Пайка в вакууме и парах легкоиспаряемых металлов

Пайку в вакууме обычно применяют для изделий из материалов, чувствительных к перегреву в защитно-восстановительных газах или взаимодействующих с флюсами. В вакууме паяют конструкции, имеющие труднодоступные полости, а также для исключения коррозии, создаваемой остатками флюсов. В ряде случаев пайка в вакууме более экономична, чем другие виды пайки.

Известно, что при нагревании стойкость окислов металлов снижается. Однако температура полной диссоциации окислов настолько высока, что достичь ее при температурах пайки и современного вакуумного оборудования не удается. В табл. 18 приведены значения вакуума, необходимого для диссоциации некоторых окислов при температуре 1150 °С. При пайке в высоком вакууме следует учитывать испарение металлов. Особенно это касается таких металлов, как цинк, кадмий, марганец и магний. Чем выше вакуум, тем ниже температура, при которой начинается испарение металла. В табл. 19 приведены значения температур, при которых начинается заметное испарение элементов в вакууме до плавления.

18. Значения вакуума, необходимого для диссоциации некоторых окислов при температуре 1150 °С

19. Температура заметного испарения некоторых элементов в вакууме

В вакууме испаряются не только металлы, но и их окислы, что способствует осуществлению процесса пайки. Например, окислы V₂O₅ и МoO₂ испаряются в вакууме 1,33*10^-3 Па при температурах 1000 ... 1300 °С, Cr₂O₃ - при температуре 1000 °С, МoO₃ - при температуре 550 °С и WO₂ - при температуре 800 °С. На практике удается паять в вакууме 1,33*10^-2 Па многие металлы и сплавы благодаря растворению окислов в паяемом металле. Например, окисная пленка на титане растворяется при температуре выше 700 °С. Поэтому титан успешно паяют в вакууме 1,33 ... 1,33 * 10^-2 Па при температуре около 1000 °С. Оптимальный вакуум для медных изделий, идущих на изготовление электровакуумных приборов, составляет 0,133 Па. Пайку производят с использованием припоев на основе серебра ПСр 72, ПСр 50.

Коррозионно-стойкие стали и жаропрочные сплавы, имеющие стойкие окислы, предварительно покрывают слоем никеля толщиной 13 ... 15 мкм. Глубина вакуумирования - 1,33 * 10^-2 ... 1,33 * 10^-3 Па. Молибден с молибденом или с другими металлами и сплавами, например с медью, никелем, коррозионно-стойкой сталью, можно паять в вакууме 1,33 * 10^-2 ... 1,33 * 10^-3 Па. Положительные результаты получены при пайке бериллия в вакууме 1,33 * 10^-3 ... 1,33 * 10^-4 Па.

Пайка в парах металлов имеет ограниченное применение. При вакуумной пайке труднопаяемых металлов, например алюминия, можно использовать пары легкоиспаряемых элементов, таких, как магний, цинк, литий и др. При пайке в парах металлов в контейнер с изделием вводится некоторое количество легкоиспаряемого металла. После предварительного вакуумирования и нагрева контейнера пары легкоиспаряемого металла связывают весь свободный кислород, имеющийся в камере. Поскольку парциальное давление кислорода резко снижается, начинается диссоциация окислов, находящихся на поверхности паяемого изделия. Свободные частицы газообразного металла растворяются в поверхностном слое металла изделия, образуя сплав, который при определенной температуре расплавляется и затекает в зазор. Наибольшее распространение этот метод получил при пайке алюминия и его сплавов. В качестве легкоиспаряемого металла используют магний.

Технологический процесс пайки алюминия в парах магния заключается в следующем.

1. Поверхность алюминиевой детали покрывают слоем меди толщиной 10 ... 12 мкм любым из известных способов. Возможно покрытие и другими металлами - никелем, серебром.

2. Паяемые детали устанавливают в контейнер с предварительно помещенными в него навесками магния (вместо чистого магния можно использовать его сплавы).

3. В камере пайки создается вакуум до 1,33 *10^-3 Па.

4. Контейнер нагревается до температуры пайки при непрерывном удалении выделяющихся газов.

5. При температуре порядка 570 °С алюминий с медным покрытием и газообразным магнием образует эвтектику, которая служит припоем при соединении элементов паяемого изделия.

При пайке сталей с использованием паров активных металлов, таких, как цинк, марганец, литий, кроме вакуума можно применять защитные газы (азот, углекислый газ). Например, пайка коррозионно-стойкой стали Х18Н10Т припоем ПСр72 осуществляется в парах лития при давлении 13,3 гПа при температуре менее 900 °С. Применение паров марганца позволяет проводить пайку конструкционных и коррозионно-стойких сталей в низком вакууме 1,3 * 10^-1 ... 1,3 * 10^-3 гПа при температуре 940 °С припоями систем медь-марганец и медь-никель-марганец. Пары цинка позволяют осуществить бесфлюсовую пайку латунью без испарения цинка из припоя в атмосфере азота или углекислого газа низколегированных сталей, например марок 40Х, 30ХГСА при температуре 910 ... 920 °С.

Источник публикации: autowelding.ru - Справочник по пайке. Под ред. И.Е. Петрунина.