ gedurende 2 ~ 4 minuten en vervolgens te wassen met heet water; Nadat de olievlekken en oxidefilm op het oppervlak zijn verwijderd, wordt het werkstuk behandeld met een HNO3-oplossing in water voor glans gedurende 2 ~ 5 minuten, vervolgens gereinigd onder stromend water en ten slotte gedroogd. Het met deze methoden behandelde werkstuk mag niet worden aangeraakt of verontreinigd met ander vuil en moet binnen 6 ~ 8 uur worden gesoldeerd. Het is beter om indien mogelijk direct te solderen.
De soldeermethoden voor aluminium en aluminiumlegeringen omvatten voornamelijk vlam-, soldeerbout- en ovensolderen. Deze methoden maken over het algemeen gebruik van vloeimiddel bij het solderen en stellen strenge eisen aan de verwarmingstemperatuur en de houdtijd. Vermijd tijdens vlam- en soldeerboutsolderen het direct verwarmen van het vloeimiddel door de warmtebron om oververhitting en breuk te voorkomen. Omdat aluminium kan oplossen in zacht soldeer met een hoog zinkgehalte, moet het verwarmen worden gestopt zodra de verbinding is gevormd om corrosie van het basismetaal te voorkomen. In sommige gevallen wordt bij het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen geen vloeimiddel gebruikt, maar worden ultrasone of schrapende methoden gebruikt om de film te verwijderen. Bij het schrapen om de film te verwijderen voor het solderen, verwarmt u eerst het werkstuk tot de soldeertemperatuur en schraapt u vervolgens het soldeergedeelte van het werkstuk af met het uiteinde van de soldeerstaaf (of schraapgereedschap). Terwijl de oxidefilm op het oppervlak wordt verbroken, smelt het uiteinde van het soldeer en bevochtigt het basismetaal.
Soldeermethoden voor aluminium en aluminiumlegeringen omvatten voornamelijk vlamsolderen, ovensolderen, dompelsolderen, vacuümsolderen en gasbeschermd solderen. Vlamsolderen wordt meestal gebruikt voor kleine werkstukken en de productie van enkelstuks. Om te voorkomen dat het vloeimiddel faalt door contact tussen de onzuiverheden in acetyleen en het vloeimiddel bij gebruik van een autogeenvlam, is het raadzaam om een vlam met benzineperslucht te gebruiken met een lichte reduceerbaarheid om oxidatie van het basismetaal te voorkomen. Tijdens specifiek solderen kunnen het soldeervloeimiddel en het toevoegmateriaal vooraf op de soldeerplaats worden aangebracht en tegelijkertijd met het werkstuk worden verwarmd; het werkstuk kan ook eerst tot de soldeertemperatuur worden verwarmd, waarna het met vloeimiddel bevochtigde soldeer naar de soldeerpositie kan worden gebracht; nadat het vloeimiddel en het toevoegmateriaal zijn gesmolten, moet de verwarmingsvlam langzaam worden verwijderd nadat het toevoegmateriaal gelijkmatig is gevuld.
Bij het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen in een heteluchtoven moet het soldeermateriaal vooraf worden ingesteld en moet de soldeerflux in gedestilleerd water worden gesmolten tot een dikke oplossing met een concentratie van 50% tot 75%. Deze moet vervolgens worden gecoat of gespoten op het soldeeroppervlak. Een geschikte hoeveelheid poedervormige soldeerflux kan ook worden aangebracht op het soldeermateriaal en het soldeeroppervlak. Vervolgens wordt het geassembleerde laswerk in de oven geplaatst om te worden verhit. Om oververhitting of zelfs smelten van het basismetaal te voorkomen, moet de verwarmingstemperatuur strikt worden gecontroleerd.
Pasta- of foliesoldeer wordt over het algemeen gebruikt voor het dompelsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen. Het geassembleerde werkstuk wordt vóór het solderen voorverwarmd om de temperatuur ervan dicht bij de soldeertemperatuur te brengen en vervolgens ondergedompeld in soldeervloeimiddel om te solderen. Tijdens het solderen moeten de soldeertemperatuur en soldeertijd strikt worden gecontroleerd. Als de temperatuur te hoog is, lost het basismetaal gemakkelijk op en gaat het soldeer gemakkelijk verloren; als de temperatuur te laag is, smelt het soldeer niet voldoende en neemt de soldeersnelheid af. De soldeertemperatuur wordt bepaald op basis van het type en de grootte van het basismetaal, de samenstelling en het smeltpunt van het toevoegmateriaal en ligt over het algemeen tussen de liquidustemperatuur van het toevoegmateriaal en de solidustemperatuur van het basismetaal. De dompeltijd van het werkstuk in het vloeimiddelbad moet ervoor zorgen dat het soldeer volledig kan smelten en vloeien, en de ondersteuningstijd mag niet te lang zijn. Anders kan het siliciumelement in het soldeer diffunderen in het basismetaal, waardoor het basismetaal nabij de lasnaad broos wordt.
Bij vacuümsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen worden vaak metaalactivatoren gebruikt om de oxidelaag van het aluminiumoppervlak te modificeren en de bevochtiging en verspreiding van het soldeer te garanderen. Magnesium kan direct op het werkstuk worden aangebracht in de vorm van deeltjes, of in de vorm van stoom in de soldeerzone worden gebracht, of magnesium kan als legeringselement aan het aluminiumsiliciumsoldeer worden toegevoegd. Om het volledige effect van magnesiumdamp op het basismetaal te garanderen en de soldeerkwaliteit te verbeteren, worden voor werkstukken met een complexe structuur vaak lokale afschermingsmaatregelen genomen. Dit houdt in dat het werkstuk eerst in een roestvrijstalen kist (algemeen bekend als de proceskist) wordt geplaatst en vervolgens in een vacuümoven wordt geplaatst voor het verhitten van het soldeerwerk. Vacuümgesoldeerde aluminium en aluminiumlegeringen hebben een glad oppervlak en dichte soldeerverbindingen en hoeven na het solderen niet te worden gereinigd. Vacuümsoldeerapparatuur is echter duur en de magnesiumdamp vervuilt de oven ernstig, waardoor deze regelmatig moet worden gereinigd en onderhouden.
Bij het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen in een neutrale of inerte atmosfeer kan magnesiumactivator of -vloeimiddel worden gebruikt om de film te verwijderen. Wanneer magnesiumactivator wordt gebruikt om de film te verwijderen, is de benodigde hoeveelheid magnesium veel lager dan bij vacuümsolderen. Over het algemeen bedraagt w (mg) ongeveer 0,2% ~ 0,5%. Een hoog magnesiumgehalte zal de kwaliteit van de verbinding verminderen. De NOCOLOK-soldeermethode, waarbij gebruik wordt gemaakt van fluoridevloeimiddel en stikstofbescherming, is een nieuwe methode die zich de afgelopen jaren snel heeft ontwikkeld. Omdat het residu van de fluoridevloeimiddel geen vocht absorbeert en niet corrosief is voor aluminium, kan het verwijderen van vloeimiddelresten na het solderen achterwege blijven. Onder stikstofbescherming hoeft slechts een kleine hoeveelheid fluoridevloeimiddel te worden aangebracht, kan het vulmetaal het basismetaal goed bevochtigen en is het gemakkelijk om hoogwaardige soldeerverbindingen te verkrijgen. Momenteel wordt deze NOCOLOK-soldeermethode gebruikt bij de massaproductie van aluminium radiatoren en andere componenten.
Voor aluminium en aluminiumlegeringen die gesoldeerd zijn met een andere flux dan fluorideflux, moeten de fluxresten na het solderen volledig worden verwijderd. De resten organische soldeerflux voor aluminium kunnen worden gewassen met organische oplossingen zoals methanol en trichloorethyleen, geneutraliseerd met een oplossing van natriumhydroxide in water en tenslotte gereinigd met warm en koud water. Chloride is de rest van de soldeerflux voor aluminium, die op de volgende manieren kan worden verwijderd: Week eerst 10 minuten in heet water van 60 tot 80 °C, verwijder de resten zorgvuldig met een borstel en reinig met koud water; week vervolgens 30 minuten in een oplossing van 15% salpeterzuur in water en spoel af met koud water.
Plaatsingstijd: 13 juni 2022