Складність пайки алюмінію не тільки в домашніх умовах, але і в умовах промислового виробництва, обумовлена в першу чергу особливими властивостями цього металу, що робить його принципово відмінним від інших різновидів кольорових металів, які активно використовуються як в промисловості, так і в побуті.
Метал алюміній володіє цілим набором парадоксальних властивостей, тобто властивостей, які взаємно виключають одна одну, але тим не менш легко уживаються в одному металі.
З одного боку, це дуже легкоплавкий метал, температура плавлення чистого алюмінію складає 660 градусів. Це хімічно дуже активний метал. Алюміній здатний миттєво вступати в хімічні реакції практично з усіма активними речовинами. Це дуже м'який і не дуже міцний метал.
З іншого боку, вкрай висока хімічна активність алюмінію призводить до того, що він миттєво вступає в хімічну реакцію з киснем, що містяться в навколишньому повітрі, з утворенням на своїй поверхні плівки оксиду алюмінію: Al2O3. Оксид алюмінію має другу назву - корунд. Це дуже міцне, абсолютно хімічно інертна речовина. Температура плавлення 2400 градусів. Використовується в промисловості як вогнетривкий матеріал.
метал алюміній
Таким чином, можна сказати, що в повсякденному житті, не дивлячись на навколишні нас з усіх боків предмети, зроблені з алюмінію, ми не знаємо його справжнього характеру, так як справжній алюміній завжди ховається від нас під непроникним завісою свого оксиду. Саме оксид алюмінію обумовлює такі властивості цього металу, як його вкрай високу стійкість до неорганічних кислот і лугів, несхильність корозії в морській воді і атмосферному повітрі, висока відбивна здатність і висока екологічність.
І цей же оксид алюмінію перетворює звичайну пайку в досить складний технологічний процес, що вимагає для свого успішного здійснення застосування спеціальних флюсів, особливих припоев і деяких специфічних методів.
Суть процесу пайки будь-якого металу, в тому числі і алюмінію, полягає у введенні в простір між споює деталями спеціального зв'язує речовини в розплавленому стані. Ця речовина називається припій. Застигаючи, воно надійно з'єднується з двома поверхнями металу і утворює єдине з'єднання.
труднощі пайки
З алюмінієм все дещо складніше. Поверхнева оксидная плівка не дозволяє звичайному приспіваю вступити в хімічну реакцію з металом. В результаті між поверхнею металу і припоєм не виникає адгезія. Говорячи простими словами, припій не прилипає до поверхні алюмінію і пайка унеможливлюється.
Тому основна складність полягає в проблемі видалення практично неудалімой оксидної плівки з поверхні металу.
Друга складність полягає в низькій температурі плавлення алюмінію. Справа в тому, що найбільш міцне з'єднання виходить при застосуванні так званих тугоплавких припоїв. Температура плавлення яких становить 550-650 градусів. З огляду на той факт, що алюміній плавиться при температурі 660 градусів, вкрай складно при пайку невеликих алюмінієвих виробів не пошкодити саму алюмінієву конструкцію шляхом її розплавлення разом з припоєм.
Видалення оксидної плівки
Проблему видалення поверхневої плівки вирішують двома принципово різними способами:
- Шляхом застосування спеціальних активних флюсів з попередньою механічною очисткою поверхні металу.
- За допомогою процесу електролізу.
активні флюси
Якщо дуже сильно хочеться, то можна виготовити флюс для пайки своїми руками, у себе на кухні або в майстерні. Але для цього необхідно мати справу з дуже небезпечними хімічно активними речовинами типу кислот або лугів. Крім того, в спеціалізованих магазинах існує величезний вибір різних марок флюсів, як звичайних, так і вузькоспеціалізованих, і ціни на них невисокі. Тому виготовлення кислоти для пайки своїми руками ми залишимо особливим паяльним фанатам, а самі спробуємо розібратися в тому асортименті, що нам пропонує промисловість.
- Ф-34А. Спеціальний флюс. Плавиться при температурі 420-620 градусів. Застосовується з тугоплавкими припоями. Склад: Хлорид калію 50% Хлорид літію 32% Фторид натрію 10% Хлорид цинку 8%
- Ф-61А. Флюс для алюмінію. Плавлення відбувається при температурі 150-320 градусів. Застосовується зі звичайними олово - свинцевими припоями. Склад: Фторборат цинку 10% Фторборат амонію 8% Триетаноламін 82%
- Ф-64. Високоактивний флюс для алюмінієвих сплавів. Розплавляється при температурі 180-350 градусів. Склад: поверхнево-активні речовини.
- НИТКИ-18 (Ф-380). Спеціальний флюс для алюмінієвих сплавів. Температура пайки 390-620 градусів.
- А-214. Універсальний безотмивочний флюс середньої активності.
Перед нанесенням флюсу поверхню металу необхідно попередньо очистити від забруднень і знежирити. Робиться це за допомогою бензину чи ацетону. Після цього виробляють механічну обробку за допомогою різних абразивних пристосувань: наждачний шкурка, металева щітка, шліфувальні круги та інші подібні пристрої. Мета цих дій - послабити оксидну плівку, тому що видалити її в принципі неможливо, так як миттєво замість старої утворюється нова. Але нова плівка набагато тонше і слабкіше старої, тому цей прийом сприяє легшому проникненню флюсу крізь поверхневий оксидний бар'єр.
Електрохімічний метод (процес електролізу)
Суть цього способу полягає в тому, що поверхня алюмінію разом з його непереможним оксидом просто-напросто замінюється мідної поверхнею. А пайка міді відбувається набагато простіше, швидше і надійніше. Здійснюють це за допомогою найпростішої гальванічної установки.
Використовують будь-яке джерело постійного струму. Це може бути: побутовий випрямляч, автомобільний акумулятор або звичайна батарейка від ліхтарика. Негативний полюс підключається до алюмінієвої поверхні. Позитивний полюс підключається до мідного дроту перетином 1-1.3 міліметра.- Мідний дріт, позбавлений ізоляції, закріплюється всередині залізної щетини абразивної щітки таким чином, щоб в процесі тертя щітки об поверхню алюмінію провід її не торкався.
- На місце пайки, попередньо оброблене шкіркою або іншим абразивним інструментом, капають кілька крапель мідного купоросу.
- У процесі тертя на поверхні алюмінію буде поступово утворюватися шар червоної міді, як наслідок процесу електролізу.
- Мідна поверхня набагато простіше піддається процесу лудіння і подальшої пайки, ніж поверхня алюмінієва.
Припої для пайки
Звичайні припої, що застосовуються для пайки кольорових металів, містять у своєму складі олово і свинець в якості основних компонентів, а також кадмій, вісмут і цинк в якості компонентів додаткових. Для алюмінію такий склад вкрай небажаний, через те, що в цих металах (за винятком цинку) він практично не розчиняється, тому робота з допомогою припою подібного складу буде вкрай слабкою і ненадійною. Крім того, всі припої на базі свинець-олово мають дуже низьку корозійну стійкість. Тому пайка алюмінію оловом небажана.
Для алюмінію застосовують спеціальні припої, до складу яких входять сам алюміній, а також кремній, мідь, срібло і цинк.
34 А. Склад: Алюміній 66% Мідь 28% Кремній 6%. Температура плавлення 530-550 градусів.- ЦОП 40. Склад: Цинк 60% Олово 40%. Плавиться при температурі 300-320 градусів.
- HTS 2000. Основа складу цинк, алюміній і мідь, а також деякі незначні добавки. Всього в припої дев'ять компонентів, які в сукупності забезпечують його дуже хороші якості. Плавиться при температурі 300 градусів. Виробництво США.
Чим більше в припої для алюмінію міститься цинку, тим більше він високопрочен і коррозіонноустойчів. Зміст міді, кремнію і алюмінію підвищує температуру плавлення припою, роблячи його тугоплавким. Який вибрати припой - залежить від тих завдань, які стоять перед споюють деталями.
Як правило, тугоплавкі припої мають температуру плавлення, яку можна порівняти з температурою плавлення самого алюмінію, тому їх застосовують в основному для паяння великогабаритних, масивних алюмінієвих деталей. У цьому випадку можливо забезпечити хороший тепловідвід за рахунок великої маси спаюється поверхонь і тим самим запобігти руйнуванню конструкції в результаті її розплавлення разом з припоєм.
Латунний припой для алюмінію не застосовується.
Процес пайки алюмінію
Технологія процесу пайки алюмінію нічим не відрізняється від пайки будь-якого іншого металу і складається з ряду послідовних дій:
Знежирення місця пайки.- Механічне очищення за допомогою абразивних засобів.
- Нанесення флюсу. Необхідно практично відразу після механічної обробки нанести на оброблену поверхню флюс. Тому що чим більше проходить часу після абразивного впливу на оксидну плівку, тим міцніше вона стає.
- Лудить розігрітих поверхонь. Розплавлення припою і розподіл його по поверхні металу.
- Зіткнення залуженних поверхонь і фіксування. Фіксація проводиться до того моменту, поки припій не застигне. Як правило, це відбувається протягом одного-двох хвилин.
- Промивання під проточною водою місця пайки з метою вимивання залишків флюсу. Якщо цього не зробити, метал в місці спайки може почати корродировать, так як флюс містить в своєму складі сильні кислоти.
Розігрів спаюється поверхонь
Для пайки невеликих алюмінієвих деталей, наприклад, проводів, як правило, використовують електричний паяльник потужністю від 50 до 100 Вт, в залежності від перетину дроту. Для більш масивних деталей, наприклад, каструлі, автомобільні радіатори - доцільно застосовувати більш потужні джерела тепла. Як правило - це паяльна лампа або газовий пальник. При пайку алюмінію газовим пальником і розігріванні спаюється поверхонь необхідно дотримуватися наступних правил:
Щоб запаяти деталь, не можна допускати перегріву основного металу, так як це може привести до його розплавлення і, як наслідок, до руйнування всієї металевої конструкції в цілому. Щоб цього не сталося, необхідно в процесі розігріву постійно контролювати температуру. Роблять це за допомогою припою. Шматочком припою періодично стосуються розігрівається поверхні, як тільки припій починає плавитися, це є сигналом, що розігрів можна припиняти.- Не можна використовувати кисень з метою додаткового збагачення газової суміші. Так як це буде посилювати окислювальні процеси в місці пайки і, як наслідок, прискорювати утворення оксидної плівки на поверхні металу.
Використання каніфолі
Щоб спаяти і припаяти алюмінієві дроти невеликого перерізу, можна успішно застосовувати свинцево-олов'яні припої, використовуючи в якості флюсу каніфоль. В цьому випадку процес шліфування поверхні проводу виробляють під шаром розплавленої каніфолі, а в якості абразивного інструменту використовують розпечене жало паяльника, а також невелика кількість металевих тирси.
Шматочок каніфолі і металеві тирса поміщають на місце майбутньої пайки.- Розігрітим лудженим жалом паяльника розплавляють каніфоль.
- Після того як каніфоль повністю розплавиться і рівномірно розподілиться по поверхні, починають терти жалом паяльника по поверхні алюмінію крізь шар розплавленої каніфолі.
- В результаті розпечене жало паяльника разом з металевими тирсою починає досить легко руйнувати поверхневу оксидну плівку, а шар каніфолі не дає можливості повітрю проникнути в місце пайки, в результаті нова оксидная плівка не утворюється.
- Після того як лудіння завершується, спаюється поверхні з'єднують між собою і знову прогрівають доти, поки припій не розплавиться знову і не заповнить весь простір між споює поверхнями.
Необхідно відзначити, що даний спосіб підходить лише для малогабаритних тонкостінних деталей або для проводів невеликого перерізу. У всіх інших випадках необхідно використовувати спеціальні алюмінієві флюси і тугоплавкі припої, призначені для пайки алюмінію.
Мінуси пайки алюмінію
Необхідно завжди пам'ятати, що пайка - це не сварка. Вона ніяк не зачіпає внутрішню структуру металу, і тому місце пайки по міцності завжди на кілька порядків слабкіше, ніж сам споюють метал. Місце пайки не можна піддавати великим механічних і температурних навантажень. В іншому випадку спаюється деталі дуже швидко руйнуватися. Єдиний варіант, коли пайка більш доречна, ніж зварювання - це паяння алюмінієвих проводів в електричних приладах або пайка продірявився автомобільного радіатора, коли відсутня можливість замінити його новим.
Бажано виключити з домашньої практики паяння і лудіння дірявих алюмінієвих каструль, кухлів і інших сковорідок. До складу алюмінієвих припоев і флюсів входять сильно отруйні речовини. В цьому випадку ретельна промивка місця пайки в проточній воді буде виглядати, як гра в російську рулетку.