Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesi

1. Lehimlenebilirlik

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimleme özelliği zayıftır, çünkü yüzeydeki oksit filmi çıkarmak zordur. Alüminyumun oksijene karşı yüksek bir ilgisi vardır. Yüzeyde yoğun, kararlı ve yüksek erime noktalı bir oksit filmi (Al2O3) kolayca oluşur. Aynı zamanda, magnezyum içeren alüminyum alaşımları da oldukça kararlı bir oksit filmi (MgO) oluşturur. Lehimin ıslanmasını ve yayılmasını ciddi şekilde engellerler. Lehimleme sırasında lehimleme işlemi yalnızca uygun akı ile gerçekleştirilebilir.

İkinci olarak, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesi zordur. Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının erime noktası, kullanılan lehim dolgu metalininkinden çok farklı değildir. Lehimleme için isteğe bağlı sıcaklık aralığı oldukça dardır. En ufak bir yanlış sıcaklık kontrolü, ana metalin aşırı ısınmasına veya hatta erimesine neden olarak lehimleme işlemini zorlaştırır. Isıl işlemle güçlendirilen bazı alüminyum alaşımları, lehimleme ısıtması nedeniyle aşırı yaşlanma veya tavlama gibi yumuşama olaylarına da neden olur ve bu da lehim bağlantılarının özelliklerini azaltır. Alevli lehimleme sırasında, alüminyum alaşımının rengi ısıtma sırasında değişmediğinden sıcaklığı ölçmek zordur ve bu da operatörün çalışma seviyesi için gereklilikleri artırır.

Ayrıca, alüminyum ve alüminyum alaşımlı lehimli bağlantıların korozyon direnci, dolgu metalleri ve akılardan kolayca etkilenir. Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının elektrot potansiyeli lehiminkinden oldukça farklıdır ve bu da özellikle yumuşak lehim bağlantıları için bağlantının korozyon direncini azaltır. Ayrıca, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesinde kullanılan akıların çoğu güçlü bir aşındırıcılığa sahiptir. Lehimlemeden sonra temizlenseler bile, akıların bağlantıların korozyon direnci üzerindeki etkisi tamamen ortadan kalkmaz.

2. Lehimleme malzemesi

(1) Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesi, lehim dolgu metalinin ve baz metalin bileşimi ve elektrot potansiyeli çok farklı olduğundan ve bu durumun bağlantıda elektrokimyasal korozyona neden olması kolay olduğundan, nadiren kullanılan bir yöntemdir. Yumuşak lehimlemede çoğunlukla çinko bazlı lehim ve kalay kurşun lehim kullanılır. Bunlar, sıcaklık aralığına göre düşük sıcaklık lehimi (150 ~ 260 ℃), orta sıcaklık lehimi (260 ~ 370 ℃) ve yüksek sıcaklık lehimi (370 ~ 430 ℃) olarak sınıflandırılabilir. Kalay kurşun lehim kullanıldığında ve lehimleme için alüminyum yüzeye bakır veya nikel önceden kaplandığında, bağlantı arayüzündeki korozyon önlenebilir ve böylece bağlantının korozyon direnci artırılabilir.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesi, filtre kılavuzu, buharlaştırıcı, radyatör ve diğer bileşenler gibi yaygın olarak kullanılır. Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesinde yalnızca alüminyum esaslı dolgu metalleri kullanılabilir; bunlar arasında en yaygın kullanılanlar alüminyum silikon dolgu metalleridir. Lehimli bağlantıların özel uygulama kapsamı ve kesme dayanımı sırasıyla Tablo 8 ve Tablo 9'da gösterilmiştir. Ancak, bu lehimin erime noktası ana metalinkine yakın olduğundan, ana metalin aşırı ısınmasını veya hatta erimesini önlemek için lehimleme sırasında ısıtma sıcaklığı sıkı ve doğru bir şekilde kontrol edilmelidir.

Tablo 8 Alüminyum ve alüminyum alaşımları için lehim dolgu metallerinin uygulama kapsamı

Tablo 9 Alüminyum silikon dolgu metalleriyle lehimlenen alüminyum ve alüminyum alaşımlı bağlantıların kayma dayanımı

Alüminyum silikon lehim genellikle toz, macun, tel veya levha halinde tedarik edilir. Bazı durumlarda, çekirdek olarak alüminyum ve kaplama olarak alüminyum silikon lehim içeren lehim kompozit levhalar kullanılır. Bu tür lehim kompozit levhalar hidrolik yöntemle üretilir ve genellikle lehimleme bileşenlerinin bir parçası olarak kullanılır. Lehimleme sırasında, kompozit levha üzerindeki lehim dolgu metali erir ve kılcal ve yerçekimi etkisiyle akarak bağlantı boşluğunu doldurur.

(2) Alüminyum ve alüminyum alaşımlı lehimlemede akı ve koruyucu gaz, filmi çıkarmak için genellikle özel akı kullanılır. FS204 gibi trietanolamin bazlı organik akı, düşük sıcaklıktaki yumuşak lehimlerde kullanılır. Bu akının avantajı, ana metal üzerinde çok az korozyon etkisine sahip olması, ancak lehimin ıslanmasını ve kalafatlanmasını etkileyecek büyük miktarda gaz üretmesidir. FS203 ve FS220A gibi çinko klorür bazlı reaktif akı, orta ve yüksek sıcaklıktaki yumuşak lehimlerde kullanılır. Reaktif akı oldukça aşındırıcıdır ve lehimlemeden sonra kalıntılarının temizlenmesi gerekir.

Günümüzde, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesinde akı filmi çıkarma işlemi hâlâ baskındır. Kullanılan lehim akısı, klorür bazlı akı ve florür bazlı akı içerir. Klorür bazlı akı, oksit filmini çıkarma konusunda güçlü bir yeteneğe ve iyi bir akışkanlığa sahiptir, ancak ana metal üzerinde büyük bir aşındırıcı etkiye sahiptir. Lehimlemeden sonra kalıntılarının tamamen temizlenmesi gerekir. Florür bazlı akı, iyi film çıkarma etkisine sahip ve ana metalde korozyona neden olmayan yeni bir akı türüdür. Ancak, yüksek erime noktasına ve düşük termal kararlılığa sahiptir ve yalnızca alüminyum silikon lehim ile kullanılabilir.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesinde genellikle vakum, nötr veya inert atmosfer kullanılır. Vakum lehimlemesi kullanıldığında, vakum derecesi genellikle 10-3Pa mertebesinde olmalıdır. Koruma için azot veya argon gazı kullanıldığında, saflığı çok yüksek olmalı ve çiğlenme noktası -40°C'nin altında olmalıdır.

3. Lehimleme teknolojisi

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesi, iş parçası yüzeyinin temizliği açısından yüksek gereksinimlere sahiptir. İyi bir kalite elde etmek için, lehimlemeden önce yüzeydeki yağ lekesi ve oksit filmi çıkarılmalıdır. Yüzeydeki yağ lekesini, 60 ~ 70 °C sıcaklıktaki Na2CO3 sulu çözeltisiyle 5 ~ 10 dakika boyunca çıkarın ve ardından temiz suyla durulayın. Yüzeydeki oksit filmi, 20 ~ 40 °C sıcaklıktaki NaOH sulu çözeltisiyle 2 ~ 4 dakika boyunca aşındırma yapılarak ve ardından sıcak suyla yıkanarak çıkarılabilir. Yüzeydeki yağ lekesi ve oksit filmi çıkarıldıktan sonra, iş parçası parlaklık için 2 ~ 5 dakika boyunca HNO3 sulu çözeltisiyle işlenmeli, ardından akan suda temizlenmeli ve son olarak kurutulmalıdır. Bu yöntemlerle işlenen iş parçasına dokunulmamalı veya başka kirlerle kirlenmemeli ve 6 ~ 8 saat içinde lehimlenmelidir. Mümkünse hemen lehimlemek daha iyidir.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimleme yöntemleri çoğunlukla alevli lehimleme, lehim havyası lehimleme ve fırın lehimlemeyi içerir. Bu yöntemler genellikle lehimlemede akı kullanır ve ısıtma sıcaklığı ve bekletme süresi konusunda katı gerekliliklere sahiptir. Alevli lehimleme ve lehim havyası lehimleme sırasında, akının aşırı ısınmasını ve bozulmasını önlemek için akıyı doğrudan ısı kaynağıyla ısıtmaktan kaçının. Alüminyum, yüksek çinko içerikli yumuşak lehimde çözünebildiğinden, ana metalin korozyonunu önlemek için bağlantı oluşturulduktan sonra ısıtma durdurulmalıdır. Bazı durumlarda, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesinde akı kullanılmaz, bunun yerine filmi çıkarmak için ultrasonik veya kazıma yöntemleri kullanılır. Lehimleme için filmi çıkarmak amacıyla kazıma yöntemini kullanırken, önce iş parçasını lehimleme sıcaklığına ısıtın ve ardından iş parçasının lehimlenen kısmını lehim çubuğunun ucuyla (veya kazıma aletiyle) kazıyın. Yüzey oksit filmi kırılırken, lehimin ucu eriyecek ve ana metali ıslatacaktır.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimleme yöntemleri arasında başlıca alevli lehimleme, fırında lehimleme, daldırma lehimleme, vakumlu lehimleme ve gaz korumalı lehimleme yer alır. Alevli lehimleme çoğunlukla küçük iş parçaları ve tek parça üretim için kullanılır. Oksi-asetilen alevi kullanıldığında, asetilen içindeki safsızlıkların akı ile temasından kaynaklanan akının bozulmasını önlemek için, baz metalin oksidasyonunu önlemek amacıyla hafif indirgenebilirliğe sahip benzin basınçlı hava alevi kullanılması uygundur. Özel lehimleme sırasında, lehim akısı ve dolgu metali lehimlenecek yere önceden yerleştirilebilir ve iş parçasıyla aynı anda ısıtılabilir; iş parçası önce lehimleme sıcaklığına kadar ısıtılabilir ve ardından akıya batırılmış lehim lehimleme konumuna gönderilebilir; akı ve dolgu metali eritildikten sonra, dolgu metali eşit şekilde doldurulduktan sonra ısıtma alevi yavaşça uzaklaştırılmalıdır.

Alüminyum ve alüminyum alaşımları hava fırınında lehimlenirken, lehim dolgu metali önceden ayarlanmalı ve lehim akısı, %50 ila %75 konsantrasyonda koyu bir çözelti hazırlamak için damıtılmış suda eritilmeli ve ardından lehim yüzeyine kaplanmalı veya püskürtülmelidir. Lehim dolgu metali ve lehim yüzeyine uygun miktarda toz lehim akısı da kaplanabilir ve ardından birleştirilmiş kaynak parçası, ısıtma lehimlemesi için fırına yerleştirilmelidir. Ana metalin aşırı ısınmasını veya hatta erimesini önlemek için ısıtma sıcaklığı sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir.

Pasta veya folyo lehim, genellikle alüminyum ve alüminyum alaşımlarının daldırma lehimlemesinde kullanılır. Birleştirilmiş iş parçası, lehimlemeden önce sıcaklığı lehimleme sıcaklığına yakın olacak şekilde ön ısıtmaya tabi tutulmalı ve ardından lehimleme için lehim akısına daldırılmalıdır. Lehimleme sırasında lehimleme sıcaklığı ve lehimleme süresi sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. Sıcaklık çok yüksekse, ana metal kolayca çözünür ve lehim kolayca kaybolur; sıcaklık çok düşükse, lehim yeterince erimez ve lehimleme hızı düşer. Lehimleme sıcaklığı, ana metalin türüne ve boyutuna, dolgu metalinin bileşimine ve erime noktasına göre belirlenmeli ve genellikle dolgu metalinin sıvılaşma sıcaklığı ile ana metalin katılaşma sıcaklığı arasında olmalıdır. İş parçasının akı banyosuna daldırılma süresi, lehimin tamamen eriyip akmasını sağlamalı ve destekleme süresi çok uzun olmamalıdır. Aksi takdirde lehimdeki silisyum elementi ana metale yayılarak, dikişin yakınındaki ana metalin kırılgan hale gelmesine neden olabilir.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının vakumlu lehimlenmesinde, alüminyumun yüzey oksit filmini modifiye etmek ve lehimin ıslanıp yayılmasını sağlamak için genellikle metal işleme aktivatörleri kullanılır. Magnezyum, iş parçası üzerinde doğrudan partikül formunda kullanılabilir veya lehim bölgesine buhar formunda verilebilir veya alüminyum silikon lehimine alaşım elementi olarak magnezyum eklenebilir. Karmaşık yapıya sahip iş parçaları için, magnezyum buharının ana metal üzerindeki tam etkisini sağlamak ve lehimleme kalitesini artırmak amacıyla genellikle yerel koruma işlemi önlemleri alınır; yani iş parçası önce paslanmaz çelik bir kutuya (genellikle işlem kutusu olarak bilinir) yerleştirilir ve ardından ısıtma lehimlemesi için bir vakum fırınına yerleştirilir. Vakumlu Lehimli Alüminyum ve alüminyum alaşımlı bağlantılar, pürüzsüz bir yüzeye ve yoğun lehimli bağlantılara sahiptir ve lehimlemeden sonra temizlenmeleri gerekmez; ancak vakumlu lehimleme ekipmanı pahalıdır ve magnezyum buharı fırını ciddi şekilde kirletir, bu nedenle sık sık temizlenmeleri ve bakımları gerekir.

Nötr veya inert atmosferde alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesinde, filmi çıkarmak için magnezyum aktivatör veya akı kullanılabilir. Filmi çıkarmak için magnezyum aktivatör kullanıldığında, gereken magnezyum miktarı vakumlu lehimlemeye göre çok daha düşüktür. Genellikle w (mg) yaklaşık %0,2 ~ %0,5'tir. Magnezyum içeriği yüksek olduğunda, bağlantının kalitesi düşecektir. Florür akısı ve azot koruması kullanan NOCOLOK lehimleme yöntemi, son yıllarda hızla geliştirilen yeni bir yöntemdir. Florür akısı kalıntısı nemi emmediği ve alüminyumu aşındırmadığı için, lehimlemeden sonra akı kalıntısını giderme işlemi atlanabilir. Azotun koruması altında, yalnızca az miktarda florür akısı kaplanması gerekir, dolgu metali ana metali iyice ıslatabilir ve yüksek kaliteli lehimli bağlantılar elde etmek kolaydır. Şu anda, bu NOCOLOK lehimleme yöntemi alüminyum radyatör ve diğer bileşenlerin seri üretiminde kullanılmaktadır.

Florürlü akı dışında bir akı ile lehimlenen alüminyum ve alüminyum alaşımlarında, lehimleme işleminden sonra akı kalıntısı tamamen temizlenmelidir. Alüminyum için organik akı kalıntısı, metanol ve trikloroetilen gibi organik çözeltilerle yıkanabilir, sodyum hidroksit sulu çözeltisiyle nötrleştirilebilir ve son olarak sıcak ve soğuk suyla temizlenebilir. Alüminyum için akı kalıntısı klorürdür ve aşağıdaki yöntemlerle temizlenebilir: İlk olarak, 10 dakika boyunca 60 ~ 80 ℃'lik sıcak suda bekletin, lehimli bağlantıdaki kalıntıyı bir fırça ile dikkatlice temizleyin ve soğuk suyla temizleyin; ardından 30 dakika boyunca %15'lik nitrik asit sulu çözeltisinde bekletin ve son olarak soğuk suyla durulayın.