Самодельный флюс для алюминия

Трудность пайки алюминия обычными припоями и флюсами обуславливается целым рядом факторов. Прежде всего, это наличие тугоплавкой и химически стойкой оксидной пленки. Оксид Al₂O₃ препятствует смачиванию поверхности припоем и растворению в нем основного металла. Чтобы разрушить его, применяют механическую обработку и сильнодействующие флюсы.

Создает трудности для пайки и низкая температура плавления алюминия, составляющая 660°C. При нагреве прочность металла быстро снижается, и уже при температурах 250-300°С алюминиевые конструкции могут терять устойчивость. Температура солидуса (температура, при которой плавится самый легкоплавкий компонент) основных алюминиевых сплавов, варьируется в интервале 500-640°С. Это оставляет очень узкий температурный интервал для применения высокотемпературной пайки, при которой существует опасность перегрева и расплавления самой паяемой детали.

В отношении большинства элементов, составляющих основу легкоплавких припоев (Sn, Pb, Cd, Bi, In), у алюминия имеет место слабая взаимная растворимость, что снижает прочность паяных соединений. Исключением является цинк, который с алюминием хорошо взаиморастворимы, обеспечивая необходимую прочность соединения.

Материалы для пайки алюминия

Качественную пайку алюминия обеспечивают припои содержащие цинк, серебро, медь, алюминий, кремний. Существует большое количество составов как отечественного, так и импортного производства, содержащих эти элементы в различном соотношении. Из отечественных припоев можно привести ЦОП40 (60% олова и 40% цинка) и 34А (66% Аl, 28% Cu и 6% Si). Чем выше содержание цинка в цинковом припое, тем большую коррозионную стойкость и прочность имеет паяное соединение.

Большинство припоев является низкотемпературными, однако температура их плавления выше, чем у оловянно-свинцовых. По-настоящему высокотемпературными являются алюминиево-кремниевые (силумины) и алюминиево-медно-кремниевые припои. В качестве первого можно привести припой Aluminium-13 фирмы Chemet, содержащий 13% Si и 87% Аl (припой покрыт флюсом). Его температура пайки составляет 590-600°C. Примером второго может служить, уже упоминавшийся, отечественный припой 34А, состоящий из 66% Аl, 28% Cu и 6% Si. Интервал его температуры пайки — 530-550°C. Если возникает необходимость в применении высокотемпературных припоев, они применяются для пайки алюминия и тех его сплавов, которые имеют достаточно высокую температуру плавления, или деталей имеющих массивные размеры, обеспечивающие хороший теплоотвод.

Если говорить о самых удобных материалах, то к ним относятся, конечно, бесфлюсовые низкотемпературные припои, например HTS-2000.

Флюсы. К выбору флюса нужно подходить очень серьезно, именно его активность определяет паяемость алюминия, особенно при использовании обычных оловянно-свинцовых припоев. Далеко не все флюсы проявляют в отношении алюминия активность, заявляемую их производителями. Одним из отечественных флюсов является состав, называемый предельно информативно — "флюс для пайки алюминия". Ещё есть флюс Ф59А, Ф61А (содержащий триэтаноламин, фторборат цинка, фторборат аммония) и другие. Под названием "флюс для пайки алюминия" могут скрываться Ф59А, Ф61А или другие, даже если это не указано на упаковке.

В качестве высокотемпературного флюса можно привести флюс 34А, который содержит 50% KCl, 32% LiCl, 10% NaF и 8% ZnCl₂.

Подготовка деталей к пайке

Нужно понимать, что после удаления старой окисной пленки, взамен ее мгновенно образуется новая, так что полностью избавиться от оксидного барьера все равно не получается. Смысл зачистки состоит в том, что вновь образующаяся пленка оказывается значительно тоньше и слабее старой, в результате чего флюсу с ней легче справляться.

Способы нагрева

При нагреве следует проявлять осторожность, чтобы не допустить перегрева основного металла, способного привести к его расплавлению. Нужно постоянно контролировать температуру основного металла, прикасаясь к нему стержнем припоя. При достижении рабочей температуры он начнет плавиться.

Пламя должно быть нормальным — без избытка или недостатка кислорода. В сбалансированной газовой смеси пламя только нагревает металл и не оказывает сильного окислительного действия. В случае сбалансированной газовой смеси пламя горелки обладает ярко-синим цветом и небольшой величиной. Пересыщенное кислородом пламя сильно окисляет поверхность металла, его факел бледно-голубого цвета и маленький.

Мелкие детали с небольшим теплоотводом при использовании низкотемпературных припоев паяются электропаяльниками.

Технология пайки алюминия

Пайка бесфлюсовым припоем имеет особенность, заключающуюся в том, что для облегчения проникновения припоя через оксидную пленку, её желательно разрушить, осуществляя чиркающие движения твердым концом прутка припоя или стержнем из нержавеющей стали по расплаву. При этом происходит нарушение целостности окисной пленки.

Разрушать оксидную пленку можно и щеткой из нержавеющей стали, растирая ею расплавленный припой по поверхности деталей. Соединяемые элементы лучше прижимать друг к другу лужеными поверхностями и нагревать до температуры пайки. Полученное таким способом соединение получается очень прочным.

Примеры использования пайки алюминия

Пайка алюминия широко используется при ремонте автомобилей, тракторов, мотоциклов. Во многих случаях она оказывается предпочтительней, чем сварка, поскольку не приводит к изменению структуры металла и его деформации. Восстановление герметичности протекшего картера из алюминия, пайка алюминиевого радиатора, ремонт изношенной или разрушенной детали — для всех этих случаев пайка может оказаться безальтернативным способом устранения неисправности.

Пайкой можно отремонтировать алюминиевый блок цилиндров, заделать появившиеся на нем трещины, прогары, сколы. Восстановить резьбу в разбитом резьбовом отверстии. Для этого последнее заполняется расплавленным припоем, после чего в него вставляется болт. После охлаждения конструкции остается лишь вывернуть болт. Прочность резьбы, восстановленной таким способом, не уступает прочности исходной.

Пайка позволяет заделать отверстия в различных емкостях и изделиях, для которых необходима герметичность. Паять отрытым пламенем емкости, в которых хранились воспламеняющиеся жидкости нельзя, подробнее здесь.

Пайкой ремонтируют алюминиевые трубопроводы компрессоров, насосов и кондиционеров. Пайка алюминия в домашних условиях позволяет отремонтировать любую вещь, изготовленную из чистого алюминия или его сплава — лестницу, водосточный желоб, посуду, алюминиевый сайдинг. При использовании качественных материалов может быть достигнута такая прочность соединения, что отремонтированное изделие окажется прочнее нового.

Если нет хорошего флюса и припоя

Роль инструмента, разрушающего оксидную пленку, играет специальный паяльник со скребком или добавленные в канифоль железные опилки. При трении облуженного паяльника о деталь, покрытую канифолью, скребок или опилки удаляют старую пленку, а канифоль не позволяет образоваться новой. Одновременно происходит лужение очищенной от окисла поверхности припоем, добавляемым на паяльник по мере необходимости.

Этот хлопотный и не гарантирующий успеха способ целесообразно применять лишь в случае крайней необходимости. Самый простой и естественный вариант — приобретение качественных флюсов и припоев, пайка которыми обеспечивает получение прочного и коррозионностойкого соединения без ненужной траты времени и сил.

Соединение двух и более неметаллических или металлических материалов и веществ посредством присаживаемого металла, называется пайка. Мы предлагаем рассмотреть, что такое флюс для пайки, как его можно изготовить своими руками, а также рассмотрим характеристики, и как сделать припой для меди, серебра, олова, нержавейки.

Пайка и её особенности

Чтобы получить действительно качественное соединение нужно выдержать специальную температуру в зоне шва. В среднем этот показатель варьируется в пределах 50-100 градусов. Также учитывается то, что температурный порог необходимый для того, чтобы расплавился припой, значительно выше, чем просто для плавления обрабатываемого металла. Положительные качества пайки:

• полная герметичность соединенных деталей;
• высокая прочность соединений;
• значительная экономия времени и затрачиваемых сил, в сравнении со сварочными процессами;
• на местах спайки образуется специальный слой-пленка, которая противостоит коррозии и окислению металлов.

Виды припоя

Припои – это достаточно специфический ряд веществ, которые должны соответствовать следующим условиям:

1. Высокие показатели теплопроводности и электропроводности;
2. Хорошая прочность и высокий коэффициент растяжения;
3. Коррозионная стойкость;
4. Преобразование в жидкую среду при воздействии температуры сварки;
5. Контрастная величина остывания металла пайки и кристаллизации припоя.

Данные вещества варьируются в зависимости от температуры процесса паяния, и бывают мягкие и твердые.

Таблица флюсов

Пайка мягкими припоями

Пайка мягкими припоями может осуществляться только до температуры ниже, чем 400 градусов по Цельсию. Эти вещества позволяют обеспечить образование действительно прочного и одновременно мягкого шва, который не только будет отличаться относительной гибкостью но и хорошими показателями стойкости к коррозии и физическим воздействиям.

К мягким припоям относятся:

1. Свинцово-оловянные
2. Припои с малым содержанием олова
3. Специальные и легкоплавимые

Припой, температура работы у которого 185 ÷ 267˚С – соединяет в себе олово и свинец. Также в небольшом количестве добавляется и сурьма. Перед покупкой обязательно проверяйте ГОСТ, там указана вся информация по припою. Например, ПОС 40 – последняя цифра означает что в данном веществе содержится 40% олова, в среднем сурьмы добавляется от 3 до 5 процентов, все остальное – свинец. Данные припои используются для соединения швов, которые не нуждаются в ответственности, т.е. не нагружены, не подаются битью или постоянной вибрации.

Для пайки также применяется бессвинцовой флюс. Их еще называются малооловянистые соединения. В основном их применяют для соединения небольших плат, контактов на нежных электрических схемах и т.д. Максимально допустимая температура плавления – 330 градусов по Цельсию.

Самые нераспространенные – это припои легкоплавкового типа, температура от 60 градусов до 145. Они приобретаются для низкотемпературной пайки или очень осторожной ручной сварки. В частности, их нельзя назвать основными припоями, т.к.у них очень маленькая прочность и эластичность. Они чаще применяются для повторного или ступенчатого паяния.

В отдельных случаях необходимо изготовление специального состава, его свойства подгоняются непосредственно для материалов, не поддающихся пайке (это флюс для никеля, низкоуглеродистой стали, алюминия, вольфрама и чугуна).

Рассмотрим самые популярные смеси:

1. Флюсы для пайки алюминия в обязательном порядке должны быть на оловянной основе, также в них содержится бура, цинк, кадмий, но все, же олова в них содержится более чем 99 %. Цинк и кадмий необходимы для повышенной диффузии, которая способна проникнуть даже в глубинные слоя алюминия.
2. Паста-флюс или гель для пайки микросхем, также такие припои используются для печатных плат.

Флюс гель

Для таких сплавов припои поставляются в виде разнообразных составов относительно густых, прутьев, лент и проволочных катушек (как для сварки). Также бывают чушки, которые наполовину заполнены флюсом из канифоли.

Твердые припои для пайки

Состав флюсов для пайки твердым припоем используется соединения проблемных мест, которые все время поддаются негативному воздействию окружающей среды (вибрации, перепады температур, удары и прочее). В основном это составы для высокотемпературной пайки, о т 400 градусов по Цельсию и выше. К ним относятся:

1. Припой для твердого сплава из меди и цинка (до 1000);
2. Фосфор и медь (до 900 градусов);
3. Чистая медь применятся для процесса пайки высокоуглеродистого железа;
4. Флюс безотмывочный, для пайки серебром (до 800 градусов включительно).

У твердоплавких припоев также есть свое распределение, они бывают тугоплавкими, с температурой для плавки от 850 градусов, и легкопавкие – с показателем выше данного температурного режима.

Нужно отметить, что смесь меди (используются марки М21, М11 и прочие) и цинка недостаточно распространена, из-за низких показателей прочности и относительно дорогой стоимости в большинстве случаев её успешно может заменить припой из бронзы с цинком или латуни.

Припои медно-фосфорного типа – это заменители очень дорогих серебряных флюсов. Они незаменимы при соединении медных металлов, бронзы, латуни и прочих соединений металлов, которые не должны работать на сгибы или ударные нагрузки. К слову, этот сплав еще называется припой для бесфлюсовой пайки (но не для меди).

Категорически запрещено использовать данные сплавы для пайки железа, черных металлов, низкоуглеродных сталей, т.к. при температурном воздействии и соединении с медью или фосфором образуется очень хрупкий химический элемент – фосфиды железа, который поспособствует тому, что шов разойдется.

Из-за металлофосфористых припоев образуются фосфиды железа, которые являются члишком хрупкими соединениями, и способствуют понижению качества металла, их не советуют использовать для пайки железа.

Видео: Приготовление паяльного флюса своими руками

Самым лучшим вариантом для таких спаечных процессов является серебряные припои. Они наиболее дорогостоящие. И используются также для соединения проводов, капиллярной сетки из проводов, и очень сложных плат из серебряных компонентов.

Прочие типы флюса

1. Флюсы с ярко выраженными антикоррозийными свойствами. Это соединения на основе кислоты фосфора и растворителя, которые при взаимодействии образовывают органические соединения. Их очень выгодно использовать, потому что после процесса пайки не нужно использовать специальные очистители;
2. Жидкие флюсы из салициловой кислоты, вазелина, золота и этилового спирта. Это самое удобное соединение для радиаторов, спайки электрических проводов. Этот флюс обеспечивает высокую чистоту шва и его аккуратность;
3. Для того чтобы изготовить нейтральный флюс для электрических приборов, отличающихся повышенными требованиями к точности (реле времени, выключатели, для соединения контактов мобильных телефонов, и т.д.) понадобится соединения канифоли с воздухом. Канифоль очень низкоактивна и её следует применять только на подготовленных металлах, предварительно очищенных и залуженных; Канифоль
4. Активированные флюсы – это бура и канифоль. В большинстве случаев она используется для водопроводных соединений и пайки медных труб. Главным отличием является тот факт, что бура плавится при температуре от 70 градусов, при этом, не выделяя абсолютно никаких вредных соединений. Это только одна разновидность; Бура
5. Еще для того, чтобы приготовить активированные флюсы можно использовать такой рецепт: смешиваем канифоль, анилин, добавляем немного ангидрида, салициловой кислоты и диэтиламина. Это неплохой вариант изготовления пайки для монтажных скреплений.

Общие советы по флюсам

Самодельный флюс для пайки – это не всегда выгодный вариант, иногда его действительно выгоднее купить, тем более, что в большинстве случаев цена позволяет, скажем, smd или bga. На данный момент более сотни отечественных компаний производят флюсы и смеси для пайки и сварки, среди которых мы можем посоветовать лти 120, Brazetec, harris, rma, sanha, welco (в среднем стоимость от 80 рублей).

Продажа осуществляется в любом магазине электрических приборов и рынке во все городах: Екатеринбурге, Минске, Москве, Новосибирске, Харькове, Челябинске Ростове-на-Дону.

Нужно отметить, что в любом случае во время процесса сварки или пайки выделяются газы, которые могут навредить организму, но если пользоваться профессиональными смесями это вред будет гораздо ниже, поэтому остановите свой выбор на известных марках.

Довольно часто можно услышать такую точку зрения, что сплавы алюминия и сам алюминий довольно плохо паять. Однако данное мнение будет справедливым лишь в случае, если для него использовать те же флюсы и припои, что и для меди, стали и ряда других материалов. Сегодня в продаже можно найти специальные материалы, которые были разработаны непосредственно для пайки алюминия. В итоге, паять его стало так же возможно, как и медь.

Сложность пайки алюминия при использовании стандартных припоев и флюсов заключается в целом ряде химических и физических особенностей такого материала. Прежде всего, следует отметить, что на поверхности этого металла всегда находится довольно прочная пленка оксида, которая к тому же способна хорошо сопротивляться воздействию самых разных химических соединений.

Оксидная пленка не допускает попадания припоя непосредственно на поверхность металла. Для ее преодоления прибегают к одному из 2 способов:

1. Механическая обработка, за счет которой пленка удаляется с поверхности провода, после чего можно его начинать паять.
2. Применение сильнодействующих флюсов, которые попросту растворяют ее и обнажают поверхность чистого металла.

Сложность при пайке алюминия заключается также и в том, что у этого металла невысокая температура плавления, которая составляет всего лишь 660 градусов. Прочность провода при нагревании до 250-300 градусов становится значительно ниже, из-за чего он становится неустойчивым.

Температура пайки должна находиться в пределах от 500 до 640 градусов. Это не слишком большой интервал, особенно, если планируется использование высокотемпературной пайки, где очень высока вероятность перегрева материала, после чего происходит расплавление провода.

В отличие практически от всех металлов, используемых в легкоплавких припоях:

• свинец;
• кадмий;
• висмут;
• сурьма и т.д., алюминий обладает такой характеристикой, как невысокая взаимная растворимость. Это приводит к тому, что прочность соединений, полученных в результате спаивания, оставляет желать лучшего.

Что использовать?

Выбор флюса для алюминия зависит от целого ряда немаловажных факторов. В частности, наибольшей популярностью пользуется так называемый бинарный флюс, представляющий собор раствор концентрированной фосфорной кислоты.

У него есть большое количество положительных моментов:

1. Этот состав является безотмывочным, то есть он не будет нуждаться в дополнительной промывке после завершения паяльных работ.
2. Он очень быстро действует, поэтому приступать к пайке можно практически сразу же после его нанесения на поверхность провода.
3. Вещество универсальное, поэтому является подходящим для ряда других металлов, в частности, стали или меди.

Чтобы пайка алюминия получилась как можно лучше, нужно использовать припои, где содержится алюминий, серебро, кремний, цинк и медь. В продаже можно найти расходные материалы, где содержатся все эти материалы.

Выбирая припой, принимают во внимание, что соединение будет иметь наивысшую способность к сопротивлению коррозионным процессам, если в припое содержалось большое количество цинка.

Вполне допустимо использовать для пайки алюминия припои, сделанные на базе свинца и олова, однако здесь невозможно будет обойтись либо без механической зачистки материала, либо без использования надежных флюсов. Не рекомендуется использовать припой такого рода, так как алюминий не будет с ним достаточно надежно соединяться. Еще одним отрицательным моментом является подверженность соединения развитию коррозии.

Помимо припоя и флюса, понадобится паяльник. Ширина жала здесь будет напрямую зависеть от того, насколько большое сечение у провода – чем оно выше, тем шире жало следует подбирать. Стоит отметить, что паяльники с нерегулируемой температурой нагрева сейчас постепенно уходят в прошлое.

Им на смену приходят так называемые паяльные станции. Эти изделия хороши тем, что имеют регулятор температуры нагрева жала паяльника, а также целый набор этих сменных жал. В работе с таким материалом как алюминий, это очень полезный момент. На дисплее можно выставить необходимую температуру с точностью до градуса и приступить к работе.

Как паять?

Перед тем, как приступить к непосредственной пайке, необходимо правильно подготовить поверхность проводов. Для начала необходимо, чтобы поверхность была обезжирена. Этого добиваются путем обработки участка пайки ацетоном, бензином или же растворителем другого рода.

Если под рукой отсутствует флюс, необходимо механическим путем удалить оксидную пленку с поверхности провода. Это делают при помощи наждачной бумаги, стальной щетки, протравливающей жидкости и так далее.

Когда оксид снят, провода фиксируют, прогревают паяльником и наносят на разогретый участок припой.