автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка припоев системы Al-Si-Ge для повышения прочности паяных конструкций из алюминиевых сплавов

На правах рукописи УДК 621.791.3

Степанов Владимир Валерьевич

РАЗРАБОТКА ПРИПОЕВ СИСТЕМЫ А1-81-Се ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПАЯНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Специальность 05.03.06 «Технологии и машины сварочного производства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006 г.

Работа выполнена в «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского на кафедре «Технология сварочного производства»

Научный руководитель: доктор технических наук

Конкевич Валентин Юрьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Пашков Игорь Николаевич

кандидат технических наук Пронин Николай Сергеевич

Ведущая организация

ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ

22 июня 2006

Защита состоится__

диссертационного совета Д 212.110.05

в 14

час. на заседании «МАТИ» — Российском государственном

технологическом университете им. К.Э. Циолковского по адресу: 121552, г. Москва, ул. Оршанская, 3, ауд. 523А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «МАТИ» - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского. Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные печатью, просим высылать по указанному адресу на имя учёного секретаря диссертационного Совета.

Телефон для справок 141-94-53.

Автореферат разослан «_

2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.110.05 к.т.н., доцент

Палтиевич А.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Преимущества пайки как метода соединения деталей широко известны. Применительно к алюминию и его сплавам эти преимущества эффективно реализуются при создании таких сложных конструкций, как теплообменники, волноводы, различного рода устройства приборостроительной техники и др. В настоящее время во многом благодаря работам таких известных ученых, как Старчай Е.И., Суслов A.A., Никитинский A.M., Кургузов Н.В. разработаны технологические процессы, обеспечивающие получение качественных, надежных паяных узлов, отвечающих самым строгим требованиям в части герметичности, прочности и коррозионной стойкости.

Однако занятая пайкой ниша является достаточно узкой и за последние годы номенклатура паяемых узлов из алюминиевых сплавов остается практически неизменной. Более того, в связи с освоением промышленностью технологии пайки тонкостенных деталей из латуни CuproBraze, отмечается тенденция к вытеснению алюминия из такой традиционной области использования паяных узлов, как теплообменники. Хотя в 90-е годы в сотрудничестве с зарубежными компаниями некоторыми предприятиями были освоены новые технологические процессы, в частности пайка с использованием флюсов с низкой коррозионной активностью, проведены исследования по опробованию использования новых алюминиевых сплавов для пайки, припоев, полученных методами сверхбыстрой кристаллизации, в целом необходимо отметить определенную стагнацию в совершенствовании технологии и материалов для пайки, в расширении областей использования паяных узлов из алюминиевых сплавов.

В значительной степени это можно объяснить тем, что в основном для создания паяных узлов используются низкопрочные сплавы АД1 и АМц. Повышение прочности паяных конструкций за счет использования низколегированных сплавов повышенной прочности позволит значительно расширить область использования паяных алюминиевых конструкций в

промышленности. Одним из путей решения этой задачи является снижение температуры пайки за счет использования припоев с более низкой по сравнению с силуминами температурой плавления, обеспечивающих комплекс высоких механических и коррозионных свойств паяных соединений. Использование таких припоев позволит исключить опасность пережога при пайке сплавов системы А1-5ьМ§, уменьшить разупрочнение новых сплавов, легированных скандием и другими переходными металлами.

В связи с этим, задача снижения температуры пайки за счет использования припоев с низкими температурами плавления для получения ответственных паяных конструкций является актуальной.

Цель работы

Разработка новых припоев на основе системы А1-81-Ое для создания узлов и элементов паяных конструкций из алюминиевых сплавов с повышенными прочностными характеристиками.

Научная новизна работы

Установлены физико-химические и структурные закономерности изменения фазового состава сплавов системы А1-81-Ое в зависимости от содержания компонентов, условий кристаллизации и температурно-временных параметров гомогенизирующего отжига.

Разработан состав припоя системы А1-81-Се для пайки алюминиевых сплавов, позволяющий снизить температуру получения паяных соединений с высоким комплексом механических и коррозионных свойств на 20-30 °С, по сравнению с припоями на основе эвтектического силумина. Определены величины краевого угла смачивания, площади растекания и капиллярных свойств припоя при пайке алюминиевых сплавов различных систем легирования.

Определено влияние фазового состава разработанного припоя системы А1-Б^Ое на степень технологической пластичности при прокатке, что позволило разработать технологию получения припоя системы А1-Б!-Се в виде тонких листов, фольги, плакирующего слоя, отличающуюся введением

дополнительной операции гомогенизирующего отжига перед прокаткой при температуре на 5-10 °С выше температуры солидус сплава.

Установлено, что дополнительное легирование сплава системы АЬБьОе церием позволяет существенно уменьшить испаряемость германия в процессе плавки, литья и гомогенизирующего отжига, что способствует стабилизации химического состава припоя.

Практическая значимость работы

Разработана и оптимизирована композиция припоя Ал ЮГ на основе системы А1-8иСе, который позволяет получать качественные паяные соединения из алюминиевых сплавов систем А^Бь!^ и А1-М§-8с при температуре пайки до 570 °С.

Разработана технология получения припоя Ал ЮГ системы А1-8иСе в виде фольги и плакирующего слоя, что позволило повысить технологичность его использования.

Показано, что технологические свойства предлагаемого припоя системы А1-8ьСе, механические и коррозионные свойства паяных соединений, полученных с использованием данного припоя, не уступают характеристикам эвтектического силумина и свойствам паяных соединений, полученных с его помощью.

Проведено опробование припоя Ал ЮГ во ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», ФГУП «НИИ ТП», ФГУП «НПО Техномаш», ОАО «Радар-ММС» при пайке сплавов различных систем легирования (А1-\^-81, А1-М§-Бс, А1-переходные металлы), с использованием различных способов — бесфлюсовая вакуумная пайка, печная пайка с флюсом, индукционная пайка и пайка горелкой.

Разработаны технические условия на состав и технологические рекомендации на изготовление припоя Ал ЮГ.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на конференциях: 30 и 31 научной конференции «Гагаринские чтения»; Международной научно-технической конференции «Славяновские чтения»,

Липецк, 2004 г.; Международной научно-технической конференции «Пайка-2004», Москва, общество «Знание» РФ, 2004 г.; Всероссийская научно-техническая конференция «Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве», Москва, 2003 г.; Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2004». Москва, 2004 г.; на заседаниях кафедры «Технология сварочного производства» «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, одна статья находится в портфеле редакции «Сварочное производство», подана Заявка на охраноспособное техническое решение на состав припоя и способ его получения в виде фольги и плакирующего слоя (Справка о приоритете №2005126095 от 18.08.2005 г.)

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов, изложенных на 142 страницах; содержит 64 рисунка, 24 таблицы, список литературы из 168 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ основных характеристик низколегированных алюминиевых сплавов, определяющих возможность использования их в паяных конструкциях. Использование более прочных, по сравнению с применяемые для пайки АМц и АД1, алюминиевых сплавов с пределом прочности более 180-200 МПа (например, АД31, АВ) ограничивается допустимыми температурами нагрева до 595 °С, что затрудняет процесс получения паяных соединений припоями на основе эвтектического силумина (Сил-0, Сил-1) имеющих температуру плавления от 580 °С.

Исследования по получению алюминиевых паяных конструкций повышенной прочности (как правило, стремятся обеспечить прочность

основного металла после пайки более 180..200 МПа) ведутся по двум основным направлениям:

— разработка новых алюминиевых сплавов для использования их в качестве основного материала в паяных конструкциях, которые сохраняют высокую прочность при нагреве под пайку более 600 °С;

— разработка новых или совершенствование существующих припоев с целью снижения температуры пайки, по сравнению с использованием припоев на основе эвтектического силумина (Сил-0, Сил-1).

Среди новых алюминиевых сплавов, обладающих после пайки при 600 "С пределом прочности 180-205 МПа, следует отметить зарубежные сплавы серии Hogal и Alcoa 037х системы AI-Si-Cu-Mn-Mg. Из разработанных в нашей стране сплавов перспективными для использования в паяных конструкциях представляются сплавы с добавками скандия (например, 01515 системы Al-Mg-Sc), а также сплавы системы Al-переходные металлы (ПМ), получаемые с высокой скоростью охлаждения при кристаллизации по технологии гранулирования (например, сплав 01419). Однако в научно-технической литературе подчеркивается зависимость механических свойств данных сплавов от температуры нагрева, поскольку при высоких температурах происходит их разупрочнение, вследствие необратимой коагуляции упрочняющих фаз.

В связи с этим наиболее перспективным направлением повышения прочности паяных конструкций представляется снижение температуры пайки за счет использования припоев с температурой плавления ниже 570 °С. Существующие припои с такой температурой плавления, среди которых наиболее широкое применение нашел припой 34А системы Al-Si-Cu, не позволяют обеспечить удовлетворительной коррозионной стойкости паяных соединений, поэтому их не используют для получения ответственных паяных конструкций.

Для получения ответственных паяных конструкций перспективными являются припои на основе системы Al-Si-Ge. Снижение температуры

плавления припоев данной системы, по сравнению с силуминами, основано на том, что германий с кремнием образует непрерывный твердый раствор, а с алюминием взаимодействует по диаграмме состояния эвтектического типа. Вследствие этого в зависимости от содержания германия и кремния в припое, температура плавления изменяется от 424 °С (эвтектика a-Ge, содержание Si=0) до 577 °С (эвтектика a-Si, содержание Ge=0).

Исследования А.А. Суслова и Л.М. Джеломановой позволили разработать припой Ал4Г (4 % Ge), с температурой плавления 570 °С. Различными исследователями (Т. Шубертом, Н. Маттерном, М. Плайнсом и др.) предпринимались попытки получения припоев на основе системы Al-Si-Ge методом высокоскоростного затвердевания расплава (ВЗР) в виде тонких лент (толщиной до 50 мкм). В конце 90-х годов компанией Daimler-Benz Aerospace Airbus запатентованы припои с содержанием германия 10..50 масс. %, а также с небольшими добавками индия и висмута (до 1 масс. %). Основным недостатком припоев с высоким содержанием германия является широкий интервал кристаллизации (до 100... 150 °С) и низкая технологическая пластичность при горячей деформации, что не позволяет получать припой в виде фольги или плакирующего слоя.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

1. Исследование структуры, фазового состава, физических свойств тройных сплавов системы Al-Si-Ge для определения базовой композиции припоя, обеспечивающего снижение температуры пайки, по сравнению с эвтектическим силумином.

2. Разработка, на основе исследования структуры, физических и технологических свойств, состава припоя для пайки алюминиевых сплавов повышенной прочности.

3. Разработка технологических параметров получения припоя выбранного состава в виде листов, фольги и плакирующего слоя.

4. Определение основных технологических свойств припоя при пайке низколегированных алюминиевых сплавов (краевой угол смачивания, площадь растекания, капиллярные свойства).

5. Определение механических и коррозионных свойств паяных соединений, выполненных с использованием разработанного припоя различными способами пайки.

Во второй главе описана технология изготовления сплавов и методы исследований, использованные в работе.

Для изучения влияния скорости охлаждения при кристаллизации сплавов литье образцов производили в медную изложницу (скорость охлаждения 100..300 К/с) и в изложницу из теплоизоляционного материала -асботермосиликата (скорость охлаждения 10...20 К/с). При изготовлении опытных партий припоя литье производили в плоскую изложницу, с получением слитка 200x300x20 мм. После литья слиток подвергали высокотемпературному отжигу по разработанным режимам.

Получение припоя в виде листов, фольги и плакирующего слоя производили на станах ДУО-260 и ДУО-ЗОО путем горячей и последующей холодной прокатки.

Для исследования структуры и свойств сплавов использовались следующие методы:

— световая микроскопия с использованием микроскопа ЫеорЬо1-2;

— сканирующая электронная микроскопия и микрорентгеноспектральный анализ с использованием растрового электронного микроскопа КУКУ-1800В и приставки ЫОЯАЫ. Размер пятна зонда для микрорентгеноспектрального анализа составлял 0,2 мкм;

— дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК). Для анализа использовались образцы весом 280...420 мг, эталонный образец из чистого алюминия, скорость нагрева 5 К/с.

Оценка технологических свойств припоев производилась на основе стандартизованных методик проведения соответствующих исследований по ГОСТ 23904-79. Для определения капиллярных характеристик припоя применена стандартизованная методика (ГОСТ 20485-75), заключающаяся в сборке пластин с переменным зазором, позволяющая определить минимально- и максимально допустимую величину зазора. Оценка характеристик разработанного припоя проводилась параллельно с силумином Сил-1 (ГОСТ 1583-93).

Оценка паяемости проводилась на промышленно выпускаемых сплавах АД31 (ГОСТ 4784-97), 01515 (ТУ 1-809-420-84) и 01419 (ТУ 1-809-680-96).

Флюсовая пайка осуществлялась в воздушной печи типа СНОЛ с использованием флюса 34А (ТУ 48-4-229-72). Бесфлюсовая пайка проводилась в вакуумной печи в присутствии паров магния при степени разряжения 10"4 Па.

Оценку механических свойств паяных соединений производили методом статического растяжения в соответствии с ГОСТ 11701-84 на образцах, спаянных внахлестку. За значение предела прочности принималось среднее арифметическое значение испытаний пяти образцов.

Испытания коррозионных свойств производили путем погружения образцов на 1 и 4 суток в водный раствор, содержащий 3% КаС1+0,01%НС1. Исследование коррозионного поражения образцов проводилось визуально и на световом микроскопе №ор1ю1-2.

Исследование влияние церия на испаряемость германия в процессе плавок и термического отжига осуществлялось путем химического анализа слитков базовой композиции припоя, полученной с различным содержанием церия.

Определение влияния стронция на технологическую пластичность при прокатке проводилось путем определения максимальной степени деформации слитка до появления трещин.

В третьей главе проведено исследование тройных сплавов системы А1-81-Се с целью выбора базовой композиции для создания припоя.

Для определения состава сплавов системы АКБЮе, предназначенных для использования в качестве припоев, в соответствии с теоретической диаграммой состояния были выбраны восемь сплавов, шесть из которых отвечают эвтектическому составу, один — доэвтектический и один — заэвтектический (рис. 1).

Рис. 1. Расположение экспериментальных сплавов на диаграмме состояния Al-Si-Ge (исследуемые составы отмечены х)

Проведенные методом ДСК исследования образцов сплавов, отлитых в медную изложницу, показали, что с увеличением содержания германия основной пик термического эффекта, соответствующий эвтектической реакции, смещается в сторону более низких температур.

При содержании германия 2 и 4 масс. % температура эвтектического превращения близка к температуре, соответствующей эвтектической реакции системы Al-Si (рис. 2,а), но при введении 8 масс. % Ge температура эвтектического превращения существенно снижается (рис. 2,6), по сравнению с температурой образования эвтектики Al-Si.

а) б) в)

Рис. 2. Изменение пиков тепловых эффектов на кривых ДСК сплавов системы Al-Si-Ge в зависимости от содержания кремния и германия: а) 11,5 масс. % Si и 2,0 масс. % Ge; б) 10 масс. % Si и 8 масс. % Ge; в) 7,5 масс. % Si и 20 масс. % Ge.

Снижение температуры эвтектического превращения (судя по характеру теплового эффекта) продолжается по мере увеличения содержания германия, и в сплаве с 24 % Ge достигает 533 °С, что существенно ниже температуры образования эвтектики в системе Al-Si, но значительно выше температуры образования эвтектики в системе Al-Ge. При этом

микрорентгеноструктурный анализ показал изменение состава эвтектической фазы с увеличением содержания германия в сплаве.

В то же время на кривых ДСК видно, что с увеличением содержания германия в сплавах увеличивается их интервал плавления, при этом в области температур выше 460 °С наблюдается существенный тепловой эффект (рис. 2, в).

Исследование микроструктуры образцов показало присутствие двух морфологических типов эвтектики — тонкой и грубой. Причем объемная доля грубой эвтектики возрастает с увеличением содержания германия.

Проведенные микрорентгеноспектральные исследования состава эвтектических фаз и первичных кристаллов, схожих по своей морфологии с первичными кристаллами кремния в заэвтектических силуминах, показали, что если в составе первичных кристаллов и эвтектической фазы, входящей в

состав тонкой эвтектики присутствует и кремний и германий, то эвтектическая фаза, входящая в состав грубой эвтектики состоит только из германия. О появлении эвтектики a+Ge при содержании в сплавах системы Al-Si-Ge германия более 4 % сообщалось в работах А.А.Суслова й Л.М.Джаламановой.

Поскольку причинами появления эвтектики a+Ge могли быть неравновесные условия кристаллизации образцов сплавов в медной изложнице (скорость охлаждения при кристаллизации может быть оценена около 100-300 К/с), либо неполное прохождение диффузионных процессов взаимного растворения кремния и германия, связанное с низким коэффициентом диффузии, который свойственен этим металлам, были проведены исследования, направленные на гомогенизацию сплавов.

Для изучения закономерностей формирования фазового состава был выбран заэвтектический модельный сплав Al-10Si-17Ge. Состав заэвтектического сплава был выбран для того, чтобы методически более надежно, на первичных кристаллах, оценить процесс взаимного растворения германия и кремния.

Проведенные эксперименты по увеличению температуры расплава до 900 °С, увеличению времени выстаивания расплава от 5 мин до 1 часа с последующим литьем как в медную изложницу, так и в изложницу из термоизоляционного материала — асботермосиликата (скорость охлаждения при кристаллизации менее 10-20 К/с) не привели к исчезновению легкоплавкой эвтектической фазы Al-Ge.

Повторное расплавление образцов сплавов до температуры, имитирующей температуру пайки (560 °С) с последующим охлаждением на воздухе и с печью в условиях, которые должны быть близки к равновесным (скорость охлаждения ~1 К/мин), позволили установить, что при любых условиях охлаждения в процессе кристаллизации из эвтектической фазы a+(Si,Ge) и из первичных кристаллов (Si.Ge) происходит выделение германия. На кристаллах (Si,Ge) фаз появляются области более светлой травимости,

которые имеют достаточно четко выраженную границу. Из анализа полученных данных нами был сделан вывод, что появление фазы Ое является результатом внутрикристаллитной ликвации германия при кристаллизации фазы (Б!,Се). При этом ликвация германия имеет место как при охлаждении образца с печью, так и при охлаждении на воздухе.

Проведенный гомогенизационный отжиг сплава показал чрезвычайно низкую диффузионную активность германия, т.к. даже после 30-часового отжига сплава А1-108М7Се при температуре на 5-10 градусов ниже температуры солидус не удалось обеспечить растворения легкоплавкой фазы. Увеличение температуры отжига выше температуры оплавления легкоплавкой составляющей позволило существенно активизировать динамику диффузионных процессов и обеспечить ее растворение. В результате уменьшился температурный интервал плавления сплава, его фазовый состав стал близок к эвтектическому (рис. 3). Таким образом, для гомогенизации сплава оптимальным режимом отжига является нагрев до температуры, на 5-10 °С выше температуры солидус, в течение 6-10 часов. Однако, при увеличении содержания германия в сплавах происходит образование большого количества легкоплавкой фазы, что требует проведения более длительных гомогенизационных отжигов.

Рис. 3. Изменение кривых ДСК сплава А1-751-240е в зависимости от термообработки: а - в литом состоянии, б — после отжига (440 °С, 24 часа + 470 °С, 5 часов)

В результате исследования фазового состава экспериментальных сплавов было установлено их соответствие теоретической диаграмме состояния.

Определение базовой композиции сплава-припоя осуществлялось на основании температуры пайки, которая позволяет обеспечить требуемый уровень прочности основного материала паяной конструкции (180-200 МПа). Для этого были проведены исследования механических свойств листов из сплавов АД31, 01515, 01419 после нагревов до различных температур по режимам, имитирующим термический цикл пайки в воздушных печах.

Результаты испытаний (рис. 4) показали, что уровень прочности от 200 МПа (для сплава 01515) до 265 МПа (для сплава 01419) достигается при температуре пайки 565-570 °С (время выдержки при температуре 10-15 мин).

350 300 250 200 150 100

1 2

L. -V /

т

'"с у

-----à

Г,

550 565 580 595 Температура, °С

а)

300 250 200 150 100 50

!

: L -. /1 2 .

/

/ i

г г

20 550 565 590 595 610

Температура. "С б)

Рис. 4. Изменение механических свойств сплавов 01419 (а) и 01515 (б) в зависимости от температуры нагрева (при выдержке 10 мин.): 1 - предел прочности ств; 2 - предел

текучести Оо,2-

Исходя из полученных результатов, в качестве базовой композиции для изготовления припоя был выбран сплав на основе системы А1-БьОе с содержанием 81 от 8 до 10% масс и с содержанием германия от 10 до 12 % масс. Сплав, содержащий легирующие компоненты в вышеуказанном интервале, имеет температуру плавления 515-555 "С, температурный интервал плавления после гомогенизирующего отжига ~ 20-40 °С.

В четвертой главе рассматривались вопросы оптимизации состава припоя, исследовались технологические свойства при пайке и разрабатывалась технология прокатки припоя.

Как показали эксперименты по получению различных композиций сплавов системы Al-Si-Ge, фактический химический состав сплавов отличался от расчетного в сторону меньшего содержания германия. Анализ термодинамических данных в соответствии с уравнениями упругости пара, которые для германия имеют вид:

в твердом состоянии log р = +1-77 _0>12' log Т (• 103 Па),

в жидком состоянии log р = - 7 +1,71 - 0,15 - log Т (-103 Па)

показал, что упругость пара германия примерно на пять порядков выше, чем у кремния. В связи с этим германий характеризуется более высокой испаряемостью.

Учитывая, что припой подвергается длительному высокотемпературному нагреву, в процессе которого возможна существенная потеря германия,

возникла необходимость дополнительного легирования базового сплава

компонентом, который бы способствовал снижению испаряемости германия. В качестве такого компонента был выбран церий, который обладает высоким сродством к кислороду и способствует уплотнению оксидной пленки. Эти физико-химические свойства церия используют при легировании некоторых алюминиевых сплавов, особенно системы Al-Mg. Проведенные эксперименты по дополнительному легированию сплава Al-8Si-12Ge церием подтвердили эффективность церия при его содержании в сплаве около 0,1-0,2 масс. % (рис. 5).

С целью улучшения технологических свойств разработанного припоя были проведены исследования возможности измельчения структуры сплава

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

Содержание церия, масс. %

Рис. 5. Потери германия (Две = Оераи-С>ефа1[Т.) в сплаве А1-85М2Се в зависимости от содержания церия (Т = 700 °С): 1 - выдержка 30 мин.; 2 -выдержка 60 мин.

А1-88М20е за счет дополнительного легирования стронцием. Проведенные исследования дали неоднозначный результат. При изготовлении слитка

припоя происходит измельчение и сфероидизация фазы (ЗцСе), что повышает технологическую пластичность сплава (рис. 6). Вместе с этим после повторного расплавления сплава-припоя в процессе пайки, в структуре паяного шва эффект модифицирования не

сохраняется. Аналогичный эффект наблюдается также при

О 0,005 0,01 0,015

Содержание стронция, масс.'

0,02

Рис. 6. Влияние стронция на допустимую степень деформации (е) при прокатке сплава А1-85М2Се (после гомогенизационного отжига, температура нагрева 400 °С)

модифицировании стронцием литейных силуминов.

Поскольку технологическая пластичность припоя имеет большое значение для получения его в катаном виде, стронций был выбран в качестве одного из легирующих элементов в количестве 0,004-0,006 масс. %.

Таким образом, в результате оптимизации композиции базового сплава разработан состав припоя АлЮГ следующего состава (табл. 1).

Таблица 1.

Содержание компонентов, масс. % Примеси, не более

А1 81 ве Се Бг Ре другие примеси, всего

осн. 8-10 10-12 0,1-0,2 0,004-0,006 <0,2 <0,1

Предпринимаемые за рубежом попытки получения припоев системы А1-8ЫЗе методом скоростного затвердевания расплава в виде ленточек вызваны тем, что эти припои крайне нетехнологичны при прокатке. Проведенные экспериментальные исследования пластических свойств при горячей прокатке плоского слитка из сплава А1-85М2Се показали, что допустимая степень деформации до появления первых трещин составляет не более 1517

20%, при этом температура нагрева составляла 435 °С. При увеличении температуры нагрева перед прокаткой до 450-460 °С, растрескивание слитка происходило уже при степени деформации 5%, вследствие оплавления легкоплавкой фазовой составляющей сплава. Проведение высокотемпературного гомогенизирующего отжига позволило за счет растворения грубой эвтектики а+йе повысить технологическую пластичность при той же температуре в два раза (до 30-40%). Повышение температуры солидус сплава после отжига обеспечило возможность использования более высокой температуры нагрева под прокатку. В результате была обеспечена удовлетворительная технологическая пластичность при прокатке, 50-60%, при температуре нагрева 460-470 °С. Таким образом, изменение фазового состава сплава и повышение допустимой температуры нагрева под прокатку позволило получить разработанный припой в виде листов (5=0,8 мм) и фольги (8=0,1 мм). При этом необходимо отметить, что после деформации слитка на 90-95% прокатку можно производить вхолодную, так как измельчение эвтектики а+(81,Ое) за счет деформации обеспечивает высокую технологичность сплава при холодной прокатке.

На основании разработанной технологии прокатки, включающей предварительный гомогенизационный отжиг, были получены листы сплава АД31 и сплавов 01515, 01523 плакированные припоем, с толщиной плакирующего слоя 0,07..0,09 мм.

Сравнительные исследования технологических свойств (смачиваемости, растекаемости, заполняемое™ зазора) припоев Ал ЮГ и Сил-1 показали, что разработанный припой не уступает по технологическим свойствам силумину Сил-1, который считается чрезвычайно технологичным при пайке. Краевой угол смачивания при 560 °С составил 5,3°, площадь растекания при той же температуре, при использовании припоя объемом 64 мм3, составляет 258 мм2. Вместе с этим краевой угол смачивания припоя Сил-1 при 590 °С составил 5,2°, площадь растекания при той же температуре составляет 264 мм2.

Исследование капиллярных свойств припоя показало, что заполнение зазора припоем Ал ЮГ аналогично припою Сил-1 и оптимальный зазор при пайке составляет 0,2 мм.

Высокие характеристики смачиваемости и растекания способствуют хорошему формированию галтели паяного шва. Исследование микроструктуры паяных швов показало, что эвтектика а+(8|,Се) имеет более грубое строение по сравнению с эвтектикой а+5к

Исследования механических свойств паяных соединений на макетах-образцах из сплавов АД31, 01515 и 01419 (табл. 2) показали, что разрушение образцов происходит по основному материалу. При этом предел прочность при растяжении образцов достигает 203 МПа (для сплава 01515 при температуре пайки 560 °С, 1паяк„ =10 мин).

Таблица 2

Изменение предела прочности паяных соединений из сплавов АДЗ1,

01515, 01419 в зависимости от температуры пайки (tnafiKn = 10 мин)

Основной материал Температура пайки, припой Предел прочности о», МПа

АД31 Т = 590 °С, припой Сил-1С 171-175/173

Т = 590 СС, припой АлЮГ 178-184/ 181

01515 Т = 580 °С, припой АлЮГ 165-172/ 168

Т = 570 °С, припой АлЮГ 184-191 / 187

Т = 560 "С, припой АлЮГ 198-207/203

01419 Т = 585 °С, припой АлЮГ 189-204/196

Т = 560 °С, припой АлЮГ 208-214/211

Таким образом, для обеспечения прочности паяных конструкций на уровне 180-200 МПа, пайку припоем Ал ЮГ необходимо проводить при температуре 560 °С.

Исследование коррозионных свойств паяных соединений, выполненных припоем АлЮГ при 560 °С и припоем Сил-1 при 595 °С, показали, отсутствие коррозионного поражения при использовании припоя АлЮГ. В то же время на образце, паянном с использованием припоя Сил-1, выявлены следы коррозии. Таким образом, коррозионные испытания показали более высокую

коррозионную стойкость соединений, полученных с использованием припоя Ал ЮГ.

В целом исследования структуры и технологических характеристик припоя и паяных соединений показали, что припой Ал ЮГ позволяет обеспечить комплекс высоких механических и коррозионных свойств паяных соединений.

В пятой главе приводится описание опробования припоя Ал ЮГ для изготовления узлов паяных конструкций с использованием различных способов пайки.

Припой Ал ЮГ опробовался при изготовлении узла теплообменника из сплавов АД1 (трубка, диаметром 10 мм) и АД31 (трубка диаметром 5 мм) индукционной флюсовой пайкой (рис. 7), флюс 34А. При получении узла теплообменника припоем Сил-1 процесс пайки осуществляется при температуре 590-592 °С. Однако, вследствие сложности контроля температуры при индукционном способе пайки, существует высокая вероятность пережога трубки из сплава АДЗ1. Снижение температуры пайки на 30-35 °С, за счет использования припоя Ал ЮГ, должно обеспечить сохранение гарантированных механических свойств паяного узла.

Рис. 7. Узел трубопровода, изготавливаемого из трубок АДЗ 1 и АД 1 Сравнительная пайка узла теплообменника припоями Сил-1 и АлЮГ проводилась при температурах 590 °С и 560 °С (время пайки 15 мин.) соответственно. Металлографические исследования показали, что глубина эрозии основного материала при использовании припоя АлЮГ ниже, по сравнению с припоем Сил-1. Вместе с этим припой АлЮГ хорошо заполняет капиллярный зазор.

Проведенные механические испытания узла после искусственного старения (165 °С, 12 часов) показали, что предел прочности составляет 184189 МПа, разрушение образца происходило по основному металлу трубок. При этом два образца, выполненные припоем Сил-1, имели низкие показатели пластичности, свидетельствующие об образовании пережога основного металла.

Низкая температура плавления припоя АлЮГ позволяет использовать его для ступенчатой пайки конструкций, вместе с припоем Сил-1. Исследование свойств паяных соединений, выполненных ступенчатой пайкой, проводилось на узле волновода (рис. 8). Первоначально два элемента волновода из сплава АМц изготовили печной флюсовой пайкой с использованием припоя Сил-1 при температуре 610 °С, а затем проводили пайку образцов припоем АлЮГ при температуре 560 °С.

Рис. 8. Узел волновода, полученный ступенчатой пайкой (1 — припой Сил-1 при 610 °С; 2 - припой АлЮГ при 560 °С) Металлографические исследования показали формирование плотного паяного шва. Таким образом, была установлена возможность использования припоя АлЮГ при ступенчатой пайке узлов, после использования припоя Сил-1, что особенно важно при проведении ремонтных работ узлов, изготовленных припоем на основе эвтектического силумина.

Были проведены сравнительные исследования качества гальванических покрытий паяных соединений, выполненных с использованием припоя АлЮГ по отношению к припою Сил-1. Для этого на образцы из сплава АМц,

спаянные припоями Ал ЮГ и Сил-1, произвели нанесение гальванического покрытия различных систем: никель-медь, никель-олово-висмут, химическое окисное и химическое окисное с повышенной электропроводностью. Качество покрытий получилось удовлетворительным и равномерным по окраске как на образцах, полученных припоем Сил-1, так и Ал ЮГ.

Опробование припоя Ал ЮГ для вакуумной пайки проводилось на макетных образцах ребристых теплообменников (рис. 9) с использованием листов из сплавов АД31, 01515 и 01523, плакированных с одной стороны

припоем Ал ЮГ. Для сравнения были получены также макеты

теплообменника с использованием припоя 01315 (Сил-1 + 0,8 масс. % М£). Для сплава АДЗ1 после пайки производилось искусственное старение конструкции при температуре 170 °С в течение 12 часов.

Проведенные исследования коррозионной стойкости паяных соединений, выполненных вакуумной пайкой, в водном растворе с 3% КаС1+0,01%НС1, не выявили наличие коррозионных поражений паяного шва.

В результате исследования механических свойств паяных соединений из сплавов системы А1-Мд-8с (01515, 01523) (табл. 3) показало, что снижение температуры пайки до 560 °С, за счет использования припоя Ал ЮГ, позволяет повысить прочность паяных конструкций на 30-40 МПа, по сравнению с использованием припоев на основе эвтектического силумина.

Таблица 3

Зависимость изменения прочностных характеристик узлов из сплавов

Рис. 9. Ребристый теплообменник из сплава АДЗ I

Основной материал Температура пайки (припой) Предел прочности а„, МПа

01515 605 °С (01315) 168-174/ 173

560оС(Ал10Г) 198-208 /205

01523 605 °С (01315) 169-179/174

560 °С (АлЮГ) 201-215 / 209

Общие выводы и результаты работы

1. На основании установленных физико-химических и структурных закономерностей изменения фазового состава сплавов системы А1-51-Ое в зависимости от содержания компонентов, условий кристаллизации и режимов термической обработки, определен и оптимизирован состав припоя АлЮГ. Содержание компонентов, % (по массе): 8-9 Б!, 10-12 ве, 0,1-0,2 Се, 0,004-0,006 Бг, А1 - ост.

Применение припоя АлЮГ, за счет снижения температуры пайки до 560570 °С, дает возможность получения соединений с высоким комплексом механических и коррозионных свойств при пайке низколегированных алюминиевых сплавов повышенной прочности.

2. Установлено, что дополнительное легирование сплава системы А1-81-Ое церием позволяет существенно уменьшить испаряемость германия в процессе плавки, литья и гомогенизирующего отжига, что способствует стабилизации химического состава припоя.

3. Установлено, что формирование в сплавах системы А1-81-Се грубой неравновесной эвтектики, обогащенной германием, резко снижает технологическую пластичность при прокатке. Введение в технологический процесс предварительного высокотемпературного гомогенизирующего отжига (на 5-10 °С выше температуры солидус) для ее растворения позволило увеличить технологическую пластичность припоя и обеспечило возможность его получения в виде тонких листов (5=0,8 мм), фольги (5=0,1 мм) и плакирующего слоя.

4. Определено, что технологические свойства припоя АлЮГ (величина краевого угла смачивания, площадь растекания, капиллярные свойства) при пайке алюминиевых сплавов различных систем легирования соответствуют высокотехнологичным припоям на основе эвтектического силумина Сил-0, Сил-1.

5. Установлено, что снижение температуры пайки за счет использования припоя АлЮГ позволяет уменьшить степень коагуляции упрочняющих фаз

при пайке сплавов, легированных скандием (01515) и гранулируемых сплавов системы AI-переходные металлы (01419) и, как следствие, обеспечить достижение прочности основного металла паяных конструкций на уровне 180-200 МПа.

6. Установлена возможность проведения ступенчатой пайки с использованием припоев Сил-1 и Ал ЮГ, что позволяет изготавливать сложные паяные конструкции путем последовательного проведения соединения деталей при температурах 610 °С (припой Сил-1) и 560 °С (припой Ал ЮГ), а также проводить ремонт конструкций, изготовленных припоем на основе эвтектического силумина.

7. Установлена возможность нанесения на паяные соединения, выполненные припоем Ал ЮГ, окисных химических покрытий и гальванических металлических покрытий (никель-медь, никель-олово-висмут), что позволяет использовать припои для изготовления сложных узлов, работающих в различных климатических условиях.

8. Припой АлЮГ прошел опробование при изготовлении паяных узлов на предприятиях ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», ФГУП «НИИ ТП», ФГУП «НПО Техномаш», ОАО «Радар-ММС» с использованием методов индукционной пайки, пайки в воздушных печах с флюсом и вакуумной бесфлюсовой пайки. Разработаны технические условия на состав и технологическая инструкция на изготовление припоя АлЮГ.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах: 1. Степанов В.В., Конкевич В.Ю., Осинцев O.E. «Исследование структуры и температурных характеристик сплавов системы Al-Si-Ge с целью применения их в качестве припоев» // тезисы докладов XXIX Всероссийской научной молодежной конференции Гагаринские чтения, М.: апрель 2003 г., т.

1, стр. 124-125

2. Степанов В.В., Конкевич В.Ю., Суслов A.A., Осинцев O.E. «Исследование сплавов системы Al-Si-Ge с целью создания припоев для

высокотемпературной пайки алюминия» // сб. докладов «Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве». М.: ноябрь 2003 г., стр. 88-90

3. Степанов В.В., Конкевич В.Ю., Суслов A.A., Осинцев O.E. «Перспективы использования сплавов системы Al-Si-Ge в качестве припоев для высокотемпературной пайки алюминия» // сб. материалов международной научно-технической конференции «Пайка-2004». М.: март 2004 г, стр. 45-48

4. Степанов В.В., Конкевич В.Ю., Суслов A.A., Осинцев O.E. «Исследование технологических параметров получения сплавов системы Al-Si-Ge с целью получения припоев оптимального состава для высокотемпературной пайки алюминия» // тезисы докладов XXX Всероссийской научной молодежной конференции Гагаринские чтения, М.: апрель 2004 г., т. 1, стр. 137-138

5. Степанов В.В., Конкевич В.Ю., Суслов A.A., Осинцев O.E. «Перспективы создания припоев для высокотемпературной пайки алюминия на основе сплавов системы Al-Si-Ge» // сб. докладов конференции, посвященной 150-летию со дня рождения Н.Г. Славянова. Пермь: май 2004 г., т. 1, стр. 48-56

6. Степанов В.В., Конкевич В.Ю., Суслов A.A., Белоцерковец В.В. «Оценка паяемости сплава АД31 припоем на основе системы Al-Si-Ge» И сб. научных трудов «Славяновские чтения», Липецк: октябрь 2004 г., т. 1, стр. 372-376

7. Степанов В.В., Конкевич В.Ю., Суслов A.A., Осинцев O.E. «Использование припоев системы Al-Si-Ge для получения соединений из сплава АД31» // тезисы докладов конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2004», М.: 17-19 ноября 2004 г., т. 1, стр. 28-29

8. Степанов В.В., Конкевич В.Ю., Осинцев O.E. «Исследование технологических свойств припоев системы Al-Si-Ge и структуры паяных соединений из сплавов типа АД31» // тезисы докладов XXXI Всероссийской научной молодежной конференции Гагаринские чтения, М.: апрель 2005 г., т. 1,стр. 146-147

9. Степанов В.В., Конкевич В.Ю., Суслов A.A. «Перспективы повышения прочности паяных конструкций из алюминиевых сплавов» // Сварочное производство, N8,2006 (в портфеле редакции).

Разработка припоев системы А1-81-Седля повышения прочности паяных конструкций из алюминиевых сплавов

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано к печати 04.05.2006., Заказ ЛЬ 303, Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз. Типография ИТЦ «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского, Москва. Берниковкая наб., 14.

Степанов Владимир Валерьевич

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи работы.

1.1. Современные алюминиевые сплавы, используемые в паяных конструкциях.

1.2. Современные припои для высокотемпературной пайки алюминиевых сплавов.

1.2.1. Припои на основе системы Al-Si.

1.2.2. Припои системы Al-Si-Cu.

1.2.3. Припои системы Al-Zn.

1.2.4. Серебряные припои.

1.3. Сплавы системы Al-Si-Ge и их использование в качестве припоев27 Выводы по главе 1, цель и задачи работы.

Глава 2. Материалы и методы исследования.

2.1. Характеристика применяемых материалов.

2.2. Получение экспериментальных припоев.

2.3. Методы исследования структуры и физических свойств сплавов

2.4. Исследование технологических свойств припоя.

2.5. Механические испытания образцов.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследование сплавов системы Al-Si-Ge и определение базовой композиции сплава-припоя.

3.1. Исследование сплавов системы Al-Si-Ge с содержанием германия до 25 масс. %.

3.2. Исследование влияния особенностей приготовления сплавов на их структуру и температурные характеристики.

3.3. Определение базовой композиции сплава-припоя на основе системы Al-Si-Ge.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Оптимизация состава припоя и оценка его технологических свойств при пайке.

4.1. Оптимизация состава припоя.

4.2. Определение технологических свойств припоя при пайке.

4.3. Исследование структуры, механических и коррозионных свойств паяных соединений, полученных с использованием припоя Ал 10Г

Выводы по главе 4.

Глава 5. Изготовление паяных конструкций с использованием припоя

Ал ЮГ.

5.1. Пайка узла теплообменника из сплавов АД1 и АД31.

5.2. Ступенчатая пайка узлов волновода.

5.3. Пайка пластинчато-ребристого теплообменника.

Выводы по главе 5.

Преимущества пайки как метода соединения деталей широко известны. Применительно к алюминию и его сплавам эти преимущества эффективно реализуются при создании таких сложных конструкций, как теплообменники, волноводы, различного рода устройства приборостроительной техники и др. В настоящее время во многом благодаря работам таких известных ученых, как Старчай Е.И., Суслов A.A., Никитинский A.M., Кургузов Н.В. разработаны технологические процессы, обеспечивающие получение качественных, надежных паяных узлов, отвечающих самым строгим требованиям в части герметичности, прочности и коррозионной стойкости.

Однако занятая пайкой ниша является достаточно узкой и за последние годы номенклатура паяемых узлов из алюминиевых сплавов остается практически неизменной. Более того, в связи с освоением промышленностью технологии пайки тонкостенных деталей из латуни CuproBraze, отмечается тенденция к вытеснению алюминия из такой традиционной области использования паяных узлов, как теплообменники. Хотя в 90-е годы в сотрудничестве с зарубежными компаниями некоторыми предприятиями были освоены новые технологические процессы, в частности пайка с использованием флюсов с низкой коррозионной активностью, проведены исследования по опробованию использования новых алюминиевых сплавов для пайки, припоев, полученных методами сверхбыстрой кристаллизации, в целом необходимо отметить определенную стагнацию в совершенствовании технологии и материалов для пайки, в расширении областей использования паяных узлов из алюминиевых сплавов.

В значительной степени это можно объяснить тем, что в основном для создания паяных узлов используются низкопрочные сплавы АД1 и АМц.

Повышение прочности паяных конструкций за счет использования низколегированных сплавов повышенной прочности позволит значительно расширить область использования паяных алюминиевых конструкций в промышленности. Одним из путей решения этой задачи является снижение температуры пайки за счет использования припоев с более низкой по сравнению с силуминами температурой плавления, обеспечивающих комплекс высоких механических и коррозионных свойств паяных соединений. Использование таких припоев позволит исключить опасность пережога при пайке сплавов системы А1-8ьМ§, уменьшить разупрочнение новых сплавов, легированных скандием и другими переходными металлами.

В связи с этим, задача снижения температуры пайки за счет использования припоев с низкими температурами плавления для получения ответственных паяных конструкций является актуальной.

Научная новизна работы. Установлены физико-химические и структурные закономерности изменения фазового состава сплавов системы А1-81-Се в зависимости от содержания компонентов, условий кристаллизации и температурно-временных параметров гомогенизирующего отжига.

Разработан состав припоя системы А1-8ьСе для пайки алюминиевых сплавов, позволяющий снизить температуру получения паяных соединений с высоким комплексом механических и коррозионных свойств на 20-30 °С, по сравнению с припоями на основе эвтектического силумина. Определены величины краевого угла смачивания, площади растекания и капиллярных свойств припоя при пайке алюминиевых сплавов различных систем легирования.

Определено влияние фазового состава разработанного припоя системы А1-81-Се на степень технологической пластичности при прокатке, что позволило разработать технологию получения припоя системы А1-81-Ое в виде тонких листов, фольги, плакирующего слоя, отличающуюся введением дополнительной операции гомогенизирующего отжига перед прокаткой при температуре на 5-10 °С выше температуры солидус сплава.

Установлено, что дополнительное легирование сплава системы А1-8ьСе церием позволяет существенно уменьшить испаряемость германия в процессе плавки, литья и гомогенизирующего отжига, что способствует стабилизации химического состава припоя.

Практическая ценность работы. Разработана и оптимизирована композиция припоя Ал ЮГ на основе системы А1-81-Се, который позволяет получать качественные паяные соединения из алюминиевых сплавов систем А1-81-М§ и А1-М§-8с при температуре пайки до 570 °С.

Разработана технология получения припоя Ал ЮГ системы А1-81-Ое в виде фольги и плакирующего слоя, что позволило повысить технологичность его использования.

Показано, что технологические свойства предлагаемого припоя системы А1-8ьСе, механические и коррозионные свойства паяных соединений, полученных с использованием данного припоя, не уступают характеристикам эвтектического силумина и свойствам паяных соединений, полученных с его помощью.

Проведено опробование припоя Ал ЮГ во ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», ФГУП «НИИ ТП», ФГУП «НПО Техномаш», ОАО «Радар-ММС» при пайке сплавов различных систем легирования (А1-М§-81, А1-М§-8с, А1-переходные металлы), с использованием различных способов - бесфлюсовая вакуумная пайка, печная пайка с флюсом, индукционная пайка и пайка горелкой.

Разработаны технические условия на состав и технологические рекомендации на изготовление припоя Ал 10Г.

Реализация результатов работы. Разработанный состав припоев и технология получения паяных конструкций из сплава АД31 прошли опытно-промышленное апробирование на ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», ФГУП НПО «Техномаш», ФГУП «НИИ ТП», ОАО «Радар-ММС».

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на конференциях: 30 и 31 научной конференции «Гагаринские чтения», Москва, 2003 и 2004 г.г.; Международной научно-технической конференции «Славяновские чтения», Липецк, 2004 г. ; Международной научно-технической конференции «Пайка-2004». Москва, общество «Знание», 2004 г.; Всероссийская научно-техническая конференция «Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве», Москва, 2003 г.; Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2004», Москва, 2004 г.; на заседаниях кафедры «Технология сварочного производства» «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, одна статья находится в портфеле редакции журнала «Сварочное производство» (№8, 2006 г.), подана Заявка на охраноспособное техническое решение на состав припоя и способ его получения в виде фольги и плакирующего слоя (Справка о приоритете №2005126095 от 18.08.2005 г.) Объём и содержание работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов, изложенных на 122 страницах; содержит 64 рисунка, 24 таблицы, приложения.

Общие выводы и результаты работы

1. На основании установленных физико-химических и структурных закономерностей изменения фазового состава сплавов системы А1-81-Ое в зависимости от содержания компонентов, условий кристаллизации и режимов термической обработки, определён и оптимизирован состав припоя Ал ЮГ. Содержание компонентов, % (по массе): 8-9 81, 10-12 ве, 0,1-0,2 Се, 0,004-0,006 Бг, А1 - ост.

Применение припоя Ал ЮГ, за счёт снижения температуры пайки до 560-570 °С, даёт возможность получения соединений с высоким комплексом механических и коррозионных свойств при пайке низколегированных алюминиевых сплавов повышенной прочности.

2. Установлено, что дополнительное легирование сплава системы А1-8ь ве церием позволяет существенно уменьшить испаряемость германия в процессе плавки, литья и гомогенизирующего отжига, что способствует стабилизации химического состава припоя.

3. Установлено, что формирование в сплавах системы А1-8НЗе грубой неравновесной эвтектики, обогащённой германием, резко снижает технологическую пластичность при прокатке. Введение в технологический процесс предварительного высокотемпературного гомогенизирующего отжига (на 5-10 °С выше температуры солидус) для её растворения позволило увеличить технологическую пластичность припоя и обеспечило возможность его получения в виде тонких листов (8=0,8 мм), фольги (8=0,1 мм) и плакирующего слоя.

4. Определено, что технологические свойства припоя Ал ЮГ (величина краевого угла смачивания, площадь растекания, капиллярные свойства) при пайке алюминиевых сплавов различных систем легирования соответствуют высокотехнологичным припоям на основе эвтектического силумина Сил-0, Сил-1.

5. Установлено, что снижение температуры пайки за счёт использования припоя Ал ЮГ позволяет уменьшить степень коагуляции упрочняющих фаз при пайке сплавов, легированных скандием (01515) и гранулируемых сплавов системы А1-переходные металлы (01419) и, как следствие, обеспечить достижение прочности основного металла паяных конструкций на уровне 180-200 МПа.

6. Установлена возможность проведения ступенчатой пайки с использованием припоев Сил-1 и Ал ЮГ, что позволяет изготавливать сложные паяные конструкции путём последовательного проведения соединения деталей при температурах 610 °С (припой Сил-1) и 560 °С (припой Ал ЮГ), а также проводить ремонт конструкций, изготовленных припоем на основе эвтектического силумина.

7. Установлена возможность нанесения на паяные соединения, выполненные припоем Ал ЮГ, окисных химических покрытий и гальванических металлических покрытий (никель-медь, никель-олово-висмут), что позволяет использовать припои для изготовления сложных узлов, работающих в различных климатических условиях.

8. Припой Ал ЮГ прошёл опробование при изготовлении паяных узлов на предприятиях ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», ФГУП «НИИ ТП», ФГУП «НПО Техномаш», ОАО «Радар-ММС» с использованием методов индукционной пайки, пайки в воздушных печах с флюсом и вакуумной бесфлюсовой пайки. Разработаны технические условия на состав и технологическая инструкция на изготовление припоя Ал ЮГ.

1. И.Е. Петрунин, И.Ю. Маркова, A.C. Екатова «Материаловедение пайки». М., Металлургия, 1976 г., 264 стр.

2. Н.Ф. Лашко, C.B. Лашко «Пайка металлов». М., Машиностроение, 1977 г., 165 стр.

3. Н.Ф. Лашко, C.B. Лашко и др. «Вопросы теории и технологии пайки». Саратов, 1978 г., 248 стр.

4. Г.Н. Смирнов «Прогрессивные способы пайки алюминия». М., Металлургия, 1981 г., 240 стр.

5. О.И. Стеклов, Л.Н. Лапшин «Коррозионно-механическая стойкость паяных соединений». М., Машиностроение, 1981 г., 101 стр.

6. H.H. Никитинский «Пайка алюминиевых сплавов». М., Машиностроение, 1983 г., 192 стр.

7. Г. Манко «Пайка и припои». М., Машиностроение, 1968 г., 324 стр.

8. P.E. Есенберлин «Пайка и термическая обработка деталей в газовой среде». М., Машиностроение, 1978 г., стр. 183 стр.

9. А.М.Никитинский, В.Б. Челышев и др. «Влияние способа подготовки поверхности на свойства паяных соединений» // Сварочное производство, 1980 г, № 6, стр. 27-29

10. A.M. Никитинский, Лашко С.Ф., Лашко B.C. «Бесфлюсовая пайка алюминия и его сплавов» // Производственные и научные достижения в области сварки. Воронеж, 1978 г., стр. 48-54

11. Б.А. Колачёв, В.И. Елагин, В.А. Ливанов «Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов». М., из-во МИСИС, 2001 г., 286 стр.

12. В.И. Елагин, В.В. Захаров, A.M. Дриц «Структура и свойства сплавов системы Al-Zn-Mg». M., Металлургия, 1982 г., 224 стр.

13. W.F. Cook, Т.Е. Wight, J. A. Hirschfield "Bernes brazing of aluminium with a non-corrosive fluor" / Welding Journal, 1978, V57, N 12, pp. 23-28

14. Сторчай Е.И. «Флюсовая пайка алюминия». М., Металлургия, 1980 г., 124 стр.

15. А.А. Суслов «Припои для каркасно-панельных узлов приборов из алюминиевых сплавов», 1976 г., 10 стр.

16. Wade K.D., Scott D.H. "Development of an improved aluminum vacuum brazing core alloy" / Aluminium Alloys their Physical and Mechanical properties. International conference, 1986, pp. 1141-1155

17. A. Buerger, S. Vieregge, A. Haszler и др. "Development of higher strength core alloys potentials and limits" // 1st International Congress Aluminium Brazing, May 2000, Duesseldorf

18. Патент США US 4828794 «Corrosion resistant aluminum material»

19. A. Ito, Y. Iwai, T. Nagara, Y. Miyagi, H. Fujimoto, J. Takigawa, "Development and Application of a High-Strength Aluminum Alloy for Radiators", Japan Metal Association Journal, vol.44, N.4, 1994, pp.456-462

20. Патент CA2165408. S.W. Miller «Brazing sheet»

21. A. Gray, A.J.E. Flemming, J.M. Evans "Development of roll-clad sheet for automotive brazing applications" // 1st International Congress Aluminium Brazing, May 2000, Duesseldorf

22. Патент США US2004213694 «А high strength cast aluminum alloy with accelerated response to heat treatment»

23. Патент США US 4649087 «Corrosion resistant aluminum brazing sheet»

24. Патент США US 4788037 "High strength, corrosion-resistant aluminum alloys for brazing"

25. У. Сёдзи, Ф. Хидзо, Т. Ацузи «Водостойкий высокопрочный паяльный лист для пайки и теплообменник с использованием этого листа». К.к. Кобэ сэйкосё, Ниппон дэнсо к.к. Заявка 60-251243.

26. Патент W02006044500. R.J. Kilmer «Recovered high strength multi-layer aluminum brazing sheet products»

27. Патент US2006088726 N.W. Sucke «Wrought aluminum alloy and heat-exchanger component made of this alloy»

28. Патент W003089237. R.J. Kilmer «Ultra-longlife, high formability brazing sheet»

29. Патент JP7223091. S. Shinji, К. Takashi, I. Shusuke «Brazing filler metal for aluminum alloy and product made of aluminum alloy»

30. Патент JP2006022405. Rajagopalan R. «Composite material made of high-strength aluminum alloy»

31. Патент US2005095447 Baumann S.; Kilmer R.J. «High-strength aluminum alloy composite and resultant product»

32. Патент US2004185293 Syslak M.; Stakkestad G.; Evensen J.D.; Jiang X.-J. ; Bjorneklett B. «Brazing sheet»

33. Патент US2005006066 Emrich K.; Kull R.; Volker C. «Heat exchanger useful as charge-air cooler for commercial vehicles»

34. Патент US2004028940 Toyama T.; Hirao K.; Hatori T.; Hisatomi Y.; Itoh Y.; Shoji Y. «Aluminum alloy fin material for heat exchangers and heat exchanger including the fin material»

35. Патент JP2004218044 T. Hirokazu, S. Yoshifiisa «Aluminum alloy clad material for heat exchanger»

36. A. Gray «Aluminium in Automotive Heat Exchangers Closing the Technology Gap» // 8th International Brazing Seminar, 2005, стр. 47-56

37. Патент JP2000202682 S. Yoshifusa; H. Yuji «Aluminum alloy brazing filler metal and aluminum alloy clad material for heat exchanger excellent in brazability and corrosion resistance using the brazing filler metal for clad material»

38. Патент US2003051342 H. Yoshiharu, H. Koji, N. Hiroshi, I. Yasunaga, Y. Naoki u.a. «Filler metal for aluminum brazing sheet for heat exchangers and method of manufacturing same»

39. В.И. Елагин «Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами». М., Металлургия, 1975 г., 320 стр.

40. Международный патент WO 2005045080 «Aluminium alloy»

41. В.М. Федоров «Металловедческие основы легирования алюминиевых сплавов в условиях метастабильной кристаллизации» //Металлургия гранул, т. 6. М., из-во ВИЛС, 1993 г., стр.69-78.

42. В.Ю. Конкевич «Гранулируемые алюминиевые сплавы для сварки, пайки и наплавки» // «Технология легких сплавов», № 4-5, 1993, с.41-45.

43. J.L. Murray, A.J. McAlister "Binary alloys phase diagrams", 1984

44. Справочник по пайке / под ред. И.Е. Петрунина. Москва, из-во «Машиностроение», 2003 г., 480 стр.

45. В.Е. Хряпин «Справочник паяльщика». М., Машиностроение, 1981 г., 348 стр.

46. M.W. Swidersky «Aluminium brazing with non-corrosive fluxes state of the art and trends in Nocolok flux technology» // Hart- und Hochtemperaturloten und Diffussionschweissen, DVS-Berichte, 6 Intern. Kolloquiums, 2001, s. 196-199

47. Научные основы материаловедения / под ред. Б.Н. Арзамасова. М., из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994 г., 268 стр.

48. Патент JP5104281. Okamoto Н.; Hirano М. «High-strength aluminum brazing filler metal»

49. Chen Ying, Bian Xiufang и.о. "Local structure of Al-Sr modifier in liquid Al-Si Alloys", Aluminium alloys 2002, Conference Proceedings, pp. 753-756

50. Н.Л. Куценок, И.Н. Ганиев, B.H. Янчук «О пористости, возникающей при модифицировании доэвтектических силуминов стронцием и цирконием» // Металловедение и термическая обработка металлов, №2, 1987 г., стр. 45-47

51. Н.Л. Куценок, А.А. Андрушевич, И.Н. Ганиев, В.Н. Янчук «Технологические особенности модифицирования силуминовалюминий-стронциевыми лигатурами» // технология автомобилестроения, № 8, 1983 г., стр. 7-10

52. А.с. 247024. К.Н.Башков, Б.М. Бочаров, Н.А. Буланов и др. «Припой для пайки алюминиевых сплавов»

53. W.J. Werner, G.M. Slaughter, F.B. Gurtner "Development of filler metals and procedures for vacuum brazing of aluminum" // Welding journal, N2, 1982, pp. 64-70

54. A.c. 436715 Н.Ф. Лашко, C.B. Лашко, Н.Г. Нагапетян «Припой для бесфлюсовой пайки алюминия и его сплавов»

55. Патент США US 5535939 «Controlled atmosphere brazing using aluminum-lithium alloy»

56. Патент США US 4173302 «Process and alloy for brazing aluminum-containing articles»

57. Патент US5971258 Eichhorn E.G., Childree D.L. «Method of joining aluminum parts by brazing using aluminum-magnesium-lithium-filler alloy»

58. G.M. Slughter a.o. "The latest progress in brazing" // 5 National Engineering Conference Sampe, 1974, p.p. 115-126

59. Патент US3791820. Werner W. «Fluxless aluminum brazing»

60. W.J. Werner, G.M. Slaughter «Development of filler metals and procedures for vacuum brazing of aluminum» // Welding Journal, v. 53, 1972, pp. 64-70

61. Н.Д. Лукашкин, E.M. Миклашевич, А.И. Эрлих «Производство листов и лент из алюминия и его сплавов, плакированных припоями на основе силумина» // сб. «Пайка алюминиевых конструкций», Москва, общество «Знание», 1990 г., стр. 31-32.

62. W. Shaohong, Zh. Heping, К. Yuping "Rare earth elements influence on vacuum brazebility of the LD30 aluminium alloy'V/Journal of the Chinese rare earth society, v. 20, N4,2002, стр. 327-330

63. Патент США US3791820 «Fluxless aluminum brazing»

64. A.c. № 247024 «Припой для пайки алюминиевых сплавов»

65. A. Bendijk, R. Delhez, L. Katgerman, Th. H. Keijser, E. J. Mittemeijer, N. M. Pers «Characterization of Al-Si-alloys rapidly quenched from the melt» // Journal of Materials Science, V. 15, N. 11, 1980, стр. 2803 2810

66. N.L. Tawfik, Е.М. Abdel Hady, A.M. Bastawros «Properties of rapidly solidified Al-12.5 Si-INi alloy» // The European Physical Journal. Applied Physics, Nov., 1998, стр. 117-124

67. Б.А.Калин, А.Н.Плющев, В.Т.Федотов и др. «Влияние структурного состояния припоя на физико-механические свойства паяных соединений» // Сварочное производство, N 8, 2001, с. 38-41.

68. Патент RU 2129060. Перевезенцев Б.Н., Соколова Н.М., Синяков А.П. «Способ композиционной пайки алюминия и его сплавов»

69. Дж. Эмсли «Элементы». М., Мир, 1993 г., 256 стр.

70. Е. Lugscheider, Н. Janssen, P. Lu "Niedrig schmelsende Lote zum Hartloten von Aluminiumlegierungen" // Praktiker, 2003, v. 55, N 11, стр. 334-335

71. A.c. 427814. A.B. Блинова, C.H. Лоцманов, Ю.И. Березников и др. «Припой для пайки алюминиевых сплавов»

72. Патент ЕР0587307. Humpston G.; Jacobson D.M.; Sangha S.P.S. «Aluminium alloys»

73. Т.Н. Chuang, M.S. Yeh, L.C. Tsao u.a «Development of a low-melting-point filler metal for brazing aluminum alloys» // Metallurgical and materials transactions A, v. 31, №9,2000, pp. 2239-2245

74. L. C. Tsao, M. J. Chiang, W. H. Lin, M. D. Cheng and Т. H. Chuang «Effects of zinc additions on the microstructure and melting temperatures of Al—Si—

75. Cu filler metals» // Materials Characterization, V. 48, N. 4 , 2002, стр. 341346

76. Патент US2004213694. Wolverton С.; Godlewski L.; Zindel J. «А high strength cast aluminum alloy with accelerated response to heat treatment»

77. S. S. Wang, M. D. Cheng, L. C. Tsao and Т. H. Chuang «Corrosion behavior of Al-Si-Cu-(Sn, Zn) brazing filler metals» // Materials Characterization, V. 47, N. 5, 2001, стр. 401-409

78. Патент JP4046695 «Brazing filler metal for brazing to aluminum member»

79. Конкевич В.Ю., Первов M.JI., Губарева Ж.С. "Композиционные припои для пайки алюминия" // тез. докл. конф. "Пайка в машиностроении", 1315 февраля 1991, г.Тольятти81. «Al-Zn» // Asm Handbook Vol 3. Alloy Phase Diagrams

80. Lugsheider E., Martinez L., Tillman W. «Brazing of high strength aluminum alloys» // Abstracts of 7st AWS Annu. Meeting, 1990, стр. 253-256

81. Патент Канады CA2184431. Suzuki Т., Tanaka Т., Ogasawara M. «Method of brazing aluminum and aluminum brazing material»

82. Патент JP2001062587. Y. Kei «Low melting point aluminum alloy brazing filler material»

83. Патент JP2000343275 К. Kazutaka; S. Susumu «Brazing filler metal, and flux for brazing aluminum or aluminum alloy»

84. A. Sakamoto «Study of furnace atmosphere for vacuum-inert gas partial-pressure brazing» // Welding journal, N 11, 1991, стр. 311-320

85. Патент JP11302759 Saisho S. «Brazing sheet made of highly corrosion resistant aluminum alloy»

86. Международный патент W02006033436 «Method of brazing of aluminum alloy material and process for manufacturing aluminum alloy heat exchanger»

87. Патент JP2001334387 О. Nobuaki, D. Takenobu; S. Maki; O. Hiroshi; N. Satoshi; N. Hiroyuki «Low temperature brazing filler metal for joining aluminum alloy»

88. H.-J. Belt, H.W. Swidersky «Aluminium-Löten bei 500 °C Eigenschaften von ZnAl-Verbindungen» // Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffussionsschweißen, DVS-Berichte, 4 Internationalen Kolloquiums in Aachen, 1996 г., стр. 214-217

89. Патент США US2004238605 «Method of brazing aluminum or aluminum alloy materials and aluminum alloy brazing sheet»

90. Патент США US 5244144 «Method for brazing aluminum materials»

91. W.E. Cooke «Furnace brazing of aluminum with non-corrosive flux» // Welding Journal, V. 57, N 12, 1978, стр. 23-28

92. Патент US3844777. W. Werner «Filler alloys for fluxless brazing aluminum and aluminum alloys»

93. Shaohong Wang, Heping Zhou, Yuping Kang «The influence of rare earth elements on microstructures and properties of 6061 aluminum alloy vacuum-brazed joints» // Journal of Alloys and Compounds, V. 352, № 1-2, 2003, стр. 79-83

94. W. Kohlweiler «Hartloeten von Aluminium» // Aluminium alloys, Heft 5, 1996, стр. 344-348

95. Патент JP2000343275 Kunii К.; Saisho S. «Brazing filler metal, and flux for brazing aluminum or aluminum alloy»

96. Патент JP11090677 Tsuruno A. «Aluminum alloy brazing filler metal and aluminum alloy brazing sheet»

97. R. S. Timsit, B.J. Janeway «А novel brazing technique for aluminum» // Welding journal, N 6, 1994, pp.l 19-128

98. Патент DE4424718. Hicken S. «Ag-Cu-Ni-Mg alloy for brazing aluminium alloys»

99. Осинцев О.Е. «О пайке алюминиевого сплава 01911 через прослойку серебра» // Новые материалы и технологии пайки в машиностроении. МДНТП, 1971, стр. 167-171

100. Патент JP8047792 Otsuka Y.; Sato S.; Ashida К. «Aluminum alloy brazing filler metal»

101. Патент JP8090278 Shiyouji Y.; Hisatomi Y.; Maeda K. «Aluminum alloy brazing filler metal»

102. Патент JP2000288773 S. Sotaro, M. Toshiki «Aluminum alloy filler material»

103. P. Schoendorf «Niedertemperaturhartloeten von Aluminium» // Hart- und Hochtemperaturloten und Diffussionschweissen, DVS-Berichte, 5 Internationalle Kolloquiums, 1998, стр. 14-19106. «Al-Ge» // Asm Handbook Vol 3. Alloy Phase Diagrams

104. Диаграммы состояния двойных металлических системы. Т. 2. / под ред. Н.П. Лякишева. М., Машиностроение, 2001 г., 867 стр.

105. А.с. 476951. Л.М. Джеломанова, А.А. Суслов, Ю.Е. Кукушкин «Припой для пайки алюминиевых сплавов»

106. А.с. 329984. А.А. Суслов, Л.М. Джеломанова, Ф.И. Сорокина и др. «Припой для пайки алюминиевых сплавов»

107. А.К. Mukhopadhyay, K.S. Prasad and P. Ghosal „GeSi precipitation during early stages of aging of a ternary Al-Si-Ge alloys", Aluminium alloys 2002, Conference Proceedings, pp. 899-904

108. V.Radmilovic, U. Dahmen, B. Dracup, M.K. Miller, D.Miltin, and J.W.Morris "Clustering and precipation in Al-Si-Ge and Al-Si-Ge-Cu alloys", Aluminium alloys 2002, Conference Proceedings, pp. 905-910

109. Патент FR2201950 «Filler alloys for fluxless brazing aluminum and aluminum»

110. Европейский патент EP0884129 «Brazing material for use in a low temperature brazing and method for low temperature brazing»

111. Патент Германии DD228196 «Al-Ge-Loetlegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung»

112. European Patent EP 0688629 А1 «Lotwerkstoff»

113. A.c. 422318 «Припой для пайки алюминиевых сплавов»

114. Р. Schöndorf "Niedertemperaturhartlöten von Aluminium" // Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffussionsschweißen, DVS-Berichte, 5 Internationalen Kolloquiums in Aachen, 1998 г., стр. 14-20

115. A.c. 406671 «Припой для пайки алюминия»

116. Европейский патент ЕР 0688629 "Lotwerkstoff'

117. Международный патент W09219780 «Rapidly solidified aluminum-germanium base brazing alloys»

118. US4448853 "Layered active brazing material and method for producing it"

119. Th. Schubert, W. Löser и др. "Preparation and phase transformations of melt-spun Al-Ge-Si brazing foils" // Journal of materials science, v. 32, 1997, стр. 2181-2189

120. L. Illgen, H. Mühlbach, W. Löser, H. G. Lindenkreuz «Preparation of ductile Al-Ge soldering foils by PFC technique» // Materials Science and Engineering A, V. 133 , N3, 1991, p. 738-741

121. Патент США US 5286314 "Rapidly solidified aluminum-germanium base brazing alloys"

122. Патент JP 63140794 «Ge alloy brazing filler metal exhibiting joint strength at high temperature»

123. S. Kirchner "Ausscheidungshärtung dünner Al-0,6Si-0,6Ge-Schichten: Studie zur Übertragbarkeit eines Massivmaterial-Legierungskonzeptes".

124. Dissertationarbeit, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, December 2001

125. E. Lugscheider, K. Schiimbach, H. Janssen u.a. «Lotentwicklung mit Hilfe der linearen Regression am Beispiel von Al-Ge-Si-Legierungen» // Schweissen und hochtemperatur brazing koloqium, 1997, стр. 356-358

126. H. Okamoto „Al-Ge (Aluminum-Germanium)", Journal of Phase Equilibria, 19,1998, стр. 86

127. J. Royset, N. Ryum „Precipitation in some dilute Al-Ge-Si-alloys" // Zeitschrift fuer Metallkunde, 86,1995, стр. 736-741

128. Патент JP4258397 «Brazing filler metal for low temperature brazing for aluminum member»

129. R. W. Olesinski, G. J. Abbaschian „The Ge-Si (Germanium-Silicon) system", Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 5, S. 180-183 (1984)

130. Патент JP4162981 «Foil-shaped aluminum alloy brazing filler metal for vacuum brazing»

131. M. Beller „Der Einfluß von Leerstellen auf die Keimbildung inkohärenter Germaniumausscheidungen in Aluminium-Germanium-Legierungen.", Z. Metallkd., 63,1972, стр. 663-669

132. Патент JP6170582 «Aluminum alloy brazing filler metal for low-temperature brazing»

133. C.B. Лашко, Н.Ф. Лашко и др. «Проектирование технологии пайки металлических изделий». М., Металлургия, 1983 г, 280 стр.

134. М. Хансен, К. Андерко «Структуры двойных сплавов. Справочник». М.,Металлургиздат, 1962, 608 стр.

135. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М. ¡Металлургия, 1979, 640 с.

136. Свойства элементов. Справочник. Т. 1 / под ред. Г.В. Самсонова. М., Металлургия, 1976 г., 678 стр.

137. К. Дж. Смитлз «Металлы. Справочное издание». М., Металлургия, 1980 г., 736 стр.

138. Долгов Ю.С., Сидохин Ю.Ф. Вопросы формирования паяного шва. М., Машиностроение, 1973, 136 стр.

139. В. Юм-Розери, Дж. Христиан, В. Пирсон «Диаграммы равновесия металлических систем». М., ГНТИ литературы по цветной и чёрной металлургии, 1956, 400 стр.