การประสานอลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียม

1. Brazeability

คุณสมบัติในการประสานของอะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมอัลลอยไม่ดี เนื่องจากฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวลอกออกได้ยากอลูมิเนียมมีความสัมพันธ์ที่ดีกับออกซิเจนง่ายต่อการสร้างฟิล์มออกไซด์ Al2O3 จุดหลอมเหลวที่มีความหนาแน่น เสถียร และสูงบนพื้นผิวในเวลาเดียวกัน อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีแมกนีเซียมจะสร้างฟิล์มออกไซด์ MgO ที่เสถียรมากพวกเขาจะขัดขวางการเปียกและการแพร่กระจายของบัดกรีอย่างจริงจังและถอดยากในระหว่างการประสาน กระบวนการประสานสามารถทำได้ด้วยฟลักซ์ที่เหมาะสมเท่านั้น

ประการที่สอง การประสานอลูมิเนียมและอลูมิเนียมอัลลอยด์นั้นทำได้ยากจุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียมนั้นไม่แตกต่างจากโลหะที่ใช้ประสานประสานกันมากนักช่วงอุณหภูมิเสริมสำหรับการประสานนั้นแคบมากการควบคุมอุณหภูมิที่ไม่เหมาะสมเพียงเล็กน้อยจะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปหรือแม้กระทั่งการหลอมของโลหะพื้นฐานได้ง่าย ทำให้กระบวนการประสานทำได้ยากอะลูมิเนียมอัลลอยด์บางชนิดที่เสริมความแข็งแกร่งด้วยการอบชุบด้วยความร้อนจะทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่อ่อนตัว เช่น อายุมากขึ้นหรือการหลอมเนื่องจากความร้อนจากการประสาน ซึ่งจะลดคุณสมบัติของข้อต่อประสานในระหว่างการประสานด้วยเปลวไฟ เป็นการยากที่จะตัดสินอุณหภูมิเนื่องจากสีของอลูมิเนียมอัลลอยด์จะไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการให้ความร้อน ซึ่งจะเพิ่มข้อกำหนดสำหรับระดับการทำงานของผู้ปฏิบัติงานด้วย

นอกจากนี้ ความต้านทานการกัดกร่อนของรอยต่อประสานอะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมอัลลอยยังได้รับผลกระทบจากโลหะเติมและฟลักซ์อย่างง่ายดายศักยภาพอิเล็กโทรดของอะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียมค่อนข้างแตกต่างจากของบัดกรี ซึ่งช่วยลดความต้านทานการกัดกร่อนของข้อต่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับข้อต่อแบบอ่อนนอกจากนี้ ฟลักซ์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในการบัดกรีแข็งของอะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมอัลลอยยังมีฤทธิ์กัดกร่อนสูงแม้ว่าพวกเขาจะทำความสะอาดหลังจากการประสาน แต่อิทธิพลของฟลักซ์ที่มีต่อความต้านทานการกัดกร่อนของข้อต่อจะไม่ถูกขจัดออกไปโดยสิ้นเชิง

2. วัสดุประสาน

(1) การประสานของอลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียมเป็นวิธีที่ไม่ค่อยได้ใช้ เนื่องจากองค์ประกอบและศักยภาพของอิเล็กโทรดของโลหะเติมประสานและโลหะพื้นฐานแตกต่างกันมาก ซึ่งง่ายต่อการทำให้เกิดการกัดกร่อนของข้อต่อด้วยไฟฟ้าเคมีการบัดกรีอ่อนส่วนใหญ่ใช้การบัดกรีที่ใช้สังกะสีและตะกั่วดีบุก ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นบัดกรีที่อุณหภูมิต่ำ (150 ~ 260 ℃) บัดกรีอุณหภูมิปานกลาง (260 ~ 370 ℃) และบัดกรีที่อุณหภูมิสูง (370 ~ 430 ℃) ตาม ช่วงอุณหภูมิเมื่อใช้บัดกรีตะกั่วดีบุกและทองแดงหรือนิกเกิลถูกชุบไว้ล่วงหน้าบนพื้นผิวอลูมิเนียมเพื่อการประสาน สามารถป้องกันการกัดกร่อนที่ส่วนต่อประสานข้อต่อได้ เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของข้อต่อ

การประสานของอะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น ตัวนำตัวกรอง เครื่องระเหย หม้อน้ำ และส่วนประกอบอื่นๆเฉพาะโลหะฟิลเลอร์ที่มีอะลูมิเนียมเป็นส่วนประกอบหลักเท่านั้นที่สามารถใช้สำหรับการประสานของอะลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียม ซึ่งโลหะอะลูมิเนียมซิลิกอนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดขอบเขตการใช้งานเฉพาะและกำลังรับแรงเฉือนของข้อต่อประสานแสดงในตารางที่ 8 และตารางที่ 9 ตามลำดับอย่างไรก็ตาม จุดหลอมเหลวของบัดกรีนี้อยู่ใกล้กับโลหะพื้นฐาน ดังนั้นควรควบคุมอุณหภูมิการให้ความร้อนอย่างเข้มงวดและแม่นยำในระหว่างการประสานเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปหรือแม้กระทั่งการหลอมของโลหะพื้นฐาน

ตารางที่ 8 ขอบเขตการใช้งานของโลหะเติมประสานสำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมและอลูมิเนียม

ตารางที่ 9 แรงเฉือนของข้อต่ออลูมิเนียมและอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ประสานด้วยอะลูมิเนียมซิลิกอนฟิลเลอร์โลหะ

อะลูมิเนียมซิลิกอนบัดกรีมักจะให้มาในรูปของผง แปะ ลวดหรือแผ่นในบางกรณี ประสานแผ่นคอมโพสิตที่มีอลูมิเนียมเป็นแกนและอลูมิเนียมซิลิกอนประสานเป็นแผ่นปิดแผ่นคอมโพสิตประสานชนิดนี้ผลิตขึ้นโดยวิธีไฮดรอลิกและมักใช้เป็นส่วนหนึ่งของส่วนประกอบประสานในระหว่างการประสาน โลหะฟิลเลอร์ประสานบนแผ่นคอมโพสิตจะละลายและไหลภายใต้การกระทำของเส้นเลือดฝอยและแรงโน้มถ่วงเพื่อเติมเต็มช่องว่างของข้อต่อ

(2) ฟลักซ์และก๊าซป้องกันสำหรับการประสานอลูมิเนียมและอลูมิเนียมอัลลอยด์ มักใช้ฟลักซ์พิเศษในการขจัดฟิล์มฟลักซ์อินทรีย์ที่มีพื้นฐานจากไตรเอทาโนลามีน เช่น fs204 ใช้กับบัดกรีอ่อนที่อุณหภูมิต่ำข้อดีของฟลักซ์นี้คือมีผลการกัดกร่อนเพียงเล็กน้อยบนโลหะพื้นฐาน แต่จะผลิตก๊าซจำนวนมาก ซึ่งจะส่งผลต่อการทำให้เปียกและการอุดรอยรั่วของโลหะบัดกรีฟลักซ์รีแอกทีฟที่อิงจากซิงค์คลอไรด์ เช่น fs203 และ fs220a ใช้กับบัดกรีอ่อนที่อุณหภูมิปานกลางและอุณหภูมิสูงฟลักซ์รีแอกทีฟมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง และจะต้องกำจัดสารตกค้างหลังจากการประสาน

ปัจจุบันการประสานของอะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียมยังคงถูกครอบงำด้วยการกำจัดฟิล์มฟลักซ์ฟลักซ์ประสานที่ใช้รวมถึงฟลักซ์ที่มีคลอไรด์และฟลักซ์ที่มีฟลูออไรด์เป็นพื้นฐานฟลักซ์จากคลอไรด์มีความสามารถในการขจัดฟิล์มออกไซด์และความลื่นไหลได้ดี แต่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงต่อโลหะพื้นฐานต้องกำจัดสิ่งตกค้างให้หมดหลังจากการประสานฟลักซ์ที่มีฟลูออไรด์เป็นฟลักซ์ประเภทใหม่ ซึ่งมีผลในการขจัดฟิล์มที่ดีและไม่เกิดการกัดกร่อนต่อโลหะพื้นฐานอย่างไรก็ตาม มีจุดหลอมเหลวสูงและเสถียรภาพทางความร้อนต่ำ และสามารถใช้ได้เฉพาะกับอะลูมิเนียมซิลิคอนบัดกรี

เมื่อประสานอะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียม มักใช้บรรยากาศแบบสุญญากาศ บรรยากาศที่เป็นกลางหรือเฉื่อยเมื่อใช้ประสานสุญญากาศ ระดับสุญญากาศโดยทั่วไปจะถึงลำดับ 10-3paเมื่อใช้ไนโตรเจนหรือก๊าซอาร์กอนในการป้องกัน ความบริสุทธิ์ต้องสูงมาก และจุดน้ำค้างต้องต่ำกว่า -40 ℃

3. เทคโนโลยีประสาน

การประสานของอะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียมมีความต้องการสูงสำหรับการทำความสะอาดพื้นผิวของชิ้นงานเพื่อให้ได้คุณภาพที่ดี ต้องขจัดคราบน้ำมันและฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวก่อนทำการประสานขจัดคราบน้ำมันบนพื้นผิวด้วยสารละลาย Na2CO3 ในน้ำที่อุณหภูมิ 60 ~ 70 ℃ เป็นเวลา 5 ~ 10 นาที แล้วล้างออกด้วยน้ำสะอาดฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวสามารถลบออกได้โดยการกัดด้วยสารละลายน้ำ NaOH ที่อุณหภูมิ 20 ~ 40 ℃ เป็นเวลา 2 ~ 4 นาที แล้วล้างด้วยน้ำร้อนหลังจากขจัดคราบน้ำมันและฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวแล้ว ชิ้นงานจะต้องผ่านการบำบัดด้วยสารละลายในน้ำ HNO3 เพื่อความเงางามเป็นเวลา 2 ~ 5 นาที จากนั้นทำความสะอาดในน้ำไหลและทำให้แห้งในที่สุดชิ้นงานที่ผ่านการบำบัดด้วยวิธีการเหล่านี้จะต้องไม่ถูกสัมผัสหรือปนเปื้อนกับสิ่งสกปรกอื่น ๆ และจะต้องประสานภายใน 6 ~ 8 ชั่วโมงมันจะดีกว่าที่จะประสานทันทีถ้าเป็นไปได้

วิธีการประสานของอลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียมส่วนใหญ่รวมถึงการประสานด้วยเปลวไฟ การบัดกรีด้วยหัวแร้ง และการประสานในเตาหลอมวิธีการเหล่านี้มักใช้ฟลักซ์ในการประสาน และมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับอุณหภูมิความร้อนและระยะเวลาในการให้ความร้อนในระหว่างการประสานด้วยเปลวไฟและการบัดกรีประสานของหัวแร้ง ให้หลีกเลี่ยงการให้ความร้อนฟลักซ์โดยตรงจากแหล่งความร้อนเพื่อป้องกันไม่ให้ฟลักซ์ร้อนเกินไปและเกิดความล้มเหลวเนื่องจากอะลูมิเนียมสามารถละลายได้ในหัวแร้งแบบอ่อนที่มีปริมาณสังกะสีสูง จึงควรหยุดให้ความร้อนเมื่อเกิดรอยต่อเพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนของโลหะพื้นฐานในบางกรณี การประสานของอะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียมในบางครั้งไม่ได้ใช้ฟลักซ์ แต่ใช้วิธีอัลตราโซนิกหรือการขูดเพื่อขจัดฟิล์มเมื่อใช้การขูดเพื่อเอาฟิล์มสำหรับการประสาน ขั้นแรกให้ความร้อนชิ้นงานจนถึงอุณหภูมิประสาน จากนั้นจึงขูดส่วนที่บัดกรีของชิ้นงานด้วยปลายแท่งบัดกรี (หรือเครื่องมือขูด)ขณะทำลายฟิล์มออกไซด์ของพื้นผิว ปลายของบัดกรีจะละลายและทำให้โลหะฐานเปียก

วิธีการประสานของอะลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียมส่วนใหญ่รวมถึงการประสานด้วยเปลวไฟ การประสานในเตาหลอม การประสานแบบจุ่ม การประสานด้วยสุญญากาศ และการประสานแบบป้องกันแก๊สการเชื่อมด้วยเปลวไฟส่วนใหญ่จะใช้สำหรับชิ้นงานขนาดเล็กและการผลิตชิ้นเดียวเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของฟลักซ์เนื่องจากการสัมผัสระหว่างสิ่งเจือปนในอะเซทิลีนและฟลักซ์เมื่อใช้เปลวไฟออกซีอะเซทิลีน ควรใช้เปลวไฟอัดน้ำมันเบนซินที่มีการลดปริมาณเล็กน้อยเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะพื้นฐานในระหว่างการประสานเฉพาะ ฟลักซ์การประสานและโลหะเติมสามารถวางที่ตำแหน่งประสานล่วงหน้า และให้ความร้อนพร้อมกับชิ้นงานชิ้นงานสามารถถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิในการประสานก่อน จากนั้นบัดกรีที่จุ่มด้วยฟลักซ์จะถูกส่งไปยังตำแหน่งประสานหลังจากหลอมโลหะฟลักซ์และสารตัวเติมแล้ว เปลวไฟความร้อนจะถูกลบออกอย่างช้าๆ หลังจากเติมโลหะเติมอย่างสม่ำเสมอ

เมื่อประสานอลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียมในเตาลม ต้องตั้งค่าโลหะฟิลเลอร์ประสาน และฟลักซ์ประสานจะต้องละลายในน้ำกลั่นเพื่อเตรียมสารละลายหนาที่มีความเข้มข้น 50% ~ 75% แล้วเคลือบหรือพ่นบน พื้นผิวประสานปริมาณผงประสานผงในปริมาณที่เหมาะสมสามารถเคลือบบนโลหะเติมประสานและพื้นผิวประสาน จากนั้นการเชื่อมที่ประกอบแล้วจะต้องวางในเตาเผาเพื่อให้ความร้อนประสานเพื่อป้องกันไม่ให้โลหะฐานร้อนจัดหรือหลอมละลาย ต้องควบคุมอุณหภูมิความร้อนอย่างเข้มงวด

โดยทั่วไปจะใช้การบัดกรีแบบแปะหรือฟอยล์สำหรับการบัดกรีแข็งของอลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียมชิ้นงานที่ประกอบแล้วจะต้องอุ่นก่อนประสานเพื่อให้อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิในการประสาน จากนั้นนำไปแช่ในฟลักซ์ประสานสำหรับการประสานในระหว่างการประสาน อุณหภูมิในการประสานและเวลาในการประสานต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดถ้าอุณหภูมิสูงเกินไป โลหะพื้นฐานจะละลายได้ง่าย และบัดกรีจะสูญหายได้ง่ายหากอุณหภูมิต่ำเกินไป แสดงว่าบัดกรียังไม่ละลายเพียงพอ และอัตราการประสานจะลดลงอุณหภูมิในการประสานจะต้องกำหนดตามชนิดและขนาดของโลหะพื้นฐาน องค์ประกอบและจุดหลอมเหลวของโลหะเติม และโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างอุณหภูมิ Liquidus ของโลหะเติมและอุณหภูมิโซลิดัสของโลหะพื้นฐานเวลาจุ่มของชิ้นงานในอ่างฟลักซ์ต้องแน่ใจว่าบัดกรีสามารถละลายและไหลได้เต็มที่ และเวลารองรับไม่ควรนานเกินไปมิฉะนั้น ธาตุซิลิกอนในบัดกรีอาจกระจายไปในโลหะฐาน ทำให้โลหะฐานใกล้ตะเข็บเปราะ

ในการประสานสูญญากาศของอลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียม ตัวกระตุ้นการทำงานของโลหะมักจะใช้เพื่อปรับเปลี่ยนฟิล์มออกไซด์ของพื้นผิวของอลูมิเนียมและให้แน่ใจว่าการเปียกและการแพร่กระจายของบัดกรีแมกนีเซียมสามารถใช้โดยตรงบนชิ้นงานในรูปของอนุภาค หรือนำเข้าสู่โซนประสานในรูปของไอน้ำ หรือแมกนีเซียมสามารถเติมลงในอะลูมิเนียมซิลิคอนบัดกรีเป็นองค์ประกอบโลหะผสมสำหรับชิ้นงานที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อน เพื่อให้มั่นใจว่าไอแมกนีเซียมจะกระทบกับโลหะพื้นฐานอย่างเต็มที่และปรับปรุงคุณภาพการประสาน มักใช้มาตรการป้องกันเฉพาะที่ กล่าวคือ ชิ้นงานจะถูกวางไว้ในกล่องสแตนเลสก่อน (โดยทั่วไป เรียกว่ากล่องกระบวนการ) แล้วนำไปใส่ในเตาสุญญากาศเพื่อให้ความร้อนประสานกันข้อต่ออลูมิเนียมประสานสูญญากาศและโลหะผสมอลูมิเนียมมีพื้นผิวเรียบและข้อต่อประสานหนาแน่นและไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดหลังจากการประสานอย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ประสานสุญญากาศนั้นมีราคาแพง และไอแมกนีเซียมก็สร้างมลพิษให้กับเตาเผาอย่างจริงจัง จึงต้องทำความสะอาดและบำรุงรักษาบ่อยๆ

เมื่อประสานอะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมอัลลอยด์ในบรรยากาศที่เป็นกลางหรือเฉื่อย สามารถใช้ตัวกระตุ้นแมกนีเซียมหรือฟลักซ์เพื่อขจัดฟิล์มได้เมื่อใช้ตัวกระตุ้นแมกนีเซียมเพื่อเอาฟิล์มออก ปริมาณแมกนีเซียมที่ต้องการจะต่ำกว่าการประสานด้วยสุญญากาศอย่างมากโดยทั่วไป w (มก.) จะอยู่ที่ประมาณ 0.2% ~ 0.5%เมื่อแมกนีเซียมมีปริมาณมาก คุณภาพของข้อต่อจะลดลงวิธีการประสาน NOCOLOK โดยใช้ฟลักซ์ฟลูออไรด์และการป้องกันไนโตรเจนเป็นวิธีการใหม่ที่พัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเนื่องจากสารตกค้างของฟลักซ์ฟลูออไรด์ไม่ดูดซับความชื้นและไม่กัดกร่อนอะลูมิเนียม กระบวนการกำจัดฟลักซ์ที่เหลือหลังจากการประสานสามารถละเว้นได้ภายใต้การปกป้องของไนโตรเจน จำเป็นต้องเคลือบฟลักซ์ฟลูออไรด์เพียงเล็กน้อย โลหะตัวเติมสามารถทำให้โลหะฐานเปียกได้ดี และได้ข้อต่อประสานคุณภาพสูงได้ง่ายปัจจุบัน วิธีการประสานแบบ NOCOLOK นี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตหม้อน้ำอะลูมิเนียมและส่วนประกอบอื่นๆ เป็นจำนวนมาก

สำหรับอะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียมที่บัดกรีด้วยฟลักซ์อื่นๆ ที่ไม่ใช่ฟลักซ์ฟลูออไรด์ จะต้องขจัดคราบฟลักซ์ที่เหลือออกให้หมดหลังจากการประสานสารตกค้างของฟลักซ์ประสานอินทรีย์สำหรับอะลูมิเนียมสามารถล้างด้วยสารละลายอินทรีย์ เช่น เมทานอลและไตรคลอโรเอทิลีน ทำให้เป็นกลางด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ในน้ำ และสุดท้ายทำความสะอาดด้วยน้ำร้อนและน้ำเย็นคลอไรด์เป็นสารตกค้างของฟลักซ์ประสานสำหรับอะลูมิเนียม ซึ่งสามารถขจัดออกได้ด้วยวิธีต่อไปนี้ขั้นแรก แช่ในน้ำร้อนที่อุณหภูมิ 60 ~ 80 ℃ เป็นเวลา 10 นาที ทำความสะอาดสิ่งตกค้างบนข้อต่อประสานอย่างระมัดระวังด้วยแปรง และทำความสะอาดด้วยน้ำเย็นจากนั้นแช่ในสารละลายน้ำกรดไนตริก 15% เป็นเวลา 30 นาที แล้วล้างออกด้วยน้ำเย็น