Шаберная пайка
Единственным способом бесфлюсовой низкотемпературной пайки алюминия и его сплавов до середины 30-х годов была так называемая шаберная пайка, при которой предварительно лудили паяемую поверхность с помощью шабера, удаляя острым концом под слоем жидкого легкоплавкого припоя верхний слой металла вместе с оксидом Al2O3.
Это направление в технологии низкотемпературной пайки алюминия получило впоследствии дальнейшее развитие. Оксидную пленку с поверхности алюминия удаляют не только шабером, но и металлическими щетками, абразивными частицами, погруженными в расплавленный припой и разрушающими оксидную пленку в процессе обратно-поступательного или вращательного перемещения их по облуживаемой поверхности.
Для лужения деталей легкоплавкими припоями их нагревают на 20 — 40°С выше температуры плавления припоя. Лужение проводят абразивным прутком (карандашом) или кругами, металлической сеткой, растирая жидкий припой по паяемой поверхности с помощью ветоши или асбеста до металлического блеска и отсутствия лысин. Для лужения обычно применяют припой с температурой плавления ниже 350°С. После абразивного лужения в условиях отсутствия пыли, попадания жиров хранение деталей возможно до 5 сут, а в полиэтиленовых мешках — до 30 сут.
Ультразвуковая пайка
Другими способами бесфлюсовой низкотемпературной пайки алюминия и его сплавов являются ультразвуковая и абразивно-кавитационная пайка (с предварительным лужением).
При ультразвуковой (УЗ) пайке кавитация в припоях возможна при введении в них энергии ультразвуковых колебаний частотой 18—60 кГц при интенсивности излучения (8—10) 103 Вт/м². При этом в жидком припое возникают макро- и микропотоки, уносящие частицы оксидов, перемешивающие его и обеспечивающие воздействие на твердые частицы абразива или первичные кристаллы, находящиеся в припое при его жидкотвердом состоянии.
При пайке алюминия в УЗ ваннах с оловом при интенсивности колебаний более 9,5 Вт/см² и температуре 280°С наступает кавитация и развивается УЗ эрозия. Особенно сильная УЗ эрозия алюминия имеет место в придонной области ванны: с повышением температуры она усиливается. Интенсивность УЗ колебаний при пайке, обеспечивающая УЗ лужение, зависит также от состава припоя. В припое П250А интенсивность УЗ колебаний должна быть ниже 14 Вт/см², в припое Sn—50 % Zn — ниже 1 Вт/см², в олове, содержащем ферротитан,— 9,5 Вт/см²(при температуре ниже 300 °С). Длительность лужения менее 1 с.
Ультразвуковое лужение алюминия — малопроизводительный процесс, особенно при сложной форме поверхности.
Абразивно-кавитационная пайка
В качестве абразивных частиц при кавитационно-абразивной пайке может быть использован порошок ферротитана дисперсностью 0,6—1,4 мм в количестве 1—7 % массы припоя. В припоях систем Sn—20 % Zn, Sn—50 % Zn с широким интервалом затвердевания ту же роль могут играть первичные кристаллы цинка (ниже температуры ликвидуса, в котором первичные кристаллы еще не образуют при срастании жесткого скелета).
Полное абразивно-кавитационное облуживание образца алюминия в припое Sn—50% Zn при 300°С происходит за 10 с при интенсивности колебаний J = 2 Вт/см² и малой глубине эрозии (0,007 мм), т. е. значение глубины эрозии того же порядка, что и при абразивном лужении. Способ успешно использован, например, при пайке многожильных проводов с медными наконечниками.
Локальное горячее лужение алюминиевой ленты возможно при нанесении на облуживаемый участок флюса и пропускании ленты через пару нагревательных валков. Расплавленный припой подается на поверхность ролика и через него на подлежащий лужению участок.
Предложен ряд других способов низкотемпературной пайки алюминия и его сплавов.
На поверхность алюминиевого сплава, очищенную от оксидной пленки, может быть нанесен канифольно-спиртовой флюс. Для этого деталь погружают в ванну, состоящую из двух жидких несмешивающихся слоев, обладающих весьма ограниченной взаимной растворимостью: раствора HF (снизу) и раствора канифоли в этиловом спирте (сверху). Деталь, выдержанная в растворе HF в течение ∼3 мин, в верхней части ванны покрывается слоем канифольно-спиртового флюса и в таком виде может быть запаяна легкоплавкими припоями.
Для получения паяных соединений из алюминия и его сплавов с высокой коррозионной стойкостью в реактивный флюс с хлоридом цинка вводят ингибитор (0,1-2—1,69 %) СuС12 и жидкий алифатический кетон с молекулярной массой 184 (22,5—37,5 %).
В таком флюсе (паяльной жидкости), нагретом до температуры 260—345°С, паяют погружением пластинчатые радиаторы. Образование и плавление припоя завершается в результате теплоты экзотермической реакции между ZnС12 и алюминием.