Алюминиевые припои. Алюминий со многими элементами об­разует двойные, тройные и четверные эвтектики с температурами плавления от 600 до 29,8 °С (А1—Са) и даже ниже нуля —до -39,8 °С (Al-Hg).

Большинство тройных и четверных эвтектик, содержащих алю­миний, малопластичны и не деформируются. Некоторые тройные эвтектики на основе алюминия исследованы в качестве припоев. Многие из них оказались непригодными для пайки алюминия и его сплавов не только вследствие малой пластичности, но и слабой сопротивляемости коррозии.

Наиболее широкое применение в качестве припоя получила двойная эвтектика А1—11,77% Si (температура плавления 577 °С) и сплавы на ее основе (табл. 13). В качестве припоев часто применяют и доэвтектические сплавы системы А1 — Si с темпера­турой солидуса 577 °С. Эти припои обладают хорошими литейными свойствами и лучшей, чем другие алюминиевые припои, коррозионной стойкостью, меньшей химической эрозион­ной активностью.

Некоторым недостатком припоев на основе А1—Si является их голубовато-серый цвет по сравнению с белым цветом алюминия и сплавов алюминия, содержащих медь. При анодировании сплавы

Таблица 13. Алюминиевые припои * Состав припоя, % Температура, °С Припой А1 Zn Си Si Mn, Ge плавле­ ния пайки В62 52,5—50,5 24—26 20 3,5 1,5 Mn 490—500 505—510 Германиевый-1 64,5 — — 4,5 31 Ge 460—480 530—550 Германиевый-2 66,5 — — 5,5 28 Ge 440—460 — 34А 67—65 — 27—29 6 — 525 530—550 П550А 67 — 27 6 — — — П124 ** 53 — 40 7 — 530 540—580 П575А 80 20 — — — 575 — П590А 89 — 10 1 — 590 — Эвтектический силумин 88,3 11,7 577 * Пайка возможна с флюсом Ф34А. ** Пайка в ваннах из флюсов Ф380, № 17 и др.

на основе А1—Si при содержании более 3 % Si приобретают темно-серый цвет.

При добавке в алюминий 20—30 % Zn и образовании сплавов А1—Zn с относительно небольшим интервалом кристаллизации (например, припои ПАКЦ, П575А) температура их плавления снижается. Сплавы А1—Zn, легированные чистым цинком, имеют сравнительно высокую коррозионную стойкость в условиях умерен­ной и тропической атмосферы. Сопротивляемость коррозии спла­вов А1—Zn значительно снижается при наличии примесей.

Эвтектику А1—33 % Си с температурой плавления 548 °С не используют в качестве припоя из-за ее хрупкости. Широкое применение нашел эвтектический сплав А1—Si—Cu(Al—CuAU— Si) с температурой плавления 525 °С (припой 34А) и сплавы, близ­кие к нему, богатые медью, а также сплавы системы А1—Си—Si, содержащие относительно немного меди и кремния, например при­пой П590 (10 %Си и 1 % Si).

Существенный недостаток алюминиевых припоев с германи­ем — их низкая пластичность и неспособность к прокатке при со­держании более 13—14 %Ge.

Вполне удовлетворительные технологические характеристики имеют припои следующих составов (%): 1) 5 Si, 31 Ge, А1— остальное (/пл = 460-5-500 °С); 2) 4 Si, 34 Ge, А1 — остальное (/пл = 455-і-485°С); 3) 3,5 Si, 36 Ge, Ge — остальное (/Пл = 422-г - 486 °С).

Силумин, содержащий магний, оказался вполне пригодным для пайки стеклянных отражателей с алюминиевой подложкой в до­рожных знаках и сигналах. Для этой цели использован припой А1—(4—13%)Si— (4—6%)Mg в виде плакированного слоя (5—10 % его толщины) на алюминии (паяемом металле). Пайку выполняют после нагрева алюминиевого сплава в интервале тем­ператур 566—635 °С с укладкой на него при покачивании стеклян­ного отражателя (например, в виде шариков), подогретого до температуры 427—538 °С.

По данным К. Н. Башкова и других, легирование силумина А1— (5—12%)Si—(1,5—6 %)Mg никелем (2—6%) позволяет сни­зить химическую эрозию паямого металла в припое и повысить прочность паяного соединения.

Другим путем снижения эрозионной активности силумина, со­держащего более 1,5 %Mg, является легирование его германием и медью, образующими более легкоплавкие и менее богатые алюминием эвтектики. По данным А. А. Суслова и других, состав такого припоя (%): 5—10 Ge, 5—12 Si, 10—15 Си, 1—6 Mg, А1— остальное.

Силумины без магния с пониженным содержанием кремния и цинка также образуют прочные и коррозионно-стойкие паяные соединения. Состав припоев (%): А1—(15—22)Си—(1—5)Si— (7—16)Zn; температура плавления 480—560 °С. Понижение со­держания кремния обеспечивает также возможность анодирова­

ния паяных швов. Паяное соединение отличается хорошей плас­тичностью при изгибе, ковке и прокатке. Электросопротивление припоев 0,000021 Ом-мм2/м (20—100 °С); плотность 3 г/см3. Припой пригоден для флюсовой пайки и хорошо затекает в капил­лярные зазоры. С уменьшением в припоях содержания меди и вве­дением в них серебра (1 —14 %) и индия (менее 0,2 %) силумины лучше растекаются и образуют более коррозионно-стойкие паяные швы. По данным Нисимура Макото, состав таких припоев (%): 1 —14 Си, 3—5,8 Si, 1—8 Zn, 1 —14 Mg и менее 0,2 In.

Увеличение в силуминах содержания цинка до 30—35 %9 меди до 10—20% (при содержании кремния 0,3—10%) обеспечивает температуру плавления припоев в интервале 400—460 ° С. Эти при­пои также отличаются высокими механическими свойствами, кор­розионной стойкостью, хорошей смачиваемостью и электрической проводимостью. Подобные свойства имеют также припои, содер­жащие 0,5—22 % Си, 0,5—14 %Si, 0,5—55 % Zn и 0,05—1 % Сг; температура плавления 400—540 °С. Введение хрома, по-види­мому, способствует повышению их коррозионной стойкости.

Самофлюсуемость силуминов с 10 % Si обеспечивается при введении в них 0,1—0,001 % лантанидов (Заявка 54-95956 Япония, кл. 12 В 22 (В 23 К 35/30). Такой припой лучше применять в виде плакированного слоя на листах паяемого металла (5—10 % их толщины). Пайку с таким припоем ведут в вакууме (p = 2,66X X Ю~3 Па). Паяные соединения имеют плавные галтельные участ­ки.

Для бесфлюсовой пайки алюминия в припои вводят легкоиспа - ряющиеся компоненты: висмут, кадмий, цинк, сурьму, стронций, барий, натрий, литий, фосфор. Припои такого типа А1—(8—11) % Si— (0,05—10) %К, где К — один из легкоиспаряющихся эле­ментов. Особенно эффективны компоненты: висмут, цинк, кадмий, сурьма, стронций, барий в количествах 5—10 %. У таких припоев, нанесенных предварительно в виде плакированного слоя, при пайке в результате испарения указанных элементов легко диспер­гирует пленка оксида алюминия, что обеспечивает процесс пайки в проточной защитной атмосфере или в форвакууме при температуре 580—600 °С в течение 3—10 мин. Паяные соединения из сплава АМц имеют сопротивление срезу 98—137,2 МПа, высокую корро­зионную стойкость в условиях тропиков. Припои такого состава в виде компактных кусков пригодны для капиллярной пайки при условии предварительной их укладки в открытый питатель в верх­ней детали или для некапиллярной пайки с предварительной разделкой кромок.

Серебряные припои. Большие возможности для изменения свойств припоев дает легирование серебра медью, поэтому боль­шинство серебряных припоев содержат медь. Для системы сплавов Ag—Си характерно образование простой пластичной эвтектики с 72 % Ag и температурой плавления 778 °С. Высокая пластич­ность двухфазных сплавов системы А1—Си, состоящих из твердых 104

растворов на основе серебра и меди,— одна из основных причин их применения в ка­честве припоев.

Припои Ag — Си не со­держат элементов С ВЫСОКИМ давлением пара, имеют низ­кое электросопротивление и пригодны для пайки вакуум­ной аппаратуры.

Способность цинка резко снижать температуру плав­ления серебряных и медных сплавов используют при вве­дении его в припои системы Ag — Си. Малая стоимость цинка имеет при этом не­маловажное значение.

Для сохранения двухфазности припоев Ag—Си—Zn количест­во цинка не должно превышать 21 % ПРИ значительном содержа­нии меди, необходимой для его удержания в твердом растворе (рис. 22). По составу припои Ag — Си не выходят за область существования ар, 2- или (аі + а2)-фаз (табл. 14).

Временное сопротивление литых припоев системы Ag—Си—Zn марок ПСр 25 и ПСр 45 равно соответственно 274,4 и 294 МПа, а сопротивление срезу соединений из латуни Л62 составляет 221 МПа после пайки припоем ПСр 25 и 279,3 МПа после пайки припоем ПСр 45.

Кадмий и олово позволяют еще больше снизить температуру ликвидуса как однофазных, так и двухфазных сплавов на основе Ag—Си, но растворимость этих элементов в серебре и меди меньше, чем цинка, и образующиеся интерметаллиды сильно сни­жают пластичность и прочность сплавов; так, 1 % Cd снижает тем­пературу плавления меди на 7,5 °С, но введение в нее 2 % Cd вызывает образование хрупкой фазы СигСб. Растворимость кад­мия в серебре больше (~40 %), чем в меди, поэтому в сплавах

Таблица 14. Серебряные припои, содержащие медь Припой Состав припоя, % Температура **, °С Плотность, г/см3 Ag Си ликвидуса пайки ПСр 92 * 92,5 7,3 890 899—930 9,9 ПСр 72 72 28 778 780—900 9,9 ПСр 71 67 33 645 825—840 9,8 ПСр 50 50 ±0,5 50 ±0,5 850 850—950 9,3 * Содержит ~0,2% Li ** Температура солидуса припоев 779 °С.

Рис. 23. Температурные области
кристаллизации серебряных при-
поев:

1 — трехкомпонентного; 2 — четы-
рехкомпонентного

систем Ag — Си — Cd и Ag — Си — Zn можно сни­зить температуру плавления, сохранив двухфазную струк­туру aAg — aCu, что труд­нее сделать в сплавах, содержащих вместо кадмия олово. Сплавы Ag—Си послужили основой для разработки относи­тельно легкоплавких припоев системы Ag—Си—Zn.

Достаточная пластичность припоев четверной системы воз­можна при соотношении элементов, обеспечивающих температуру ликвидуса не ниже 605 °С, а температуру солидуса не ниже 590 °С. Некоторые из этих припоев обладают тем свойством, что их темпе­ратура пайки может находиться ниже температуры ликвидуса. Наименьшая температура пайки стали пластичными припоями системы Ag—Zn—Cd—Си равна 610 °С при содержании в них 40 % Ag.

Припои этой системы с более широкими интервалами кристал­лизации (например, припой ПСр 37,5) удобны для пайки изделий с зазорами шириной до 0,5 мм, а припои с более узким интервалом кристаллизации (например, припой, содержащий 40 % Ag, 20 % Cd, 19 % Си, 21 % Zn; tnл = 630^-595 °С, /п = 610 °С),— для пайки изделий с относительно небольшими зазорами (^0,2 мм).

Для создания преимущественно двухфазной структуры в этих сплавах с достаточной пластичностью содержание меди не должно быть ниже 25 %, суммарное содержание цинка и кадмия не выше 40 %. Эти припои содержат серебро и медь в соотношении, близ­ком к таковому в эвтектике Ag—Си. Замена части цинка кадмием в припоях, состоящих из а- и аг-фаз, приводит к повышению температуры ликвидуса. Растворимость кадмия в меди весьма не­значительна по сравнению с растворимостью цинка в меди, а так­же кадмия в серебре.

Эти сплавы имеют двухфазную структуру, характерную для двойной эвтектики Ag—Си с небольшим количеством избыточ­ных первичных фаз. Типичное изменение температурного интер­вала кристаллизации припоев системы Ag—Си—Zn—Cd, по Г. Р. Брукеру и Е. В. Битсону, представлено на рис. 23. Дальней­шее понижение температуры плавления припоя ПСр 40 путем по­вышения содержания цинка или кадмия сопровождается появле­нием в нем значительного количества интерметаллидной фазы и резким охрупчиванием.

Соединения, паянные припоями системы Ag—Си—Zn—Cd, теплостойки примерно до 400 °С, а припои системы Ag—Си—Zn—
до температуры 500 °С в связи с упрочнением твердого раствора на основе серебра. При пайке сталей двухфазные припои на основе Ag—Си имеют важное преимущество по сравнению с припоями на основе а-латуней: они не проникают по границам зерен. Это свя­зано с более низкой температурой плавления припоев первой систе­мы, когда диффузионные процессы протекают с меньшей ско­ростью.

Значительное снижение температуры плавления припоев си­стемы Ag—Си может быть достигнуто легированием их сурьмой в количестве 10—30 %. Однако такие припои имеют низкую плас­тичность и поэтому применяются весьма ограниченно.

Олово по своему действию на температуру плавления припоев Ag—Си подобно кадмию и цинку. Так как растворимость олова в серебре и меди значительно меньше, чем кадмия и цинка, то его вводят в серебряные припои в сравнительно небольших количест­вах. В противоположность цинку и кадмию олово обладает малым давлением пара, поэтому припои системы Ag—Си—Sn могут при­меняться для пайки вакуумных приборов в отличие от припоев системы Ag—Си—Zn—Cd. В припоях, применяемых для пайки вакуумных приборов, содержание цинка и кадмия не должно превышать 0,005 %.

Количество олова, вводимого в серебряные припои, чаще всего составляет 3—5 %, хотя известны отдельные случаи применения припоев с 10—15% Sn (табл. 15).

Олово в небольших количествах (5—7 %) вводят в припой ПСр 92 (Ag—7,5 % Си) для повышения коррозионной стойкости в атмосфере, содержащей H2S и SO4, а также в морской воде или при нагреве на воздухе. Одновременно увеличиваются твердость, прочность и электросопротивление припоя.

Серебро является хорошей основой для создания припоев с бо­лее высокой температурой пайки (выше температуры его плавле­ния). Для этой цели используют легирование серебра элементами, образующими с ним непрерывный ряд твердых растворов (Au, Pd) или хорошо растворимых в нем (Мп). В серебряные припои вводят также никель. Никель с серебром очень мало растворимы в твер-

Таблица 15. Серебряные припои с оловом Марка или номер припоя Состав припоя, % Температура, °С Ag Си Zn Sn солидуса ликвидуса ПСрМО 68—27—5 68 27 5 655 765 ПСр 62 62 ±0,5 28 ± 1 — Остальное 650 723 1 * 48—50 12,2—13,2 14,4—12,6 0,9 — — 2 38 42 16 Остальное — 800 3 56 22 17 5 620 670 4 53 32 — 15 670 690 * Припой содержит 25,3—26,7 % Cd.

дом и в жидком состояниях, поэтому никель вводят только в двух­фазные сплавы, содержащие медь, в которой этот металл раство­ряется.

Введение в серебро марганца несколько повышает температуру ликвидуса. Содержание марганца в припоях системы Ag—Мп обычно не превышает 25 % (с целью сохранения однофазности). Дальнейшее увеличение содержания марганца снижает пластич­ность припоев. Температура ликвидуса припоя Ag—15 % Мп со­ставляет 980°С, температура пайки — 1000 °С.

Припой Ag—15 % Мп пригоден для работы до температуры 425 °С, тогда как припой ПСр 72 пригоден для изделий, работаю­щих при температуре не выше 370° С. Однако соединения из хромистых сталей, не содержащих никеля, паянные припоем Ag— 15 %Мп, склонны к щелевой коррозии. По мнению С. Н. Систера и др., легирование серебряных припоев никелем (2—2,5) % пре­дотвращает развитие щелевой коррозии в пограничных слоях меж­ду сталью и паяным швом вследствие образования между ними промежуточного тонкого слоя никеля.

Легирование припоев системы Ag—Си марганцем или марган­цем и никелем позволило улучшить некоторые их свойства. Пер­воначально никель и марганец добавляли в серебряно-медные припои для их осветления, но, как оказалось впоследствии, они имеют и другое важное значение. В зависимости от соотношения никеля и марганца можно изменять цвет, температуру плавления и прочность припоев; никель (входя в твердый раствор) повышает, а марганец снижает температуру ликвидуса серебряных припоев, содержащих значительное количество меди, и повышает тепло­стойкость соединений (ПСр 37,5). Прочность серебряных припоев повышается при добавке никеля без снижения пластичности.

В припоях системы Ag—Си—Мп марганец также служит хоро­шим раскислителем. Жидкотекучесть, смачиваемость и прочность припоев системы Ag—Си—Zn повышаются при введении в них марганца и никеля. Поэтому в серебряно-медные припои обычно вводят 1—5 % Ni и 5—15 % Мп.

Весьма перспективен легирующий компонент серебряных при­поев — палладий. Легирование припоев Ag—Мп палладием (20— 30%) повышает рабочую температуру паяных швов стальных изделий более чем на 200 °С. При пайке серебряно-марганцевыми припоями с палладием Ag—Pd—Мп необходима сравнительно вы­сокая температура.

Припои такого типа, содержащие палладий (64 % Ag—33 % Pd — 3 % Мп, температура пайки ~ 1200—1230 °С и 75 % Ag — 20 % Pb — 5 % Мп, температура пайки 1120 °С), нашли примене­ние за рубежом. Согласно М. Д. Белвару, эти припои сохраняют достаточно высокую прочность до температуры 650 °С, но при температуре 800 °С имеют низкую жаростойкость, а временное сопротивление достигает 48—75,5 МПа.

Введение палладия в серебряные припои способствует
также улучшению сма­чивающей способности их при пайке сталей.

Припои Ag — Си — Pd (рис. 24) и Ag — Pd —

Мп в жидком состоянии не вызывают химической эрозии стали и поэтому пригодны для пайки то­нкостенных конструк­ций. Соединения из кор­розионно-стойких ста­лей, паянные припоями Ag — Pb — Мп, менее склонны к коррозии, чем соединения, паян­ные припоем Ag — Мп.

Припои Ag—Pd—Мп применяют для пайки сталей, никелевых сплавов со сплавами на основе никеля, меди, кобальта, золота, же­леза, молибдена, вольфрама и др. Палладий в припое ПСр 72 способствует повышению прочности и коррозионной стойкости в паяных соединениях. Легирование серебра 10—12 % Pd, как пока­зал Д. В. Руза, оказывается достаточным для снижения угла смачивания до нуля в сухих водороде или аргоне, а при 20 % Pd и в непросушенных водороде или аргоне — при пайке сталей. Вве­дение 6 % Pd в припой ПСр 72 обеспечивает высокую вакуумную плотность паяных швов.

Небольшие количества фосфора (~ 1 %) при пайке меди и ли­тия (0,2—0,5 %) при пайке сталей делают серебряные припои системы Ag — Си способными к самофлюсованию. Припой ПСр 71, легированный 1 % Р, хорошо растекается без флюса по меди на воздухе (при условии достаточно быстрого нагрева при пайке).

Большое значение для свойств паяных соединений из сталей имеют примеси некоторых элементов в серебряных припоях. Чрез­вычайно вредны примеси алюминия, кремния, фосфора, серы.

При содержании в серебрянных припоях более 0,01 % А1 (алюминий может попадать в жидкий припой, в частности, из алю­миниевой бронзы или сплавов А1—Ni—Со при пайке их со сталью) образуются малопрочные соединения из-за повышенной хрупкос­ти, обусловленной образованием на границе шва со сталью хруп­ких интерметаллидных прослоек.

Содержание кремния в паяных швах исходя из этих соображе­ний должно быть также ограничено. Паяные соединения из крем­нистых сталей с ^2 % Si, выполненные серебряными припоями, отличаются пониженной пластичностью, которая обусловлена об­разованием хрупкой прослойкой фазы FeaSi между сталью и пая­ным швом. Паяные швы, выполнение припоем ПСр 72, в кото -

ром 1 % Ag заменен кремнием, при изгибе легко отслаиваются от основного металла по хрупкой интерметаллидной прослойке, бога­той кремнием.

Примеси сотых долей процента фосфора в серебряных припоях существенно ухудшают пластичность и прочность паяных соедине­ний из сталей. Подобное действие фосфора обусловлено образо­ванием по границам шва и паяемого металла прослойки химичес­кого соединения РезР.

Аналогично этому попадание в паяные швы, выполненные се­ребряным припоем, серы, например при пайке автоматных сталей, содержащих до 0,3 %S, приводит к снижению прочности и сопро­тивления срезу паяных соединений вследствие образования хруп­ких прослоек по границе шов — основной металл. В серебряных припоях (> 25 % Ag) допускается суммарное содержание Fe, Mn, Si, А1, Р не более 0,5 %, что сохраняет временное сопротивле­ние разрыву паяных соединений на уровне до 490 МПа.

Замена части серебра никелем и марганцем (в сумме 10— 16 %) повышает жаропрочность припоев (например, припой 49% Ag — (10—16) %Ni или Mn, остальное Си). По данным Н. Вуиха, эти пропои пригодны для пайки молибдена и вольфрама.

Н. Н. Туторская предложила заменить никель палладием (1 —5 %), германием (9—11%). Содержание серебра в таких при­поях составляет 9—11%, Си — остальное. Температура пайки 940—970 °С. Соединения, паянные такими припоями, стойки в тро­пической атмосфере и не испаряются в вакууме.

О. Кнотек установил, что сохранение высоких механических свойств, характерных для соединений, паянных припоями с 40 % Ag, может быть обеспечено и после пайки припоями, содер­жащими серебро в пределах 30^Ag^40%, при условии, если содержание меди и цинка определяется по формулам: %Cu= 19 + + 0,8(40—% Ag) и % Zn = 22 + 0,2(40—% Ag), Cd — осталь­ное. Предложены припои, содержащие 13—28 % Ag, 25—40 % Си, 20—35 % Zn, 10—25 % Cd, легированные 0,5—5 % Ni и 0,05— 0,5 % Si. У этих припоев электросопротивление, коррозионная стойкость и механические свойства не ниже, чем у припоев, содер­жащих более 38 % Ag.

Полагают, что медь обеспечивает прочностные и пластические свойства серебряных припоев, кадмий — их растекаемость, оло­во — стабильность температурного интервала плавления, цинк улучшает технологичность припоя, особенно при пайке коррозион­но-стойких сталей, марганец и никель способствует измельчению структуры и повышению пластичности припоев.

Соединения из коррозионно-стойких сталей, паянные серебря­ными припоями системы Ag—Си—Zn—Cd с 50 % Ag, легирован­ные 3 % Ni, имеют высокую стойкость в морской воде и каустике. Соединения, паянные припоями системы Ag—Си—Zn с 40 %Ag, легированные 2 % Ni, нашли применение в пищевой промышлен­ности [16].

по

Легирование палладием и никелем медно-серебряных припоев повышает их температуру плавления. Такие припои отличаются высокой смачивающей способностью при пайке сталей, почти пол­ным отсутствием химической эрозии паяемого металла, высокой теплопроводностью и в жидком состоянии не вызывают охрупчи­вания паяемого материала при их контакте. Состав таких припоев (%):

1) (1—7,5)Си—(0,5—3,5) Ni—(1 —10) Pd, Ag — остальное и 2) (3,9—4,9) Си, (0,9—1,2) Ni, (4,5—5,2) Pd, Ag — остальное. Со­держание примесей в припоях не должно превышать 0,15 % [16].

По данным Р. Е. Ковалевского, аналогично действуют в сереб­ряно-медных припоях с литием или бором добавки кобальта (0,2— 2,5%) или газопоглощающих металлов — титана, циркония, галлия, всего в количестве 0,6 %. Такие припои пригодны и для пайки металлов с керамикой.

Добавки индия и олова в серебряно-медные припои обеспечи­вают высокую их смачивающую способность и прочность шва.

Припои системы Ag — Си — Sn пластичны и при определенном соотношении компонентов более легкоплавки, чем припой ПСр 72, но обладают примерно в 10 раз меньшей электрической проводимостью, чем эвтектический припой системы Ag—Си. При­пой Си—60 % Ag—10 % Sn имеет температуру плавления на 80 °С ниже, чем припой ПСр 72; его температура плавления 598— 7134=5 °С, интервал кристаллизации 115 °С.

Припой (10—15) % Ag—(5—60) % Си—(30—35) % Sn пла­вится в интервале температур 570—680 °С, имеет ав = 235,2 МПа, а припой (20—30) % Ag—(40—50) % Си—(25—30) % Sn пла­вится в интервале температур 495—680 °С и его ов = 235,9 4- 254,8 МПа.

Сталь и ковар в контакте с жидким припоем такого состава склонны к охрупчиванию и поэтому должны перед пайкой гальва­нически быть покрыты слоем никеля (3—5 мкм). Паяные соедине­ния из стали 50 после пайки в водороде имеют тср= 146,04- 430 МПа, а после пайки в газовом пламени тср = 166,6 МПа, т. е. ниже, чем у соединений из той же стали, паянных припоем ПСр 72 (Тср= 179,3 МПа).

Особенно заметное активирование серебряных припоев при пайке хромоникелевых сталей, бронз, керамики, ковара, компози­ционных сплавов с вольфрамом обеспечивается при легировании их титаном, цирконием и индием. Один из таких припоев имеет состав (%): 68,8 Ag, 26,7 Си, 4,5 Ті. В припой могут входить кремний, олово, германий, марганец, никель, кобальт в количестве всего до 50 % [16].

Для пайки керамики в вакууме использован порошковый при­пой состава (%): 42 Ag, 18 Си, 35 РЬ, 5 Ті; температура плавления припоя 860 °С. Свинец введен для понижения температуры плавле­ния и уменьшения коэффициента линейного расширения, который у такого припоя меньше, чем у керамики. Поэтому при высокотем­

пературной пайке обеспечивается плотный контакт между керами­кой и кольцом припоя. Для соединения керамики из А120з с кова - ром использовали припои: 72 % Ag — 28 % Си и 64 % Ag—26 % Си—10 % Sn, в которые вводили 2—4 % Ті; пайку вели в вакууме при температуре 850—940 °С.

Припои с повышенным содержанием титана обычно изготовля­ют прессованием из смеси порошков, составляющих металл. Пайку керамики [а = (7—5,5) 10—7 °С — 1 ] с металлами, имеющими существенно больший коэффициент линейного расширения, выпол­няют серебряными припоями, содержащими титан или цирконий в количестве не менее 30 %; температура плавления припоя при этом достигает 1260—1280 °С. Это позволяет избежать образова­ния трещин в керамике и в паяном шве. Однако при содержании в припое титана или циркония более 70 % соединения имеют низ­кую прочность. Оптимальный по составу припой 45 % Zr—0,5 % Li — Ag. Пайку таким припоем ведут в сухом аргоне. Титан и цир­коний в припой лучше вводить в виде гидратов, которые необхо­димо смешивать с порошком серебра с литием, точно выдерживая состав припоя.

Припои Ag—5 % А1 и А1—5 % Ті при пайке титана обладают хорошей растекаемостью и образуют плавные галтельные участки. Температура плавления припоев 913 °С. Однако соединения из титана, паянные этими припоями, имеют пониженную прочность и коррозионную стойкость. Снижение температуры плавления се­ребряных припоев достигается при легировании их легкоплавкими элементами, например оловом, но при этом вследствие образова­ния в шве химического соединения титана с оловом и повышения диффузионной пористости происходит снижение пластичности пая­ного соединения. Легирование припоев особолегкоплавким элемен­том — галлием позволяет сохранить высокие механические свойст­ва паяного шва и снизить температуру пайки на ~60 °С.

Припой 75 % Ag— 5 % Мп—20 % Pd обладает низкой эрози­онной активностью при пайке коррозионно-стойких сталей и нашел применение для пайки тонкостенных трубок камер сгорания ракет­ного двигателя; припой 68 % Ag—27 % Си—5 % Pd применяют для соединения магнетронных трубок, припой 65 % Ag—20 % Си—15 % Pd — для впаивания бериллиевых окон в корпуса из мо­неля В рентгеновских труб - Таблица 16. Припои из сплавов ках [16]. системы Ag —Си —Sb

Состав припоя, % Ag Си Sb плавления,°С 60 20 20 480 70 20 10 520 60 19 19,5 480—500 При ме чани е. Последний припой содержит 1 —1,5 % Р.

Последний припой (см. табл. 26), поданным рентгеноструктур­ного анализа, состоит в основном из фазы (Ag, Cu^Sb, имеющей плотно упакованную гексагональную кристаллическую структуру с параметрами: с = 4,71 -10~10 м; а = 2,91*Ю~10 м; с/а= 1,62. Добавка фосфора делает припой самофлюсующим при пайке меди. Первый и третий припои применяют для пайки электрооборудова­ния. Сделаны попытки снижения содержания серебра в припоях с сурьмой. Для этого в них введены цинк и кадмий. Припой Ag—40 % Си—20 % Zn—10 % Cd—20 % Sb имеет температуру ликвидуса 460 °С. Для улучшения механических свойств припой может быть легирован никелем, палладием, кремнием, кобальтом, литием, всего до 10 % каждого или в сумме. Температура ликви­дуса таких припоев не превышает 549 °С, припои пластичны и при­годны для пайки металлов высокой плотности [16].

Припой 72 % Ag—28 % Си обладает высокой теплопровод­ностью и поэтому пригоден для пайки соединений из разнородных металлов, обладающих весьма различными коэффициентами теп­лопроводности, или при большой разностенности деталей.

Понижение высокой теплопроводности серебряных припоев до­стигается введением в них индия и палладия вместо серебра в ко­личествах 5,5 % In и 2,2 % Pd. Припой 92,5 % Ag—7,4 % Си— 0,2 % Li, применяемый для пайки сотовых панелей из коррозионно- стойких сталей, при введении в него индия и палладия в указан­ных количествах приобретает низкую теплопроводность, что пре­дотвращает передачу теплоты в паяемом изделии при эксплуатации.

Паяные соединения электровакуумных приборов, как правило, должны обладать высокой вакуум-плотностью. Поэтому они не мо­гут содержать компоненты с высокой упругостью испарения, такие, как сурьма, цинк, кадмий. Вместо этих важнейших депрессантов серебряных припоев в них вводят легкоплавкие и особолегкоплав­кие элементы, такие, как олово и галлий.

Серебряные припои с большим содержанием олова или герма­ния малопластичны, и поэтому фольгу из них готовят в виде слоистых лент, состоящих из пластичных составляющих припоя.

Для пайки радиотехнических устройств из меди, никеля, сереб­ра Н. Н. Туторская и другие предложили припой ПСрОМ 425, содержащий 41—44 % Ag, 8,5—11,5 % Си, 46—49 % Sn, с темпе­ратурой плавления 462—214° С, упругостью пара при температуре 450° С менее 0,133• 10~6 Па. Этот припой применяют для пайки серебра, меди, никеля в вакууме (р = 0,133• 10”2 Па) или в защит­ных средах. Припой в литом состоянии не прокатывается, и поэто­му его изготовляют в виде пластичной трехслойной ленты, слои которой состоят из серебряно-медного сплава и олова. Толщина ленты припоя ПСрОМ 425 6 = 0,14-0,3 мм. Соединения, получен­ные при пайке этим припоем, способны выдерживать многократ­ные ударные нагрузки и термоциклирование с резкими перепада­ми температуры от —60 до 250 °С; они стойки при климатиче­ских испытаниях.

Припои с низкой упругостью пара системы Си—Ag—Si состоят из 10—35 % Ag, 0,5—2,2 % Si, остальное — медь. Пригодны для пайки стали в вакууме или в восстановительной атмосфере и хо­рошо смачивают их. Паяные швы соединений обладают высокой прочностью на изгиб и разрыв.

Вакуум-плотные соединения могут быть получены при приме­нении серебряных припоев, легированных галлием и оловом. По данным Л. Л. Гржимальского и В. С. Расторгуева, такой припой может содержать 69,5—70,7 % Ag, 26,3—37,7 % Си, 1,7—2,3 % Sn, 0,8—1,2 % Ga.

Для пайки сталей и алюминиевых сплавов предложены припои без кадмия и цинка, легированные оловом и индием, с темпера­турой плавления 580—640 °С. Температуру плавления, равную 600 °С, имеет припой Ag—31,4% Си—11,5% Sn—14,9 In.

Для пайки узлов электроприборов и аппаратуры средств связи Иванага Синьитиро предложил припой системы Ag — Al — Ge с температурой плавления 500 °С. Припой малопластичен, трехслой­ная лента из этого припоя может быть получена путем прокатки; наружные слои ленты состоят из серебра, а между ними находится лист из сплава алюминия с германием, в котором соотношение этих компонентов припоя составляют соответственно от 7:3 до 4:6. В зависимости от соотношения алюминия и германия во внут­реннем листе и толщины наружных листов содержание серебра в припое может изменяться от 5 до 50 %. Такой припой хорошо рас­текается по паяемому металлу. Коррозионная стойкость паяных соединений высокая.

К важнейшим тенденциям легирования среднеплавких серебря­ных припоев за последние 10 лет можно отнести снижение в них дефицитного серебра; исключение кадмия, образующего при пайке токсичные оксиды; упрочнение паяного шва и улучшение его сцеп­ления с паяемым металлом; снижение упругости испарения компо­нентов припоев при высокотемпературной пайке и в условиях рабо­ты паяных соединений в вакууме; повышение коррозионной стой­кости соединений из коррозионно-стойких сталей; увеличение сма­чивающей способности припоев, особенно при пайке сталей; сни­жение температуры плавления припоев. При этом в значительной степени были использованы современные представления о свойст­вах и влиянии физико-химического взаимодействия легирующих компонентов серебряных припоев между собой и с паяемыми ме­таллами на технологические, механические, физико-химические свойства паяных соединений.

В связи с необходимостью упрочнения паяных соединений в припой были введены такие элементы, как кремний, марганец, титан, никель, литий, фосфор, палладий. Наиболее эффективными в этом отношении оказались элементы, имеющие высокое химичес­кое сродство по отношению к компонентам и основе паяемых мате­риалов и образующие с ними химические соединения (кремний, фосфор, титан), а также образующие непрерывные ряды твердых 114

растворов (марганец и палладий). Кобальт и никель менее хими­чески активные элементы: кобальт образует монотектику с медью, нерастворим в серебре и только с железом образует перитек­тику и ограниченные твердые растворы и поэтому может активизи­ровать смачивание сталей. Никель образует твердые растворы с медью и железом, а с серебром — монотектику и поэтому может относительно слабо упрочнять медную фазу шва и несколько улуч­шать сцепление шва с паяемым материалом. Судя по диаграммам состояния лития с серебром, медью и железом, этот элемент в припоях, образуя с ними твердые растворы и химические соедине­ния, должен их упрочнять. С медью он образует эвтектику и не взаимодействует с железом.

Исключение кадмия потребовало введения в припои систем: Ag—Си и Ag—Си—Zn других элементов-депрессантов, т. е. пони­жающих температуру плавления припоя. В связи с этим в при­пои были введены кремний (2—13%), олово (1 —10 %), а также индий (Заявка № 54-28253), Япония, кл. 12, В 22 (В 23 К 35/28)), марганец, сурьма, галлий, фосфор.

Такие компоненты, как литий, кремний, германий, индий, бор, кроме того, являются раскислителями оксидов при пайке. Никель, фосфор, хром повышают коррозионную стойкость паяных соедине­ний.

Составы серебряных припоев приведены в табл. 17.

Повышенной способностью к смачиванию отличаются припои № 16, 17, предназначенные для пайки неравномерных зазоров, и № 3 — для хромированных поверхностей. Пригодными для пайки в вакууме и защитных атмосферах являются припой № 4, облада­ющий минимальной склонностью к ликвации и хорошо заполняю­щий широкие зазоры, и припой № 19 — очищенный от оксидов. Низким давлением пара в высоком вакууме обладают припои № 21 и 22; сверхпроводимостью отличается припой № 24, который, однако, непригоден для приборов, чувствительных к магнитным по­лям; наиболее высокую прочность имеют припои № 23 (апс = = 294 МПа) и № 1 (с кремнием аЦс = 460,6 МПа, без кремния ав = 279 МПа) при относительно высоком удлинении (26,5%). Коэффициент линейного расширения припоя № 1 на 5 % ниже, чем коэффициент линейного расширения припоев системы Ag—Си; малопластичны припои № 15, 24, 26, 27. При содержании мар­ганца в припое № 23 меньше 15 % ухудшаются его технологиче­ские свойства, а при содержании марганца больше 20 % охруп - чивается паяный шов.

Серебряные припои системы Си—Zn—Ag—Cd при флюсовой пайке имеют наилучшую растекаемость и смачиваемость по лату­ни, хуже по меди и хуже всего по стали. По стали лучше всего растекается припой 35,4 %Ag—25,3 % Си—21,1 % Cd—18,2 % Zn (В Ag-2).

Следует отметить, что среди припоев с пониженным содержа­нием серебра припой ПСр 15 не нашел применения как заменитель

Таблица 17. Серебряные припои с кремнием, марганцем, никелем и другими элементами Номер Состав припоя, % Темпера­тура плав­ления, °С припоя Ag Си Zn Sn Другие элементы 1 35 61,5 3,5 Si 460 3 40—50 20—30 25—30 1—3 0,3—3 Ni — 4 60 30 — 10 — 600—720 5 62 20 15 — 3 In 645—495 6 62 20 15 — 3 Ga 650—700 7 64 20 10 — 3 Ga, 3 In 645—649 8 60 20 17 — 2 Ga, 1 In 645—675 9 57 25 15 — 2 Ga, 1 In 650—705 10 50 21,5 27 1 0,5 Ni 660—680 11 45 25 25,5 3 1,5 Ni 645—700 12 42 21 27 2 4 Ni, 4 Mn 665—750 13 39 31 27,5 2,5 _ 635—710 14 30 36 32 2 _ 655—755 15 57 20 13,0 — 10 Ga 530—705 16 75—90 9—24 — — 0,5—10 In, 0,5—7 P — 17 37—50 17—30 17—27 1—5 0,5—5 In 700 18 60 30 — 10 — — 19 42 33 — 25 — 540—575 20 30 Ос­ таль­ ное 25 2 1—7 In, 1 P 21 5—35 То же — 1 — 10 0,001—0,8 Li; 10£Fe, Ni, Co — 22 5—35 » — — 2,5—13 Si; 1 — 10 In — 23 8—8 » — — 15—20 Mn 900 24 50 15,5 15,5 — 16 Cd; 3 Ni 680—740 25 60 20 — — 20 Sb 480 26 70 20 — — 10 Sb 520 27 60 19 — — 19,5 Sb; 1,5 P 480—500

припоев ПСр 40 и ПСр 45 из-за слишком широкого интервала ин­тенсивной химической эрозии меди по границам ее зерен. При пай­ке им сталей по границе шва образуются прослойки хрупких химических соединений.

Медные припои. Чистая раскисленная медь МО, Ml, содержа­щая малое количество таких примесей, как висмут и свинец (0,02 % Bi, 0,005 % РЬ), и не содержащая летучих и других вред­ных примесей, весьма широко применяется для пайки углероди­стых и легированных сталей, никеля и его сплавов в печах.

Медь хорошо смачивает сталь и растекается по ней, имеет более высокую прочность, чем легкоплавкие припои, высокую пластичность и менее дефицитна, чем серебро.

Недостатки меди как припоя заключаются в высокой темпера­туре плавления (1083°С),склонности к образованию кристаллиза­ционных трещин при пайке в окислительной среде (вследствие образования эвтектики Си—СигО).

Температура пайки медью находится в интервале 1100— 1200 °С (чаще всего 1120—1130° С) в зависимости от легирования сталей и сплавов. Медью паяют обычно в восстановительной или защитной газовой среде или с применением флюсов.

Особенности взаимодействия меди с другими элементами дают возможность создания припоев на ее основе с широким диапазо­ном температур пайки (700—1200 °С). При этом используют глав­ным образом следующие особенности меди: образование легко­плавких эвтектик с фосфором при 707 °С и с серебром при 779 °С; образование ограниченных твердых растворов с цинком с узким интервалом кристаллизации; образование непрерывного ряда твердых растворов с марганцем, золотом, палладием, никелем. При легировании меди марганцем температура плавления припоя снижается до 870 °С (при 35 % Мп), золотом — до 889 °С (Аи). Легирование меди палладием и никелем вызывает непрерывное по­вышение температуры плавления припоя.

Кроме перечисленных компонентов медных припоев, в них до­бавляют олово (для снижения температуры и повышения жидко - текучести), кремний (для снижения температуры плавления, уменьшения испаряемости цинка), для упрочнения, а также для повышения кислостойкости. Заметное понижение температуры плавления медных припоев достигается легированием их индием. Для упрочнения добавляется железо и кобальт. Некоторые мед­ные припои способны к самофлюсованию при добавке к ним фосфо­ра или лития (иногда в сочетании с бором).

При дуговой пайке в среде защитных газов вместо чистой ме­ди используют медь, содержащую следы щелочных, щелочно-зе­мельных или редкоземельных металлов, легко отдающих электро­ны при зажигании дуги (например, 0,005 % Zn, 0,003 % Fe, 1,09 % Mn, 2,5 % Si; 0,07 % Се; Си — остальное), что обеспечи­вает стабильность дуги при зажигании и высокую производи­тельность процесса пайки [32].

Наиболее легкоплавки медные припои на основе эвтектики Си—Р. Температура эвтектики считается равной 707 °С при содер­жании 8,23 % Р или 714 °С при 8,38 % Р. Последние данные более вероятны.

Медно-фосфористые припои очень жидкотекучи и хорошо за­текают в зазоры. Вследствие повышенной склонности этих при­поев к ликвации пайку следует выполнять быстро. Электрическая проводимость и теплопроводность медно-фосфористых припоев вы­сокая, близкая к тем же свойствам меди, благодаря чему они на­ходят применение в электропромышленности. Недостаток — невы­сокая пластичность, особенно эвтектического сплава; поэтому их применяют при пайке соединений, не подвергающихся значитель­ным изгибам, ударам и обработке давлением. Медно-фосфори­стые припои используют для пайки меди, а также (в меньшей сте­пени) для пайки серебра, молибдена и вольфрама.

Хорошее затекание указанных припоев дает возможность вы­полнять пайку при температуре ниже температуры их ликвидуса.

Припой Си—8 % Р имеет следующие механические свойства
в литом состоянии (табл. 18). Припой плохо работает при ди­намическом нагружении. Элект­росопротивление проволоки из припоя Си — 8 % Р диаметром 1,87 мм составляет 6,369 Ом-м (для меди в тех же условиях электросопротивление состав­ляет 6,250 Ом-м). Припой при­годен для газопламенного, печ­ного, индукционного нагрева и нагрева электросопротивлением [40].

Прочность стыковых соединений из стали или никеля, паян­ных медно-фосфористым или серебряно-медно-фосфористым при­поями, значительно меньше (ав = 237,2 МПа), чем прочность при­поя, что связано с образованием хрупкого слоя фосфидов железа или никеля. Фосфористая медь эвтектического состава имеет ав = = 323,4 МПа.

Медно-фосфористые припои содержат 4—8,4 % Р. Преиму­щество этих припоев, кроме легкоплавкости и самофлюсования при пайке меди,— хорошая обрабатываемость давлением при тем­пературе 450—650 °С, что позволяет изготовлять из них фольгу, ленту, проволоку, таблетки. Временное сопротивление стыковых соединений из меди и латуни, паянных медно-фосфористыми при­поями, составляет 147—176,4 МПа. Для нахлесточных паяных со­единений сопротивление срезу равно 235,2—323,4 МПа (при нах­лестке от одной до трех толщин образца).

Необходимо учитывать, что паяные соединения из меди и ее сплавов, выполненные припоями системы Си—Р с содержанием фосфора менее 6 %, подвержены коррозии по границе шва при эксплуатации в сернистой атмосфере, например в атмосфере цел­люлозно-бумажных заводов. При этом введение в припои 0,5— 8 % Zn улучшает коррозионную стойкость паяных соединений.

К элементам-депрессантам, разбавляющим медно-фосфори­стые припои, относятся олово и свинец. Олово вводят в припои в количестве, меньшем его предела растворимости в твердой меди при температуре 770 °С. Олово, кроме понижения температуры припоя, разбавления его и снижения в нем содержания фосфидов меди, служит в известной степени упрочнителем. Припой такого типа содержит 6—7 % Р, 2,5—3,5 % Sn, а также сурьму (1—3%), активно химически взаимодействующую с оловом и медью. Легирование припоя сурьмой в таком большом количестве не способствует повышению его пластичности.

Легирование Си—Р припоев свинцом в пределах 5—25 % поз­воляет обеспечить в структуре припоя значительное количество монотектики Си—РЬ.

Т. Н. Малин предложил вводить в медно-фосфористые припои 0,05—36 % РЬ. Состав такого припоя (%): 4,4—8 Р, 0,05—5 РЬ, Си’— остальное или 3—8 Р, 5—25 РЬ, Си — остальное.

Другое направление легирования медно-фосфористых припоев с целью снижения в них содержания фосфора и сохранения доста­точно низкой температуры плавления — введение в них 28 % Zn и (0,3—0,5%)Ni + Sn; температура плавления припоев 700— 750 °С; временное сопротивление в литом состоянии 176— 215 МПа. При пайке содержание фосфора в шве снижается до 3,5 %, возрастает температура распайки. Припой хорошо заполня­ет большие капиллярные зазоры.

Фосфор активно соединяется с серебром и образует соединения AgP2 и AgP3. Фосфор растворим в жидком серебре при темпера­туре 925 °С до 1,5 %, но при затвердевании интенсивно выделяется в виде элементарного фосфора. Введение в припои системы Си— Р—Si более 3 % Ag повышает ударную вцзкость паяных соедине­ний из латуни, что, возможно, обусловлено частичным испарением фосфора из припоя в процессе пайки.

Исходя из этих соображений, С. В. Лашко, О. П. Бондарчук, Г. Н. Уполовникова предложили припой ПМФС 6-0,15 с понижен­ным содержанием фосфора, легированный кремнием или кремнием и серебром. Пределы содержания легирующих элементов в припое (%): 5—8 Р, 0,1 —1,5 Si, Си — остальное. Припой такого состава рекомендован для пайки изделий из меди и латуни, работающих без воздействия значительных ударных нагрузок; температура плавления припоя 725 °С, температура пайки 750—780 °С. Для изделий с повышенной ударной вязкостью паяных соединений предложен припой состава (%): 5—6 Р, 3 Ag, 0,15 Si, Си — ос­тальное; температура пайки 750—780 °С. Данные по сопротивле­нию срезу соединений из латуни Л63, паянных припоем ПМФС6- 0,15 и другими, приведены в табл. 19.

Снижение температуры пайки латуней медно-фосфористыми припоями и некоторое улучшение их технологических и прочност­ных свойств достигаются введением в них 5—15 % Ag. По К. В. Фролиху, между серебром, медью и химическим соедине­нием существует тройная эвтектика при температуре 646 °С соста­ва (%): 17,9 Ag, 30,4 Си и 51,7 Рили 74,9 Си, 7,2 Р и 17,9 Ag. Эта эвтектика очень хрупкая и непригодна в качестве припоя. По­этому применяют припои с меньшим содержанием фосфора.

Температура ликвидуса тройных сплавов Си—Р—Ag, так же как и двойных сплавов Си—Р, резко изменяется при незначитель­ном изменении содержания легирующих элементов. Наиболее прочный (на срез) припой—сплав, содержащий 5 % Р и 15 % Ag, Си — остальное. Кроме наиболее распространенного припоя ПСр 15 системы Си—Р—Ag, иногда применяют и другие, приве­денные в табл. 20.

Временное сопротивление разрыву соединений из латуни Л62, паянных припоем ПСр 15, равно 245—294 МПа, а предел проч­ности на срез 480—421,4 МПа. Электросопротивление припоя ПСр 15 составляет 22* 103 Ом-м, припоя ПСр 25—180* 103 Ом-м.

Более высокую температуру плавления, чем у припоев на основе

Таблица 19. Свойства припоев систем Си — Р — Si и Си — Р — Si — Ag и паянных ими соединений из латуни Л63 Свойства припоев и паяных соединений Припои Cu-P-Si Си — Р — Si —Ag Температура, °С: ликвидуса 695—705 675—710 солидуса 725—745 725—735 пайки 745—780 750—780 Временное сопротивление припоя, МПа 519—539 480—637 Площадь растекания, мм2 427—430 415—417 Краевой угол смачивания, рад 0,0349—0,0355 0,0436—0,0442 Плотность, г/см3 8 ±0,09 8,2—8,21 Удельное электросопротивление р* 10, 0,423—0,426 0,398—0,412 Ом • м Теплопроводность, Вт/(м-К) 41,8—42,3 — Сопротивление срезу паяных соединений, 245—360 254455,7 МПа Ударная вязкость паяных соединений, 29,4—58,8 52,2—78,4 Дж/м2 Пористость швов, % 2-4 2—4 Температура распайки, °С 910 — Примечание. Пайка образцов с флюсом 209 по режиму: ttt = 750 ± 780 °С, тп = 1 мин; зазор шириной 0,05 мм; нахлестка 1, 2...3 мм.

системы Си—Р, имеют припои на основе сплавов системы Си— Zn (латуни).

Таблица 20. Некоторые припои системы Си — Р — Ag Состав припоя, % Припой Си Р Ag примеси не более В СиР-3 (США) 89,25—88,25 6,0—6,6 4,75—5,25 0,15 В СиР-4 (США) 87,55—95,95 6,75—7,8 5,75—6,25 0,15 В СиР-5 (США) 80,65—79,25 4,75—5,25 14,5—15,5 0,15 ПСр 15 (ГОСТ 19738—74) 80,2 ±1,0 4,8± 8;S 15 ± 0,5 0,30 ПСр 25Ф (ГОСТ 19738—74) 70 ±1,0 5 ±0,5 25 ±0,5 0,15

Припой	Температур*	і, °С	Ширина зазора, мм
соли­ дуса	ликви­ дуса	пайки
В СиР-3 (США)	646	815	705—840	0,05—0,025
В СиР-4 (США)	646	750	705—815	0,025—0,075
В СиР-5 (США)	646	815	705—815	0,075—0,125
ПСр 15 (ГОСТ 19738—74)	640	810	—	—
ПСр 25Ф (ГОСТ 19738—74)	645	725	—	—

Широкое распространение латунных припоев для пайки сталей объясняется их относительно низкой температурой плавления, уз­ким интервалом кристаллизации, большой растворимостью цинка в меди и недефицитностью. Температура пайки сталей латунными припоями 850—950 °С. Температура ликвидуса латуни непре­рывно снижается с увеличением содержания цинка.

Прочность литых латуней, состоящих из a-фазы, непрерывно увеличивается с повышением содержания цинка. Наиболее прочна латунь с содержанием ~42 % Zn. Латунные припои, содержащие 60 % Си, имеют температуру плавления 900 °С. Введение в них до­бавок олова, кадмия или увеличенное содержание цинка позволяет снизить их температуру плавления максимум на 50 °С.

Образование небольшого количества |3-фазы наряду с у-фазой повышает прочность, но снижает пластичность; у-фаза очень хруп­кая, поэтому латуни, содержащие ее, малопрочны и малопластич­ны. Припои, содержащие (3- и особенно у-фазу, несмотря на отно­сительно невысокую прочность, применяют при пайке некоторых медных сплавов ввиду низкой температуры плавления. Сплавы, содержащие менее 42 % Си, в качестве припоев малопригодны ввиду их хрупкости.

Наибольшее распространение получили припои латуней Л63 и Л68. Латуни с 48 или 54 % Си применяют для пайки соединений, не подвергающихся удару, изгибу и вибрации. Латуни Л63 и Л68 в качестве припоев используют для пайки соединений, работающих в сравнительно напряженных условиях, при которых требуется вы­сокая пластичность шва.

Латуни могут быть использованы взамен серебряных припоев для пайки сталей, никеля и его сплавов, в изделиях, работающих в интервале температур — 60 4-200 °С. При этом используют пай­ку газопламенную, индукционную или электросопротивлением (с зазором 0,1 мм). Припои в виде лент, прутков и фольги обеспечи­вают высокое качество соединений и снижение себестоимости из­делий.*

Значительное уменьшение испарения цинка в латуни достига­ется введением в нее 0,1—0,5 % Si. Кремний задерживает диффу­зию цинка и понижает растворимость водорода в латунях; при этом уменьшается опасность образования пористости при кристал­лизации паяного шва.

Уменьшение пористости в медно-цинковых сплавах, содержа­щих кремний, способствует повышению прочности паяных соеди­нений. По данным ряда других исследований, пористость в латунях связана не с испарением цинка, а с выделением газов (главным образом водорода). Кремний, а также олово заметно уменьшают растворимость цинка в меди, поэтому при введении их в припои Си—Zn увеличивается количество (3-фазы.

При введении в припои Си—Мп кремния (0,3—3 %), по дан­ным Г. В. Снидера, на них образуется тонкая пленка этого эле­мента малой толщины, предотвращающая окисление их в жидком

Припой	Состав припоя
Си	Si	Sn
ЛК62-05	60,5—63,5	0,3—0,7
ЛОК62-06-04	60,5—63,5	0,3—0,4	0,4—0,6
ЛОК59-1-03	58—60	0,2—0,4	0,7—1,1
ЛКН56-03-06	55—57,5	0,25—0,30	—
В CuZn-З * (США)	56	0,25	1,1 — 1,25
В CuZn-б **	46—50	0,15	—
(США) В CuZn-7 *+*	46—48
(США) 423227 (ЧССР)	58,0-60,5	0,1—0,3	0,15—0,40
423228 (ЧССР)	59—61	0,1—0,2	0,13—0,23
	59—61	0,2—0,5	—
423371 (ЧССР)	49—51	0 СЛ 1 О ___ Г П	0,5
* 1,0 % Мп. ** 0,2 % Р. *** 0,5 % Р.

состоянии при раздуве струей воды. При этом получается светлый, неокисленный порошок припоя, пригодный для изготовления паяльной пасты. Температура плавления такого порошка 916,6— 1027,7 °С. При введении кремния в латунные припои повышается также из временное сопротивление, обеспечивается самофлюсуе - мость, высокая коррозионная стойкость паяных соединений из коррозионно-стойких сталей; при этом пластичность припоя не снижается, но повышается его склонность к упрочнению при де­формации, а при разливке увеличивается вязкость припоя, склон­ность его к испарению и окислению, образованию несплошностей и раковин.

Введение в двухфазные латуни кремния и серебра увеличи­вает их прочность, пластичность, жидкотекучесть и коррозионную стойкость (табл. 21).

В связи с большим химическим сродством кремния, с железом и марганцем, чем с медью, при пайке углеродистой стали латун­ными припоями, содержащими кремний, на границе паяного шва образуются прослойки твердых растворов в стали, обогащенные кремнием, или при достаточно большом содержании кремния — прослойки FeaSi; начиная с некоторой ее толщины, это приводит к охрупчиванию и понижению прочности паяного соединения. Содержание кремния, по данным И. Кольбуса, в латунных припоях. с 60 % Си должно быть ограничено (до 0,2 %).

В латунном припое, содержащем кремний и марганец, значи­тельная часть последнего связывается с кремнием в виде хими­ческого соединения. Для улучшения свойств соединений из стали и чугуна, паянных латунными припоями, содержащими кремний, в них добавляют никель. Никель и марганец повышают прочность

(остальное Zn), %	Температура, °С
Ag	Ni	Pb	Fe	солидуса	ликвидуса
		0,08	0,2		905
—	—	0,10	0,2	900	905
—	—	0,08	0,1	—	905
—	5,5—6,0	0,10	0,2	—	905
1,0	1,0	0,05	0,25—1,25	830	880
0,2	9,0—11,0	0,05	0,25	920	940
—	10,0—11,0	—	—	920	940
0 to 1 о V	0,05	0,05	0,05	870	900
—	0,06	0,05	0,05	800	850
1,0—0,6	—	—	—	893	896
1,0	7,5—1,0	0,02	0,1	820	900

и надежность латунных припоев. При введении в латуни марганца несколько снижается температура их плавления.

Легирование латуни марганцем (1,5—2 %) и никелем (<!5 %) повышает их пластичность и деформируемость. Припой Си— (0,3—5) % Zn— (0,3—10) % Si имеет высокую электрическую проводимость (26 %) от электрической проводимости меди и вы­сокое временное сопротивление gb = 62:=f2 МПа [38].

Припой Си—40 % Zn с 10 % Ni обеспечивает высокую проч­ность паяных соединений из сталей (до ав = 800 МПа). Среди сплавов системы Си — Мп известен только один припой, приме­няемый для пайки коррозионно-стойких сталей; он содержит 15 % Мп, температура его плавления 950 °С, температура пайки 970 °С.

Изменение механических свойств сплавов Си—Мп со временем в зависимости от содержания марганца связано с распадом 6- твердого раствора. Эти сплавы куются при температурах сущест­вования у-фазы при любом содержании марганца (до 95%). Устойчивость у-фазы в сплавах Си—Мп повышается при введе­нии никеля. Распад у-^а + у в тройных сплавах происходит намного медленнее, чем в двойных сплавах Си—Мп. Никель спо­собствует также снижению окисляемости припоев в жидком со­стоянии и улучшению смачиваемости ими поверхности корро­зионно-стойких сталей. Поэтому для основы припоев более при­годны сплавы системы Си—Мп—Ni.

Никель, как и медь, образует с марганцем непрерывный ряд твердых растворов с наименьшей температурой плавления 1018 °С при 60 % Мп. Однако эта система отличается тем, что в сплавах, содержащих 20—70 % Мп, в твердом состоянии возникают интер-

Рис. 25. Области упрочнения и хрупкости в сплавах системы Си—Мп—Ni (по дан-

а — область сплавов, упрочняемых разложе­нием у*Фазы на (ї + а)‘ФазУі 0 — область сплавов, упрочняемых в процессе упорядочения растворов на базе соединения MnNi; в —

хрупких сплавов Ni—Мп сохраняется и при добавке к ним Ю—15 % Си (рис. 25).

Наиболее легкоплавкие и прочные сплавы системы Си—Мп— Ni — сплавы, содержащие 32—39 % Мп и до 5 % Ni. Эти сплавы представляют собой твердые растворы, упрочняемые в результате разложения у-^у + а и упорядочения на базе фазы NiMn. С уве­личением содержания никеля температура плавления сплавов Си — Мп — Ni и склонность к ликвации повышаются. Понижение температуры плавления и упрочнение сплавов этой системы могут быть достигнуты при легировании небольшими количествами кремния (1,5—3,5 %). Упрочнение сплавов Си—Ni—Мп при вве­дении кремния связано с образованием фазы №зБі, не содержащей медь, что способствует также повышению теплостойкости этих сплавов. Введение кремния в сплавы Си—Мп—Ni повышает их коррозионную стойкость.

Небольшие количества железа в припоях Си—Мп—Ni способ­ствуют растеканию по стали. Однако легирование железом должно быть ограничено в связи с образованием самостоятельной фазы, снижающей коррозионную стойкость. Исследованы технологиче­ские характеристики ряда припоев системы Си—Мп—Ni с добав­ками кремния, железа, а также лития или лития и бора (табл. 22).

Н. Бредз и Н. Шварцбарт полагали, что самофлюсующее дейст­вие лития обусловлено образованием эвтектики Li20—Li2Cr04 с температурой плавления 570 °С, т. е. ниже температуры пайки.

Бор, обладающий большим химическим сродством к кислороду и образующий с литием комплексный легкоплавкий оксид LiB02 с температурой плавления 861 °С, обеспечивает самофлюсуемость припоев при введении в них лития и бора.

При пайке в сухой атмосфере припои с литием менее эффек-. тивны, чем в инертной газовой среде с парами воды, что, вероятно, связано с образованием гидроокиси лития с температурой плав­ления 450 °С.

В припоях, содержащих одновременно литий и бор, обра­зуются комплексные гидриды типа т‘Ьі20‘П‘В202‘йН20.

Введение небольших добавок лития (0,2—0,8'%) в припои

системы Си—Мп—Ni со­общает им способность к самофлюсованию, но ме­нее эффективно, чем вве­дение лития и бора (0,1 — 0,2 %) вместе. Для сохра­нения способности припо­ев системы Си—Мп—Ni— Si прокатываться в фольгу и самофлюсоваться содер­жание кремния в них не должно превышать 2,5 %. В промышленцрсти на­шли применение, само - флюсующие припои си­стемы Su — Мп — Ni ма­рок ВПр-2 и ВПр-4. Наи­более легкоплавкий и про­чный сам офлюсую щи й припой этой системы — припой ПМ38МЛ с хоро­шими технологическими свойствами: рабочая тем­пература пайки высоколе­гированных сталей в среде проточного аргона 920— 930 °С; он обладает удов­летворительной способно­стью к самофлюсованию на воздухе при индукцион­ной пайке и пайке электро­сопротивлением. Припой ПМ38МЛ мо­жет быть использован в виде литых прутков, колец, стружки и фольги, полу­ченной прокаткой из жид­кого состояния. Припои ВПр-2 и ВПр-4 могут быть получены в виде про­катанной фольги вхоло­дную с промежуточными отжигами. Существенная особен­ность припоев Си—Мп— Ni — склонность к обра­зованию пористости в па­яных швах, выполненных

и

о

о

ч о

 

с нагревом в кислородно-ацетиленовом пламени. Эта склонность тем больше, чем больше в припое марганца и меньше никеля. Вы­сокое давление паров марганца при высоких температурах дает основание полагать, что повышененная пористость швов, выпол­ненных газопламенной пайкой с применением припоев системы Си—Мп—Ni, обусловлена усиленным испарением марганца в га­зовые поры при перегреве. Пайка в слегка окисленном пламени и с подогревом после пайки для удаления газов в течение 3—5 мин предотвращает образование пористости в швах. При пайке в печах в среде аргона и вакуума или с индукционным нагревом на воздухе при отсутствии перегрева припоя в жидком состоянии образуются плотные, беспористые паяные швы.

Существенная особенность припоев Си — Мп — Ni — слабое их эрозионное действие по отношению к паяемому металлу, от­сутствие склонности к межзеренному проникновению в коррозион­но-стойкие стали при пайке и охрупчивающему действию при облуживании. Припои ВПр-2 и ВПр-4 обеспечивают более вы­сокую теплостойкость соединений из коррозионно-стойких сталей (до ~ 600 °С), чем серебряные (до 370—500 °С).

По данным Э. Н. Дорофеевой, применение припоев Си — 36 % Мп —9 % Ni в виде смеси порошков составляющих компо­нентов одинакового гранулометрического состава для пайки кор­розионно-стойкой стали 12Х18Н10Т по режиму /п= 1150 °С, т = 1 мин в вакууме (р = 0,00266 Па), встык, электросопротивле­нием и под давлением 17,6—21,6 МПа обеспечивает более высо­кое временное сопротивление разрыву соединения ов = 343 МПа), чем при пайке порошком готового припоя того же состава (ав = = 196 МПа).

Припои системы Си —Мп, легированные мишметаллом и (или алюминием, прокатывают в фольгу толщиной 0,2—0,6 мм) и используют для печной пайки сталей в вакууме (р = 0,133 Па) и в среде инертных газов, например, припои: 1) Си —

(15—40) % Мп— (0,1—4) % мишметалла и (или) (0,1—4) % А1 (/ПЛ = 890 °С); 2) Си —35% Мп — 3 % А1 (/ПЛ = 950 °С; ов = 372,4 МПа); 3) Си — 60 % Мп — 1 % А1 (/ ПЛ= 1000 °С; ав = 343 МПа).

Припой Си— (9—П)% Мп— (2,5—3,5 %)Со, активиро­ванный фосфором (0,01—0,5%), хорошо смачивает твердые сплавы и стали и пластичен в твердом состоянии [16].

Введение титана в сплавы меди с оловом, кремнием, герма­нием, марганцем, никелем, кобальтом4 обеспечивает высокую активность смачивания ими карбидов титана, керамики А1203 при пайке в вакууме (р=1,33-10 -3 Па). Припои такого типа запатентованы Н. Мицухара (табл. 23). Припой № 1 изготовлен методами порошковой металлургии, припои № 2—6 отлиты в медную изложницу и прокатаны на лист до 3 мм.

Хрупкий припой, содержащий 100 м. ч. меди, 10—30 м. ч. олова (с добавлением никеля или без него), может быть получен в виде
пластичной фольги при быстром охлаждении из жидкого состоя­ния путем подачи расплава на быстро вращающийся охлаж­даемый валок. Снижение темпе­ратуры пайки припоями на ос­нове Си—Ni, не содержащими цинка, марганца и фосфора (или содержащими их в коли­чествах, не оказывающих за­метного влияния на упругость пара), может быть достигнуто введением в них кремния и бора.

Кремний, введенный в эти спла­вы, заметно повышает их корро­зионную стойкость, жаропроч­ность, а также благодаря обра-

зованию соединений с никелем — и прочность при дисперсион­ном твердении. Введение кремния способствует повышению проч­ности и кислотостойкости припоев в серной кислоте (табл. 24).

Для напайки деталей, работающих при высоких температурах, особенно подвергающихся трению (вентили и т. п.), по В. (Эспе, используют медные припои, содержащие 2,5—10 % Fe, с темпе­ратурой ликвидуса 1180—1230 °С или содержащие 20—30 % Fe, с температурой ликвидуса 1200—1230 °С. Припой, содержащий 75% Си и 25 % Ni (/П=1205 °С), пригоден также для пайки вольфрама и молибдена.

Медные припои, предназначенные для пайки узлов электро­вакуумных приборов, должны быть легированы элементами-деп­рессантами и элементами-упрочнителями с малым давлением паров. Их интервал кристаллизации должен быть достаточно узким, чтобы предотвратить возникновение усадочной пористости и обеспечить вакуумную плотность швов. Припои должны хорошо

Таблица 24. Припои на основе системы Си — Ni и Си — Ni — Si Припой Состав припоя, % Температура, °С Си Ni Si Fe Mn плавления пайки КП 71,5—69 19—20 4,5—5 5-6 950—960 1000 ВПр-1 * Осталь­ 27—30 1,5—2 До 1,5 — 1080—1120 1150—1200 ное ПЖ45(81) ** То же 32 2 2,5 2,5 — 1200 ПМН10 90 10 — — — 1140 — ГПФ 66—72 10—14 1 — 1,8 12—14 4,2—5 1190—1280 1280 — 75 25 — — — — 1205 — 85 10 — 5 — — — * 0,1—0,3 % в. ** 3 % Сг.

смачивать паяемый металл и растекаться по нему в вакууме или защитной среде. Среди компонентов медных сплавов, пригодных для таких припоев,— германий, кобальт, олово. Обычно высокая пластичность медных припоев сохраняется при содержании этих компонентов в пределах их растворимости в припое. Упрочнение припоев достигается легированием твердого раствора, а также образованием структуры с высокодисперсными включениями твердых химических соединений в пластичной матрице сплава.

Упрочнение медных припоев тонкодисперсными частицами химических соединений может быть достигнуто, в частности, при легировании их компонентами, более активно взаимодействую­щими между собой, чем с медью. К таким парам элементов отно­сятся железо или кобальт с кремнием, железо, никель или кобальт с германием, а также бор с никелем или железо. Кремний, герма­ний и бор — неметаллы, и их содержание для сохранения пластич­ности припоя должно быть ограничено.

Все элементы-депрессанты образуют с медью припои с узким интервалом кристаллизации, что в известной мере гарантирует отсутствие в паяном шве усадочной пористости и кристаллиза­ционных трещин, а следовательно, обеспечивает высокую его вакуумную плотность.

Припои на медно-германиевой основе Си— (15—20) % Ge перспективны для пайки многих материалов — меди, вольфрама, молибдена, никеля, железа, коррозионно-стойкой стали 12Х18Н9Т. Припои, содержащие до 10 % Ga, хорошо обрабатываются дав­лением в холодном состоянии с промежуточным отжигом. При введении в них кремния, никеля и олова до 3—5 % величина крае­вого угла смачивания составляет 8—27°, т. е. не хуже, чем у золотых припоев. Из припоев изготовляют фольгу и проволоку. Припои такого класса отличаются низкой эрозионной активностью, низкой упругостью пара в высоком вакууме при 700 °С и обеспе­чивают высокую прочность паяных соединений. Паяные соеди­нения сохраняют вакуум-плотность после длительного хране­ния в условиях тропиков и работают при температуре до 600 °С в циклическом режиме, после холодной деформации и отжига имеют структуру твердого раствора (ТУ 48-31-443—75 и ТУ 48-21- 534—76) [21].

Припои системы Си—Ni—В, содержащие ~97 % Си, не испаряются в пустотах, но соединения из стали, паянные такими припоями, более склонны к окислению и химической эрозии, чем соединения, паянные припоями с палладием. Бор является компо­нентом медных припоев, наиболее активно влияющим на меж - кристаллитное проникновение припоя в сталь (при В 0,5%). Зазоры при пайке высоколегированных сталей такими припоями должны находиться в пределах 0,05—0,2 мм.

Для пайки узлов электровакуумных приборов с целью умень­шения интервала кристаллизации медного припоя и снижения его температуры плавления и температуры пайки Р. Е. Ковальским 128

были введены германий (2—6%) и галлий (12—20%). Пре­дельная растворимость галлия в меди при температуре 900 °С составляет 17,6 %. Оба эти компонента обеспечивают узкий интервал кристаллизации припоя и вакуумную плотность шва.

Вместо бора в качестве упрочняющих элементов медных при­поев могут быть использованы алюминий, железо и кремний, обра­зующие также высокодисперсные включения химических соеди­нений, упрочняющие пластичную матрицу припоя.

Такие припои применяют и для пайки твердосплавного инстру­мента. Это латунные или бронзовые припои, в которые для пре­дотвращения образования трещин в паяном соединении введены никель, железо, для упрочнения припоя — кремний, а для сниже­ния температуры плавления — марганец.

Для увеличения теплостойкости паяного соединения в латун­ные припои для пайки твердосплавного инструмента вводят хром. Эвтектика Си—Сг содержит 8,4 % Сг.

Добавка фосфора резко снижает температуру плавления мед­ных припоев. Введение в припои системы Си—Р кремния, бора, никеля обеспечивает их пригодность для пайки меди при зазорах 0,3—0,6 мм, повышает прочность и пластичность паяных соеди­нений при сохранении температуры пайки в пределах 750—780 °С (рис. 26).

Для использования сплавов Си—Р в качестве заменителей серебряного припоя ПСр 45 потребовалось увеличить их прочность и пластичность. Одним из путей достижения этой цели было леги­рование припоев Си—Р кремнием или кремнием и малыми коли­чествами серебра.

Введение в припои Си—Р дешевого и недефицитного кремния в количестве десятых долей процента приводит к измельчению (модифицированию) хрупких включений фосфидов меди, пони­жению температуры солидуса, торможению испарения цинка при пайке латуни, повышению коррозионной стойкости паяных сое­динений, раскислению металла шва, повышению прочности паяных соединений. Введение в припои Си—Р—Si даже малых добавок серебра (0,05 %) снижает температуру их плавления, увеличи­вает ударную вязкость паяных соединений из латуни.

Припой МПФС 6-0,15 и другие припои системы Си—Р чувст-

Рис. 26. Сопротивление срезу образ­цов из латуни Л63, паянных пастой, содержащей порошок припоя ПМФСб-0,15, в зависимости от дисперсности порошка и срока хра­нения его в смеси с сухим флюсом ПВ209:

/-^5—300 мкм, II— 125—300 мкм,
III — 71 — 125 мкм

5 Зак 637

вительны к скорости деформации, и для их прокатки нужны уме­ренные скорости деформирования (1 — 10) 10“3 с-1 [2].

Припои системы Си—Р непригодны для пайки труб, транспор­тирующих среды, содержащие серу, так как последняя разлагает припой [38].

Золотые припои. Припои на основе золота обладают весьма ценными свойствами, характерными для этого металла: они жаро - и термостойки, по крайней мере до температуры 500 °С; имеют высокую коррозионную стойкость в атмосферных условиях и в контакте с многими агрессивными средами, ^пластичны (ГОСТ 6835—80).

Длительное время золотые припои предназначались главным образом для пайки ювелирных изделий и зубных протезов. Однако уже с 50-х годов их все чаще стали применять при вакуумной пайке изделий, работающих при повышенных температурах в условиях термоциклирования, а также при пайке сталей и других металлов с полупроводниковыми кристаллами.

Золото образует непрерывныефяды пластичных твердых раст­воров с никелем, серебром, палладием, медью. На диаграммах состояния Аи—Ni и Аи—Си имеет место минимум температуры плавления: наименьшая температура плавления твердых раство­ров меди, содержащих 18 % Аи,— 905 °С и 82,5 % Аи — 960 °С. Несколько менее интенсивно снижают температуру плавления золота железо и кобальт, образующие с ним диаграммы состояния перитектического типа; со стороны золота в системе Аи—Fe образуется непрерывный ряд твердых растворов с наинизшей температурой плавления, со стороны золота в системе Аи—Со — эвтектика.

Хром, германий, кремний образуют с золотом простые эвтек­тические системы сплавов без химических соединений. Наиболее тугоплавкая из них — эвтектика Аи—Сг — содержит 8,4% Gr и плавится при температуре 996 °С; легкоплавкие эвтектики золота с германием (/пл = 365 °С при 12 % Ge) и с кремнием (/пл = 370 °С при 6 % Si) пластичны и являются хорошей основой при разра­ботке припоев с температурой пайки в интервале 350—500 °С. Припои на основе этих эвтектик склонны к химической эрозии некоторых металлов.

Бор, рутений, индий, сурьма, олово резко снижают темпера­туру плавления золота, но образуют с ним химические соедине­ния. Поэтому введение этих элементов в золотые припои ограни­чивается их предельной растворимостью в них. Предельная раст­воримость в двойных сплавах с золотом достигает 1,2 % Ge при. 356 °С; 4,2 % Sn при 498 °С; 7,7 % In при 647 °С. Растворимость рутения в золоте ничтожно мала. Эти элементы нашли применение в качестве депрессантов и в некоторых случаях как упрочнители припоев, так как при их взаимодействии с золотом образуются мелкодисперсные включения твердых химических соединений.

Титан также образует с золотом химические соединения, но при этом температура плавления припоя при введении титана повышается.

Хром и никель повышают термостойкость и жаропрочность золотых припоев. Припои на основе золота, легированные этими компонентами, кроме того, окалиностойки, жаростойки и прочны; стабильны по составу при пайке в вакууме. Припой Аи — 18% Ni нашел применение для пайки коррозионно-стойких сталей и обра­зует с ними паяные соединения, обладающие особенно высокой прочностью (ав = 784 МПа), низкой упругостью испарения. Поэ­тому золотые припои, легированные этими элементами, с успехом используются при пайке изделий из сталей, работающих в. усло­виях высокого нагружения и повышения температур (~500 °С); например, турбин ракет и других узлов авиационной и космической техники США. Температура плавления таких припоев обычно несколько ниже 1000 °С.

Припой № 1 (табл. 25) обладает жаростойкостью при темпе­ратуре 500 °С, имеет высокую прочность и смачивающую спо­собность. Припой № 2 образует герметичные паяные соединения с невысоким временным сопротивлением разрыву (ав = 137 МПа). Для сохранения пластичности паяных швов паяемое изделие необходимо быстро охлаждать от температуры 500 °С в связи с тем, что в этих сплавах ниже температуры 390 °С образуются упорядоченные твердые растворы, понижающие пластичность сплава. К положительным свойствам припоев Аи—Си следует отнести весьма узкий интервал кристаллизации, что обеспечивает высокую размерную точность при монтаже тонкостенных конструк­ционных элементом изделий. Эти припои применяют при пайке металлов высокой чистоты, имеющих высокую коррозионную стойкость, а также для пайки электронных трубок, при изготов­лении вакуумного оборудования и т. п.

Таблица 25. Золотые припои, образующие жаростойкие прочные соединения Номер припоя Состав припоя, °/{ 0 Температура пайки, °С Аи Си Ni Сг, В, Pd Другие элементы 1 68 21,9 9 1 Сг; 0,1В <1000 2 40—90 Осталь­ ное — — — — 3 65—82 — Остальное — — 950 4 50 7 11 13,5 Pd 18,5 Ag — 5 54 10 12 7 Pd 17 Ag — 6 65 — 0,1 33,2 Pd 1,7 Ru — 7 Осталь­ ное — 10 10 Сг 1 Fe 1035 8 5—15 Осталь­ ное 10—40 (или Со) — 5—15 In 1000—1100 9 15—30 40—50 18—31 (или Со) — 8—12 In —

Припой № 3 был применен фирмой «Грумман Диркрафт инжи­ниринг» (США) для пайки трубопроводов из стали 3041 в лунном модуле космического корабля «Аполлон» и для специальных конструкционных элементов реактора из инконеля 718. Припой обладает высокой прочностью и окалиностойкостью при высоких температурах. Температура пайки в вакууме 950 °С.

Припои № 4 и 5 предназначены для пайки изделий, работаю­щих при повышенных температурах. Припои хорошо смачивают хромосодержащие теплостойкие сплавы на основе кобальта, обес­печивают хорошую пластичность паяных соединений и расте­каются при температуре ниже 1036 °С. Примеси в таких припоях строго ограничены: при содержании в припое более 0,5 % алю­миния, титана или кремния резко ухудшается растекаемость припоев. Содержание в них Al+Ti-j-Si должно быть меньше 0,1 %, лучше 0,02 %.

По данным фирмы «Филькинсон Денталь Мануфактуринг» (США), припой № 6 обладает достаточно высокой прочностью, пластичностью и коррозионной стойкостью при нормальных и повышенных температурах. Он применяется при пайке металлов с керамикой типа АЬОз. Паяные швы не окисляются даже при сгорании керамики. Припой имеет хорошую электрическую про­водимость.

Припой № 7 разработан для пайки коррозионно-стойкой стали с керамикой (А120з), образует вакуум-плотные и коррозионно - стойкие швы на воздухе и термостойкие соединения в условиях нагрева до 700 °С в течение 500 ч. Керамику перед пайкой метал­лизируют молибденом и паяют со сталью 321 (с толщиной листа 0,3 мм). Паяные соединения термостойки в течение 250 циклов нагрева (20—880 °С) при скорости нагрева и охлаждения 80 °С/мин [16].

Припои № 8 и 9 обладают пониженной окисляемостью при испытаниях (менее 3 мг/см2 за 1000 ч при 500 °С), но невысокой прочностью, низкой пластичностью паяного шва, что обусловлено, по-видимому, содержанием в них индия сверх предельной его растворимости (7,7 % In).

Золотые припои с кремнием, германием, оловом, сурьмой и медью благодаря невысокой температуре их плавления получили применение при изготовлении полупроводниковых вакуумных при­боров [22].

Для обеспечения высокой электрической проводимости (не менее 75 % электрической проводимости чистой меди) соединения контактов медных элементов протонных ускорителей с корро­зионно-стойкими сталями паяют припоями 50 % Си—50 % Аи' или 35 % Аи—62 % Си—3 % Ni в печи, в среде водорода или в вакууме (р= 1,33-10~5 Па) при температуре 1180 °С.

Припои для ювелирных изделий должны обладать по сравне­нию с другими припоями еще двумя особенностями: проба и цвет их и паяемого сплава должны быть однаковыми. Снижение тем - 132

пературы плавления золотых припоев и подбор цвета достигаются легированием их медью, кадмием, цинком.

В ювелирной промышленности нашел применение предложен­ный Б. А. Холопаниным припой с пониженным содержанием золота, обеспечивающий образование паяных швов, по цвету не отличающихся от основного металла. Состав припоя (%): 6,5—10,5 Ag, 2,5—9,5 Си, 7,5—11,5 Zn, 1,5—2,5 % Ni, Аи — остальное. Относительно легкоплавкий припой (с рабочей темпе­ратурой пайки 740 °С) ЗлСрМ 538—80 (ГОСТ 6835—80) содер­жит 58,5 % Аи, 8 % Ag, 33,5 % Си, остальное примеси.

Для пайки платины рекомендованы золотые припои системы Аи—Pd—Си—Ag с добавками цинка, никеля и марганца, вво­димыми для повышения их пластичности.

Припои с палладием. Припои с палладием, несмотря на их до­роговизну и дефицитность, в последнее время интенсивно иссле­дуют и рекламируют. Палладий в качестве основы припоев инте­ресен во многих отношениях. Во-первых, он менее дефицитен, чем другие металлы платиновой группы; во-вторых, образует непре­рывный ряд твердых растворов с металлами первой (серебро, медь, золото) и восьмой (железо, кобальт, никель) групп перио­дической системы, а со многими другими элементами образует относительно широкую область твердых растворов.

Краевой угол смачивания технического железа серебром до­вольно большой (70°). Угол смачивания железа серебром (после пайки при температуре 850—1100 °С с флюсом), по данным Д. В. Руза и В. А. Андерсена, снижается с 70 до 20 °С при добавке 5 % Pd. Припой ПСр 72 после добавки палладия пригоден для пайки коррозионно-стойких сталей в сухом аргоне без флюса. Добавка к припоям системы Ag—Си—Pd 0,2—0,5 % Li способ­ствует еще большему уменьшению краевого угла смачивания жидкого припоя на поверхности паяемого металла.

Способность палладия образовывать непрерывный ряд твер­дых растворов с металлами группы железа и ограниченные твер­дые растворы с металлами 5-й и 6-й групп периодической системы (Nb, Та, Mo, W), в противоположность металлам первой группы (Ag, Си, Аи), позволяет палладиевым припоям конкурировать с никелевыми припоями при пайке жаропрочных сплавов и сереб­ряно-медными припоями при пайке тугоплавких сплавов. В по­следнее время за рубежом наблюдается тенденция к замене из­вестного эвтектического припоя, содержащего 72 % Ag и 28 % Си, а также припоев на его основе при пайке вакуумных приборов (в электронике, радиотехнике и т. д.) сплавами, содержащими палладий; упругость пара серебра при температуре его плавления 960 °С равна 0,344 Па, а пара палладия при температуре его плавления 1552 °С—1,37 Па.

Использование палладия в качестве основы или в качестве легирующего элемента позволяет получать припои с температурой ликвидуса от 810 °С до температуры плавления палладия

Номер припоя	Состав припоя, %	Температура, c	’С
Pd	Ag	Си	Ni	Другие элементы	солидуса	ликвидуса	пайки
1	5	68,4	26,6			807	810	815
2	96,5	—	—	—	3,5 В	845	845	850
3	10	58,5	31,5	—	—	824	852	860
4	15	65	20	—	—	850	900	905
5	20	52	28	—	—	879	898	905
6	25	54	21	—	—	901	950	955
7	5	—	25	—	70 Аи	940	967	980
8	5	95	—	—	—	970	1010	- 1015
9	15	—	34	—	51 Аи	998	1031	1040
10	18	—	82	—	—	1060	1090	1095
11	20	75	—	—	5 Мп	1000	1120	1120
12	21	—	—	48	31 Мп	1120	1120	1125
13	59,25	—	—	40	0,50 Si; 0,25 Be	1115	1160	1165
14	Осталь­	—	—	40	0,05—0,30 Li;	—	—	1175
	ное				0,01—0,10 В
15	35	—	50	15	—	1163	1171	1175
16	24	—	—	39	4 Si; 33 Cr	—	—	1175
17	33	64	—	—	3 Мп	1180	1200	1120
18	60	—	—	40	—	1237	1237	1250
19	43	—	—	29	28 Cr	1215	1250	1260
20	54	—	—	36	10 Cr	—	—	—

(1552 °С). Наиболее исследована тройная диаграмма Pd—Си— Ag. Палладий в качестве основы жаропрочных припоев не имеет большой перспективы, так как образуемые им химические соединения с другими элементами не являются высокими упроч - нителями, как, например, фаза №з(А12Ті) в железных и никелевых жаропрочных сплавах. Палладий в основном используют в ка­честве основы твердых растворов с хорошими физическими и механическими характеристиками.

Большое разнообразие свойств палладиевых сплавов соз­дается при сочетании его со следующими элементами: серебром, медью, золотом, хромом, марганцем, никелем, бором, бериллием, кремнием (табл. 26). Хром вводится в припой главным образом для повышения жаростойкости. Хорошей смачиваемостью, жаро­стойкостью, малой химической эрозией и небольшой способностью к проникновению по границам зерен, а также неспособностью образовывать интерметаллиды при пайке коррозионно-стойких сталей и никелевых жаропрочных сплавов, упрочненных алюми­нием и титаном, обладает эвтектический припой, содержащий 60 % Pd и 40 % Ni. Он имеет минимальную температуру плавле­ния 1237 °С в системе сплавов Pd —Ni. Хорошая смачиваемость палладиевыми сплавами многих металлов позволяет изменять зазоры при пайке в широких пределах (0,05—0,50 мм).

Прочные твердые растворы Pd—Ni, легированные хромом, имеют высокую жаростойкость. Наименьшая температура лик­видуса таких сплавов 1250 °С. Дополнительное легирование спла-

bob Pd—Ni—Ge кремнием, предназначаемым для снижения тем­пературы ликвидуса, предпочтительно по сравнению с другими элементами (бором и фосфором), так как последние при пайке никелевых жаропрочных сплавов, по данным В. А. Баркера и дру­гих, могут вызвать проникновение припоя по границам зерен. Припой состава (%): 24 Pd, 33 Сг, 39 Ni, и 4 Si предложен для пайки жаропрочного сплава, содержащего 0,12 % С; 1,5 % А1; 3,15 % Ті; 9,75 % Мо; 19 % Сг; 11 % Со; <5 %Fe; 0,07 % В; Ni — остальное. При более высоком содержании кремния припой интенсивно растворяет паяемый металл.

Припой с палладием состава (%) : 39—60 Pd; 20—47,5 Ni при легировании по крайней мере одним элементом из группы Ag, Sn, In (0—35 Ag, 0—32 Sn, 0—32 In), одним элементом из группы Au, Ge, Si (0—10 Au, 0—4,4 Ge, 0—3,9 Si) и элементом - раскислителем, например литием (~0,025 %), имеет хорошую прочность, коррозионную стойкость при повышенных темпера­турах и пригоден для пайки хрома, сплавов с хромом, например в зубоврачебной технике.

Припой № 11 (см. табл. 26) использован в США для пайки тонкостенных трубок камеры сгорания ракетного двигателя, а припой № 1 — для соединения магнетронных трубок. Бериллие - вые окна рентгеновских трубок впаивают в корпус из монеля 407 припоем № 4.

Припой № 6 получил название паллабрейз 950 и нашел при­менение для пайки аустенитных и ферритных коррозионно-стойких сталей. Он обеспечивает прочность и коррозионную стойкость паяных соединений при температурах до 400 °С. Пайка этим при­поем возможна в восстановительных газовых средах и с флюсом на воздухе. Припой № 15 обеспечивает получение соединений из коррозионно-стойких сталей повышенного качества.

В последние 10 лет палладиевые припои применяют также для пайки керамики и графита со сталью или тугоплавкими ме­таллами. Палладиевые припои, легированные тугоплавкими ме­таллами — ниобием, молибденом и ванадием, образуют паяные швы повышенной стойкости в парах щелочных металлов. Припои № 1 и 3 предназначены для пайки керамики с металлами, со­единения которых работают в парах щелочных металлов. Введе­

те б л и ц а 27. Палладиевые припои, легированные тугоплавкими металлами и хромом Номер припоя Состав припоя, % Pd Сг Ni Другие элементы 1 10—50 2—12 10—30 До 30 Си; (5—30) Мо 2 43—68 2—12 30—45 — 3 20—60 — — (80—40) V или Nb 4 88—98 — — (2—12) Ті 5 23,5 6,5 23,4 0,1 J; до 2 W, Та, Мо, 46,5 Аи

ние иттрия и тугоплавких металлов в припои системы Pd—Au— Cr—Ni (припой № 5) обеспечивает высокую стойкость паяных соединений против окисления при температуре 870—982 °С в тече­ние более 400 ч (табл. 27).

Палладиевые припои с титаном относятся к высокоплавким припоям и имеют температуру солидуса 1440 °С (припой № 14). Соединения, паянные таким припоем, могут работать до темпе­ратуры 1640 °С [18]. Припой № 2 (см. табл. 27) применяют также для пайки графита с графитом или с тугоплавкими металлами — молибденом, вольфрамом или их сплавами. Такие паяные со­единения работают в условиях нейтронного облучения в ядерных реакторах и выдерживают 10 циклов при температуре до 700 °С и в высоком вакууме при температуре 1250 °С в течение 10 мин, не обнаруживают химической эрозии после выдержки 1000 ч при температуре 700 °С в расплаве фторидов. М. В. Радзиевский по­казал, что палладиевый припой ПКЖ-1000 системы Pd—Ni обес­печивает равнопрочные соединения из легированных ферритных сталей.

Г л а в а 4