1. Soldeerbaarheid
De soldeereigenschappen van aluminium en aluminiumlegeringen zijn slecht, voornamelijk omdat de oxidefilm op het oppervlak moeilijk te verwijderen is. Aluminium heeft een grote affiniteit voor zuurstof. Hierdoor vormt zich gemakkelijk een dichte, stabiele oxidefilm (Al₂O₃) met een hoog smeltpunt op het oppervlak. Tegelijkertijd vormen aluminiumlegeringen die magnesium bevatten ook een zeer stabiele oxidefilm (MgO). Deze films belemmeren de bevochtiging en verspreiding van het soldeer aanzienlijk en zijn moeilijk te verwijderen. Tijdens het solderen kan het proces alleen worden uitgevoerd met een geschikt vloeimiddel.
Ten tweede is het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen een lastige klus. Het smeltpunt van aluminium en aluminiumlegeringen verschilt niet veel van dat van het gebruikte soldeermateriaal. Het temperatuurbereik voor solderen is daardoor erg smal. Een kleine onnauwkeurigheid in de temperatuurregeling kan gemakkelijk leiden tot oververhitting of zelfs smelten van het basismetaal, waardoor het soldeerproces moeilijk wordt. Sommige aluminiumlegeringen die door warmtebehandeling zijn versterkt, kunnen tijdens het solderen ook verzachtingsverschijnselen vertonen, zoals oververoudering of gloeien, wat de eigenschappen van de gesoldeerde verbindingen vermindert. Tijdens het vlamsolderen is het lastig om de temperatuur nauwkeurig te bepalen, omdat de kleur van de aluminiumlegering tijdens het verwarmen niet verandert. Dit stelt hogere eisen aan de vaardigheden van de operator.
Bovendien wordt de corrosiebestendigheid van gesoldeerde verbindingen van aluminium en aluminiumlegeringen gemakkelijk beïnvloed door vulmetalen en fluxmiddelen. De elektrodepotentiaal van aluminium en aluminiumlegeringen verschilt aanzienlijk van die van soldeer, wat de corrosiebestendigheid van de verbinding vermindert, met name bij zachtsoldeerverbindingen. Daarnaast zijn de meeste fluxmiddelen die bij het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen worden gebruikt sterk corrosief. Zelfs na reiniging na het solderen zal de invloed van de fluxmiddelen op de corrosiebestendigheid van de verbindingen niet volledig verdwijnen.
2. Soldeermateriaal
(1) Het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen is een zelden gebruikte methode, omdat de samenstelling en het elektrodepotentiaal van het soldeermateriaal en het basismetaal sterk verschillen, waardoor gemakkelijk elektrochemische corrosie van de verbinding kan optreden. Bij zacht solderen wordt hoofdzakelijk gebruikgemaakt van soldeer op zinkbasis en tin-loodsoldeer, dat kan worden onderverdeeld in soldeer voor lage temperaturen (150 ~ 260 ℃), soldeer voor middelhoge temperaturen (260 ~ 370 ℃) en soldeer voor hoge temperaturen (370 ~ 430 ℃), afhankelijk van het temperatuurbereik. Wanneer tin-loodsoldeer wordt gebruikt en koper of nikkel vooraf op het aluminiumoppervlak wordt aangebracht voor het solderen, kan corrosie aan het verbindingsvlak worden voorkomen, waardoor de corrosiebestendigheid van de verbinding wordt verbeterd.
Het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen wordt veel gebruikt, bijvoorbeeld voor filtergeleiders, verdampers, radiatoren en andere componenten. Alleen aluminiumsoldeerlegeringen kunnen worden gebruikt voor het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen, waarbij aluminiumsiliciumsoldeerlegeringen het meest worden gebruikt. Het specifieke toepassingsgebied en de afschuifsterkte van de gesoldeerde verbindingen worden respectievelijk weergegeven in tabel 8 en tabel 9. Omdat het smeltpunt van dit soldeer echter dicht bij dat van het basismetaal ligt, moet de verwarmingstemperatuur tijdens het solderen strikt en nauwkeurig worden gecontroleerd om oververhitting of zelfs smelten van het basismetaal te voorkomen.
Tabel 8: Toepassingsgebied van soldeerlegeringen voor aluminium en aluminiumlegeringen
Tabel 9: Schuifsterkte van verbindingen van aluminium en aluminiumlegeringen gesoldeerd met aluminiumsilicium 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 gemaakt met behulp van een hydraulische methode en wordt vaak gebruikt als onderdeel van gesoldeerde componenten. Tijdens het solderen smelt het soldeermateriaal op de composietplaat en vloeit het onder invloed van capillaire werking en zwaartekracht om de verbindingsopening te vullen.
(2) Vloeimiddel en beschermgas voor het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen. Vaak wordt een speciaal vloeimiddel gebruikt om de film te verwijderen. Het organische vloeimiddel op basis van triethanolamine, zoals FS204, wordt gebruikt bij zacht soldeer met een lage smelttemperatuur. Het voordeel van dit vloeimiddel is dat het weinig corrosieve werking heeft op het basismetaal, maar het produceert een grote hoeveelheid gas, wat de bevochtiging en afdichting van het soldeer beïnvloedt. Het reactieve vloeimiddel op basis van zinkchloride, zoals FS203 en FS220A, wordt gebruikt bij zacht soldeer met een gemiddelde en hoge smelttemperatuur. Het reactieve vloeimiddel is zeer corrosief en de resten ervan 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 soldeerfluxen omvatten chloride- en fluoridefluxen. Chloridefluxen hebben een sterk vermogen om oxidefilms te verwijderen en een goede vloeibaarheid, maar ze hebben een sterk corrosief effect op het basismetaal. De resten ervan moeten na het solderen volledig worden verwijderd. Fluorideflux is een nieuw type flux dat een goed filmverwijderend effect heeft en geen corrosie aan het basismetaal veroorzaakt. 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 in de orde van grootte van 10⁻³ Pa liggen. Wanneer stikstof- of argongas als bescherming wordt gebruikt, moet de zuiverheid ervan zeer hoog zijn en het dauwpunt lager 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 olievlekken en oxidefilms op het oppervlak vóór het solderen worden verwijderd. Verwijder de olievlekken met een waterige Na₂CO₃-oplossing bij een temperatuur van 60-70 °C gedurende 5-10 minuten en spoel vervolgens af met schoon water. De oxidefilm kan worden verwijderd door te etsen met een waterige NaOH-oplossing bij een temperatuur van 20-40 °C gedurende 2-4 minuten en vervolgens te wassen met heet water. Na het verwijderen van de olievlekken en oxidefilms moet het werkstuk gedurende 2-5 minuten worden behandeld met een waterige HNO₃-oplossing om het te laten glanzen, vervolgens worden afgespoeld met stromend water en ten slotte worden gedroogd. Het met deze methoden behandelde werkstuk mag niet worden aangeraakt of verontreinigd met ander vuil en moet binnen 6-8 uur worden gesoldeerd. Indien mogelijk is het beter om direct te solderen.
De belangrijkste soldeermethoden voor aluminium en aluminiumlegeringen zijn vlamsolderen, solderen met een soldeerbout en ovensolderen. Bij deze methoden wordt over het algemeen vloeimiddel gebruikt en gelden er strenge eisen voor de verwarmingstemperatuur en de verblijftijd. Tijdens vlamsolderen en solderen met een soldeerbout moet worden voorkomen dat het vloeimiddel direct door de warmtebron wordt verhit om oververhitting en uitval 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 ultrasoon of door te schrapen om de oxidefilm te verwijderen. Bij het schrapen om de film te verwijderen, moet het werkstuk eerst tot de soldeertemperatuur worden verwarmd en vervolgens met het uiteinde van de soldeerstaaf (of een schraapgereedschap) over het te solderen gedeelte van het werkstuk worden geschraapt. Tijdens het doorbreken van de oppervlakteoxidefilm smelt het uiteinde van het soldeer en bevochtigt het het basismetaal.
De belangrijkste soldeermethoden voor aluminium en aluminiumlegeringen zijn vlamsolderen, ovensolderen, dompelsolderen, vacuümsolderen en gasbeschermd solderen. Vlamsolderen wordt vooral gebruikt voor kleine werkstukken en enkelstuksproductie. Om te voorkomen dat het vloeimiddel loslaat door contact met onzuiverheden in acetyleen bij gebruik van een oxyacetyleenvlam, is het raadzaam om een benzine-persluchtvlam met een lage reducerende werking te gebruiken om oxidatie van het basismetaal te voorkomen. Tijdens het solderen kunnen het vloeimiddel en het vulmetaal vooraf op de soldeerplaats worden aangebracht en tegelijk met het werkstuk worden verwarmd; het werkstuk kan ook eerst tot de soldeertemperatuur worden verwarmd, waarna het met vloeimiddel doordrenkte soldeer naar de soldeerplaats kan worden gebracht; nadat het vloeimiddel en het vulmetaal zijn gesmolten, moet de verwarmingsvlam langzaam worden verwijderd nadat het vulmetaal gelijkmatig is verdeeld.
Bij het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen in een heteluchtoven moet het soldeermateriaal vooraf worden bepaald. Het soldeervloeimiddel moet in gedestilleerd water worden gesmolten tot een dikke oplossing met een concentratie van 50% tot 75%, die vervolgens op het soldeeroppervlak wordt aangebracht door middel van coating of spuiten. Een geschikte hoeveelheid soldeervloeimiddelpoeder kan ook op het soldeermateriaal en het soldeeroppervlak worden aangebracht. Vervolgens wordt het geheel in de oven geplaatst om te solderen. Om oververhitting of zelfs smelten van het basismetaal te voorkomen, moet de verwarmingstemperatuur nauwkeurig worden gecontroleerd.
Voor het dompelsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen wordt over het algemeen soldeerpasta of -folie gebruikt. Het geassembleerde werkstuk moet vóór het solderen worden voorverwarmd tot een temperatuur die dicht bij de soldeertemperatuur ligt, waarna het in soldeervloeistof wordt ondergedompeld. Tijdens het solderen moeten de temperatuur en de soldeertijd nauwlettend worden gecontroleerd. Bij een te hoge temperatuur lost het basismetaal gemakkelijk op en gaat het soldeer verloren; bij een te lage temperatuur smelt het soldeer onvoldoende en neemt de soldeersnelheid af. De soldeertemperatuur moet worden bepaald aan de hand van het type en de grootte van het basismetaal, de samenstelling en het smeltpunt van het vulmetaal, en ligt over het algemeen tussen de liquidustemperatuur van het vulmetaal en de solidustemperatuur van het basismetaal. De onderdompeltijd van het werkstuk in het soldeervloeistofbad moet ervoor zorgen dat het soldeer volledig kan smelten en vloeien, en de onderdompeltijd mag niet te lang zijn. Anders kan het silicium in het soldeer in het basismetaal diffunderen, waardoor het basismetaal in de buurt van de lasnaad broos wordt.
Bij vacuümsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen worden vaak metaalactivatoren gebruikt om de oppervlakteoxidefilm van aluminium te modificeren en de bevochtiging en spreiding 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. Voor werkstukken met een complexe structuur worden vaak lokale afschermingsmaatregelen genomen om het volledige effect van de magnesiumdamp op het basismetaal te garanderen en de soldeerkwaliteit te verbeteren. Dit houdt in dat het werkstuk eerst in een roestvrijstalen doos (ook wel proceskast genoemd) wordt geplaatst en vervolgens in een vacuümoven wordt verwarmd voor het solderen. Vacuümgesoldeerde aluminium- en aluminiumlegeringsverbindingen hebben een glad oppervlak en dichte soldeerverbindingen en hoeven na het solderen niet te worden gereinigd. De vacuümsoldeerapparatuur is echter duur en de magnesiumdamp vervuilt de oven ernstig, waardoor frequent reinigen en onderhoud noodzakelijk is.
Bij het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen in een neutrale of inerte atmosfeer kan magnesiumactivator of flux 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 ligt w (mg) rond de 0,2% tot 0,5%. Een hoog magnesiumgehalte kan de kwaliteit van de verbinding verminderen. De NOCOLOK-soldeermethode met fluorideflux en stikstofbescherming is een nieuwe methode die zich de laatste jaren snel heeft ontwikkeld. Omdat de resten van de fluorideflux geen vocht absorberen en niet corrosief zijn voor aluminium, kan het verwijderen van fluxresten na het solderen worden overgeslagen. Onder stikstofbescherming hoeft slechts een kleine hoeveelheid fluorideflux te worden aangebracht, waardoor het vulmetaal het basismetaal goed kan bevochtigen en gemakkelijk hoogwaardige soldeerverbindingen kunnen worden verkregen. Deze NOCOLOK-soldeermethode wordt momenteel veelvuldig gebruikt bij de massaproductie van aluminium radiatoren en andere componenten.
Bij het solderen van aluminium en aluminiumlegeringen met een ander fluxmiddel dan fluoride, moet het fluxresidu na het solderen volledig worden verwijderd. Resten van organisch soldeerflux voor aluminium kunnen worden weggewassen met organische oplossingen zoals methanol en trichloorethyleen, geneutraliseerd met een waterige natriumhydroxideoplossing en ten slotte gereinigd met warm en koud water. Chloride is een residu van soldeerflux voor aluminium dat op de volgende manier kan worden verwijderd: Ten eerste, laat het soldeerpunt 10 minuten weken in heet water van 60-80 °C, verwijder de resten voorzichtig met een borstel en spoel het af met koud water; vervolgens laat u het 30 minuten weken in een 15% salpeterzuuroplossing en spoelt u het ten slotte af met koud water.
Geplaatst op: 13 juni 2022