Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesi

1. Lehimlenebilirlik

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimleme özelliği zayıftır, bunun başlıca nedeni yüzeydeki oksit filminin çıkarılmasının zor olmasıdır. Alüminyumun oksijene karşı yüksek bir afinitesi vardır. Yüzeyde yoğun, kararlı ve yüksek erime noktasına sahip bir Al2O3 oksit filmi oluşturmak kolaydır. Aynı zamanda, magnezyum içeren alüminyum alaşımları da çok kararlı bir MgO oksit filmi oluşturur. Bu film, lehimin ıslanmasını ve yayılmasını ciddi şekilde engeller ve çıkarılması zordur. Lehimleme sırasında, lehimleme işlemi ancak uygun bir lehimleme macunu ile gerçekleştirilebilir.

İkinci olarak, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesi zordur. Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının erime noktası, kullanılan lehim dolgu metalinin erime noktasından çok farklı değildir. Lehimleme için uygun sıcaklık aralığı çok dardır. Sıcaklık kontrolünde yapılacak küçük bir hata, ana metalin aşırı ısınmasına veya hatta erimesine neden olarak lehimleme işlemini zorlaştırabilir. Isıl işlemle güçlendirilmiş bazı alüminyum alaşımları, lehimleme ısınması nedeniyle aşırı yaşlanma veya tavlama gibi yumuşama olaylarına da neden olarak lehimli bağlantıların özelliklerini azaltabilir. Alevle lehimleme sırasında, alüminyum alaşımının rengi ısıtma sırasında değişmediği için sıcaklığı belirlemek zordur, bu da operatörün işlem seviyesine yönelik gereksinimleri artırır.

Ayrıca, alüminyum ve alüminyum alaşımlı lehimli bağlantıların korozyon direnci, dolgu metalleri ve lehimleme akışkanlarından kolayca etkilenir. Alüminyum ve alüminyum alaşımının elektrot potansiyeli, lehiminkinden oldukça farklıdır; bu da özellikle yumuşak lehimli bağlantılar için bağlantının korozyon direncini azaltır. Ek olarak, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesinde kullanılan lehimleme akışkanlarının çoğu güçlü aşındırıcı özelliğe sahiptir. Lehimlemeden sonra temizlenseler bile, lehimleme akışkanlarının bağlantıların korozyon direncine etkisi tamamen ortadan kalkmaz.

2. Lehimleme malzemesi

(1) Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesi, lehim dolgu metalinin ve ana metalin bileşimi ve elektrot potansiyelinin çok farklı olması nedeniyle, bağlantının elektrokimyasal korozyonuna neden olma olasılığı yüksek olduğundan, nadiren kullanılan bir yöntemdir. Yumuşak lehimleme esas olarak çinko bazlı lehim ve kalay kurşun lehim kullanır ve sıcaklık aralığına göre düşük sıcaklık lehim (150 ~ 260 ℃), orta sıcaklık lehim (260 ~ 370 ℃) ve yüksek sıcaklık lehim (370 ~ 430 ℃) olarak ayrılabilir. Kalay kurşun lehim kullanıldığında ve lehimleme için alüminyum yüzeyine bakır veya nikel önceden kaplandığında, bağlantı arayüzündeki korozyon önlenebilir ve böylece bağlantının korozyon direnci artırılabilir.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesi, filtre kılavuzları, evaporatörler, radyatörler ve diğer bileşenler gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesinde yalnızca alüminyum bazlı dolgu metalleri kullanılabilir; bunlar arasında alüminyum silikon dolgu metalleri en yaygın kullanılanlardır. Lehimli bağlantıların spesifik uygulama kapsamı ve kesme dayanımı sırasıyla Tablo 8 ve Tablo 9'da gösterilmiştir. Bununla birlikte, bu lehimin erime noktası ana metalin erime noktasına yakındır, bu nedenle ana metalin aşırı ısınmasını veya hatta erimesini önlemek için lehimleme sırasında ısıtma sıcaklığı sıkı ve hassas bir şekilde kontrol edilmelidir.

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

Tablo 9: Alüminyum silikon dolgu metalleri ile lehimlenmiş alüminyum ve alüminyum alaşımlı bağlantıların kesme dayanımı

Alüminyum silikon lehim genellikle toz, macun, tel veya levha şeklinde tedarik edilir. Bazı durumlarda, çekirdeği alüminyum ve kaplaması alüminyum silikon lehim olan lehim kompozit plakalar kullanılır. Bu tür lehim kompozit plaka hidrolik yöntemle üretilir ve genellikle lehimleme bileşenlerinin bir parçası olarak kullanılır. Lehimleme sırasında, kompozit plaka üzerindeki lehim dolgu metali, kılcal etki ve yerçekimi etkisiyle erir ve birleşim boşluğunu doldurmak için akar.

(2) Alüminyum ve alüminyum alaşım lehimlemesi için akı ve koruyucu gaz, filmi çıkarmak için genellikle özel akı kullanılır. Trietanolamin bazlı organik akı, örneğin FS204, düşük sıcaklıkta yumuşak lehim ile kullanılır. Bu akının avantajı, ana metal üzerinde az korozyon etkisi olmasıdır, ancak büyük miktarda gaz üretir ki bu da lehimin ıslanmasını ve sızdırmazlığını etkiler. Çinko klorür bazlı reaktif akı, örneğin FS203 ve FS220A, orta ve yüksek sıcaklıkta yumuşak lehim ile kullanılır. Reaktif akı oldukça aşındırıcıdır ve lehimlemeden sonra kalıntısının çıkarılması gerekir.

Günümüzde alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesinde hala lehimleme macunu film tabakasının uzaklaştırılması yöntemi baskın olarak kullanılmaktadır. Kullanılan lehimleme macunları arasında klorür bazlı ve florür bazlı macunlar yer almaktadır. Klorür bazlı macun, oksit film tabakasını uzaklaştırmada güçlü bir yeteneğe ve iyi bir akışkanlığa sahiptir, ancak ana metal üzerinde büyük bir aşındırıcı etkiye sahiptir. Lehimlemeden sonra kalıntısının tamamen uzaklaştırılması gerekir. Florür bazlı macun ise yeni bir macun türüdür; film tabakasını uzaklaştırmada iyi bir etkiye sahiptir ve ana metalde aşındırıcı etkisi yoktur. Bununla birlikte, 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 lehimleme kullanıldığında, vakum derecesi genellikle 10⁻³ Pa mertebesine ulaşmalıdır. Koruma için azot veya argon gazı kullanıldığında, saflığı çok yüksek olmalı ve çiğlenme noktası -40 ℃'nin altında olmalıdır.

3. Lehimleme teknolojisi

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesi, iş parçası yüzeyinin temizliği konusunda yüksek gereksinimlere sahiptir. İyi bir kalite elde etmek için, lehimlemeden önce yüzeydeki yağ lekesi ve oksit tabakası mutlaka temizlenmelidir. Yüzeydeki yağ lekesi, 60-70°C sıcaklıkta 5-10 dakika süreyle Na2CO3 sulu çözeltisi ile temizlenmeli ve ardından temiz suyla durulanmalıdır; yüzeydeki oksit tabakası ise 20-40°C sıcaklıkta 2-4 dakika süreyle NaOH sulu çözeltisi ile aşındırılarak ve ardından sıcak suyla yıkanarak temizlenebilir; yüzeydeki yağ lekesi ve oksit tabakası temizlendikten sonra, iş parçası 2-5 dakika süreyle HNO3 sulu çözeltisi ile parlatılmalı, ardından akan su altında temizlenmeli ve son olarak kurutulmalıdır. Bu yöntemlerle işlem görmüş iş parçasına dokunulmamalı veya başka kirlerle kirletilmemeli ve 6-8 saat içinde lehimlenmelidir. Mümkünse hemen lehimlemek daha iyidir.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimleme yöntemleri esas olarak alevle lehimleme, lehimleme demiriyle lehimleme ve fırınla ​​lehimlemeyi içerir. Bu yöntemler genellikle lehimlemede akı maddesi kullanır ve ısıtma sıcaklığı ve bekleme süresi konusunda katı gereksinimlere sahiptir. Alevle lehimleme ve lehimleme demiriyle lehimleme sırasında, akı maddesinin aşırı ısınmasını ve bozulmasını önlemek için ısı kaynağıyla doğrudan ısıtılmasından kaçınılmalıdır. Alüminyum, yüksek çinko içeriğine sahip yumuşak lehimde çözünebileceğinden, ana metal korozyonunu önlemek için bağlantı oluştuktan sonra ısıtma durdurulmalıdır. Bazı durumlarda, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimlenmesinde akı maddesi kullanılmaz, bunun yerine filmi çıkarmak için ultrasonik veya kazıma yöntemleri kullanılır. Lehimleme için filmi çıkarmak için kazıma kullanılırken, önce iş parçası lehimleme sıcaklığına ısıtılır ve ardından iş parçasının lehimlenecek kısmı lehim çubuğunun (veya kazıma aletinin) ucuyla kazınır. Yüzey oksit filmi kırılırken, lehimin ucu eriyecek ve ana metali ıslatacaktır.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının lehimleme yöntemleri başlıca alevle lehimleme, fırınla ​​lehimleme, daldırma lehimleme, vakumla lehimleme ve gaz korumalı lehimlemeyi içerir. Alevle lehimleme çoğunlukla küçük iş parçaları ve tek parça üretim için kullanılır. Oksiasetilen alevi kullanılırken asetilendeki safsızlıklar ile lehimleme macunu arasındaki temastan kaynaklanan macunun bozulmasını önlemek için, ana metalin oksidasyonunu önlemek amacıyla hafif indirgeyici özelliğe sahip benzinli basınçlı hava alevi kullanılması uygundur. Belirli lehimleme sırasında, lehimleme macunu ve dolgu metali önceden lehimlenecek yere yerleştirilebilir ve iş parçasıyla aynı anda ısıtılabilir; iş parçası önce lehimleme sıcaklığına kadar ısıtılabilir ve daha sonra macunla daldırılmış lehim lehimleme pozisyonuna gönderilebilir; macun ve dolgu metali eridikten sonra, dolgu metali eşit şekilde doldurulduktan sonra ısıtma alevi yavaşça uzaklaştırılmalıdır.

Hava fırınında alüminyum ve alüminyum alaşımı lehimlenirken, lehim dolgu metali önceden hazırlanmalı ve lehimleme macunu damıtılmış suda eritilerek %50 ila %75 konsantrasyonda koyu bir çözelti hazırlanmalı ve daha sonra lehim yüzeyine kaplanmalı veya püskürtülmelidir. Uygun miktarda toz lehimleme macunu da lehim dolgu metaline ve lehim yüzeyine uygulanabilir ve daha sonra birleştirilmiş kaynak parçası ısıtmalı lehimleme için fırına yerleştirilebilir. Ana metalin aşırı ısınmasını veya hatta erimesini önlemek için ısıtma sıcaklığı kesinlikle kontrol edilmelidir.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının daldırma lehimlemesinde genellikle macun veya folyo lehim kullanılır. Birleştirilen iş parçası, lehimleme sıcaklığına yakın bir sıcaklığa getirilmek üzere lehimlemeden önce önceden ısıtılmalı ve ardından lehimleme için lehimleme sıvısına daldırılmalıdır. Lehimleme sırasında, lehimleme sıcaklığı ve lehimleme süresi kesinlikle 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 sıvı banyosuna daldırma süresi, lehimin tamamen eriyip akmasını sağlamalı ve bekleme süresi çok uzun olmamalıdır. Aksi takdirde, lehimdeki silikon elementi ana metale yayılabilir ve dikiş yakınındaki ana metali kırılgan hale getirebilir.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının vakumlu lehimlemesinde, alüminyumun yüzeyindeki oksit filmini değiştirmek ve lehimin ıslanmasını ve yayılmasını sağlamak için genellikle metal işleme aktivatörleri kullanılır. Magnezyum, doğrudan iş parçasına parçacıklar halinde uygulanabilir veya buhar şeklinde lehimleme bölgesine verilebilir veya alüminyum silikon lehimine alaşım elementi olarak eklenebilir. Karmaşık yapıya sahip iş parçaları için, magnezyum buharının ana metal üzerindeki tam etkisini sağlamak ve lehimleme kalitesini iyileştirmek amacıyla, genellikle yerel koruma işlemi önlemleri alınır; yani, iş parçası önce paslanmaz çelik bir kutuya (genellikle işlem kutusu olarak bilinir) yerleştirilir ve daha sonra ısıtmalı lehimleme için vakumlu bir fırına yerleştirilir. Vakumlu lehimlenmiş alüminyum ve alüminyum alaşımlı bağlantılar pürüzsüz bir yüzeye ve yoğun lehimli bağlantılara sahiptir ve lehimlemeden sonra temizlenmeye gerek duymaz; ancak, vakumlu lehimleme ekipmanı pahalıdır ve magnezyum buharı fırını ciddi şekilde kirletir, bu nedenle sık sık temizlenmesi ve bakımı gerekir.

Nötr veya inert atmosferde alüminyum ve alüminyum alaşımları lehimlenirken, filmi çıkarmak için magnezyum aktivatörü veya akı kullanılabilir. Filmi çıkarmak için magnezyum aktivatörü 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 akısının kalıntısı nemi emmediği ve alüminyuma aşındırıcı olmadığı için, lehimlemeden sonra akı kalıntısının çıkarılması işlemi atlanabilir. Azot koruması altında, sadece az miktarda florür akısı kaplanması yeterlidir, dolgu metali ana metali iyi bir şekilde ıslatabilir ve yüksek kaliteli lehimli bağlantılar elde etmek kolaydır. Şu anda, bu NOCOLOK lehimleme yöntemi alüminyum radyatör ve diğer bileşenlerin seri üretiminde kullanılmaktadır.

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının florür dışındaki lehimleme maddeleriyle lehimlenmesi durumunda, lehimleme işleminden sonra lehim kalıntısının tamamen temizlenmesi gerekir. Alüminyum için organik lehimleme maddesi kalıntısı, metanol ve trikloroetilen gibi organik çözeltilerle yıkanabilir, sodyum hidroksit sulu çözeltisiyle nötralize edilebilir ve son olarak sıcak ve soğuk suyla temizlenebilir. Alüminyum için klorür lehimleme maddesi kalıntısı ise aşağıdaki yöntemlerle temizlenebilir: Öncelikle, 60-80 ℃ sıcaklıktaki suda 10 dakika bekletilir, lehimli bağlantıdaki kalıntı bir fırça ile dikkatlice temizlenir ve soğuk suyla durulanır; ardından %15'lik nitrik asit sulu çözeltisinde 30 dakika bekletilir ve son olarak soğuk suyla durulanır.