הלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום

1. יכולת הלחמה

תכונות ההלחמה של אלומיניום וסגסוגות אלומיניום גרועות, בעיקר משום שקשה להסיר את שכבת התחמוצת על פני השטח. לאלומיניום יש זיקה רבה לחמצן. קל ליצור שכבת תחמוצת צפופה, יציבה ובעלת נקודת התכה גבוהה מסוג Al2O3 על פני השטח. יחד עם זאת, סגסוגות אלומיניום המכילות מגנזיום ייצרו גם שכבת תחמוצת יציבה מאוד מסוג MgO. הן יפריעו קשות להרטבה והתפשטות ההלחמה, וקשה להסירן. במהלך ההלחמה, תהליך ההלחמה יכול להתבצע רק עם שטף מתאים.

שנית, פעולת הלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום היא קשה. נקודת ההיתוך של אלומיניום וסגסוגת אלומיניום אינה שונה בהרבה מזו של מתכת המילוי בהלחמה. טווח הטמפרטורות האופציונלי להלחמה הוא צר מאוד. בקרת טמפרטורה לא נכונה עלולה לגרום בקלות להתחממות יתר או אפילו להיתוך של מתכת הבסיס, מה שמקשה על תהליך ההלחמה. סגסוגות אלומיניום מסוימות המחוזקות על ידי טיפול בחום יגרמו גם לתופעות ריכוך כגון הזדקנות יתר או חישול עקב חימום בהלחמה, מה שיפחית את תכונות המפרקים המולחמים. במהלך הלחמת להבה, קשה לשפוט את הטמפרטורה מכיוון שצבע סגסוגת האלומיניום אינו משתנה במהלך החימום, מה שמגביר גם את דרישות רמת התפעול של המפעיל.

יתר על כן, עמידות הקורוזיה של חיבורים מולחמים מאלומיניום וסגסוגות אלומיניום מושפעת בקלות ממתכות מילוי ופלקסים. פוטנציאל האלקטרודה של אלומיניום וסגסוגת אלומיניום שונה למדי מזה של הלחמה, מה שמפחית את עמידות הקורוזיה של החיבור, במיוחד עבור חיבור הלחמה רך. בנוסף, לרוב הפלקסים המשמשים בהלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום יש קורוזיביות חזקה. גם אם מנוקים אותם לאחר ההלחמה, השפעת הפלקסים על עמידות הקורוזיה של החיבורים לא תבוטל לחלוטין.

2. חומר הלחמה

(1) הלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום היא שיטה נדירה, מכיוון שההרכב ופוטנציאל האלקטרודה של מתכת המילוי והמתכת הבסיסית להלחמה שונים מאוד, מה שעלול לגרום בקלות לקורוזיה אלקטרוכימית של החיבור. הלחמה רכה משתמשת בעיקר בהלחמה על בסיס אבץ והלחמה על בסיס עופרת בדיל, אשר ניתן לחלק להלחמה בטמפרטורה נמוכה (150 ~ 260 ℃), הלחמה בטמפרטורה בינונית (260 ~ 370 ℃) והלחמה בטמפרטורה גבוהה (370 ~ 430 ℃) בהתאם לטווח הטמפרטורות. כאשר משתמשים בהלחמה על בסיס עופרת בדיל ומצופים מראש נחושת או ניקל על פני האלומיניום לצורך הלחמה, ניתן למנוע קורוזיה בממשק החיבור, ובכך לשפר את עמידות הקורוזיה של החיבור.

הלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום נמצאת בשימוש נרחב, כגון מסנן מוביל, מאייד, רדיאטור ורכיבים אחרים. ניתן להשתמש רק במתכות מילוי מבוססות אלומיניום להלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום, שביניהן מתכות מילוי אלומיניום-סיליקון הן הנפוצות ביותר. היקף היישום הספציפי וחוזק הגזירה של חיבורים מולחמים מוצגים בטבלה 8 ובטבלה 9 בהתאמה. עם זאת, נקודת ההיתוך של הלחמה זו קרובה לזו של מתכת הבסיס, לכן יש לשלוט בקפדנות ובדייקנות על טמפרטורת החימום במהלך ההלחמה כדי למנוע התחממות יתר או אפילו התכה של מתכת הבסיס.

טבלה 8 היקף היישום של מתכות מילוי הלחמה עבור אלומיניום וסגסוגות אלומיניום

טבלה 9 חוזק גזירה של חיבורי אלומיניום וסגסוגת אלומיניום מולחמים עם מתכות מילוי אלומיניום-סיליקון

הלחמת אלומיניום-סיליקון מסופקת בדרך כלל בצורת אבקה, משחה, חוט או יריעה. במקרים מסוימים, משתמשים בלוחות הלחמה מרוכבים עם אלומיניום כליבה והלחמת אלומיניום-סיליקון כציפוי. סוג זה של לוח הלחמה מרוכב מיוצר בשיטה הידראולית ומשמש לעתים קרובות כחלק מהלחמת רכיבים. במהלך ההלחמה, מתכת המילוי להלחמה על לוח המרוכב נמסה וזורמת תחת פעולת נימיות וכוח הכבידה כדי למלא את פער החיבור.

(2) שטף וגז מגן להלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום, שטף מיוחד משמש לעתים קרובות להסרת שכבת הפלדה. שטף אורגני המבוסס על טריאתנולמין, כגון fs204, משמש עם הלחמה רכה בטמפרטורה נמוכה. היתרון של שטף זה הוא שיש לו השפעה קורוזיבית מועטה על מתכת הבסיס, אך הוא יפיק כמות גדולה של גז, אשר תשפיע על הרטבה ואטימה של ההלחמה. שטף ריאקטיבי המבוסס על אבץ כלוריד, כגון fs203 ו-fs220a, משמש עם הלחמה רכה בטמפרטורה בינונית וגבוהה. השטף הריאקטיבי הוא קורוזיבי מאוד, ויש להסיר את שאריותיו לאחר ההלחמה.

כיום, הלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום עדיין נשלטת על ידי הסרת שכבת הפלקס. הפלקס להלחמה המשמש כולל פלקס מבוסס כלוריד ופלקס מבוסס פלואוריד. לפלקס מבוסס כלוריד יש יכולת חזקה להסיר שכבת תחמוצת ונוזליות טובה, אך יש לו השפעה קורוזיבית גדולה על מתכת הבסיס. יש להסיר את שאריותיו לחלוטין לאחר ההלחמה. פלקס מבוסס פלואוריד הוא סוג חדש של פלקס, בעל אפקט הסרת שכבת פלקס טובה ואינו גורם קורוזיה למתכת הבסיס. עם זאת, יש לו נקודת התכה גבוהה ויציבות תרמית ירודה, וניתן להשתמש בו רק עם הלחמת אלומיניום-סיליקון.

בעת הלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום, משתמשים לעתים קרובות בוואקום, באטמוספרה ניטרלית או אינרטית. בעת הלחמת ואקום, דרגת הוואקום צריכה להגיע בדרך כלל לסדר גודל של 10-3 פסקל. כאשר משתמשים בגז חנקן או ארגון להגנה, טוהרם חייב להיות גבוה מאוד, ונקודת הטל חייבת להיות נמוכה מ-40- מעלות צלזיוס.

3. טכנולוגיית הלחמה

להלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום יש דרישות גבוהות לניקוי פני השטח של חומר העבודה. על מנת להשיג איכות טובה, יש להסיר את כתם השמן ושכבת התחמוצת על פני השטח לפני ההלחמה. הסירו את כתם השמן על פני השטח בעזרת תמיסת Na2CO3 מימית בטמפרטורה של 60 ~ 70 ℃ למשך 5 ~ 10 דקות, ולאחר מכן שטפו במים נקיים; ניתן להסיר את שכבת התחמוצת על פני השטח על ידי איכול עם תמיסת NaOH מימית בטמפרטורה של 20 ~ 40 ℃ למשך 2 ~ 4 דקות, ולאחר מכן שטפו במים חמים; לאחר הסרת כתם השמן ושכבת התחמוצת על פני השטח, יש לטפל בחומר העבודה בתמיסת HNO3 מימית לברק למשך 2 ~ 5 דקות, לאחר מכן לנקות במים זורמים ולבסוף לייבש. אין לגעת בחומר העבודה שטופל בשיטות אלה או לזדהם בלכלוך אחר, ויש להלחים אותו תוך 6 ~ 8 שעות. עדיף להלחים מיד במידת האפשר.

שיטות ההלחמה של אלומיניום וסגסוגות אלומיניום כוללות בעיקר הלחמת להבה, הלחמת מלחם והלחמת תנור. שיטות אלו משתמשות בדרך כלל בשטף הלחמה, ויש להן דרישות מחמירות לגבי טמפרטורת החימום וזמן ההחזקה. במהלך הלחמת להבה והלחמת מלחם, יש להימנע מחימום השטף ישירות על ידי מקור החום כדי למנוע התחממות יתר וכשל של השטף. מכיוון שאלומיניום יכול להתמוסס בהלחמה רכה עם תכולת אבץ גבוהה, יש להפסיק את החימום לאחר יצירת החיבור כדי למנוע קורוזיה של מתכת בסיסית. במקרים מסוימים, הלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום לעיתים אינה משתמשת בשטף, אלא בשיטות אולטרסאונד או גירוד כדי להסיר את הסרט. בעת שימוש בגירוד להסרת הסרט לצורך הלחמה, יש לחמם תחילה את חומר העבודה לטמפרטורת ההלחמה, ולאחר מכן לגרד את חלק החומר ההלחמה עם קצה מוט ההלחמה (או כלי הגירוד). בעת שבירת סרט התחמוצת על פני השטח, קצה ההלחמה יימס וירטיב את מתכת הבסיס.

שיטות הלחמה של אלומיניום וסגסוגות אלומיניום כוללות בעיקר הלחמת להבה, הלחמת תנור, הלחמת טבילה, הלחמת ואקום והלחמת גז מוגנת. הלחמת להבה משמשת בעיקר עבור חומרי עבודה קטנים וייצור יחידה בודדת. על מנת למנוע כשל של השטף עקב מגע בין הזיהומים באצטילן לבין השטף בעת שימוש בלהבת אוקסיאצטילן, ראוי להשתמש בלהבת אוויר דחוס בנזין עם יכולת הפחתה קלה כדי למנוע חמצון של מתכת הבסיס. במהלך הלחמה ספציפית, ניתן להניח את שטף ההלחמה ומתכת המילוי במקום ההלחמה מראש ולחמם בו זמנית עם חומר העבודה; ניתן גם לחמם את חומר העבודה תחילה לטמפרטורת ההלחמה, ולאחר מכן ניתן לשלוח את הלחמה הטבולה בשטף למצב ההלחמה; לאחר שהשטף ומתכת המילוי נמסים, יש להסיר את להבת החימום באיטיות לאחר שמתכת המילוי מתמלאת באופן שווה.

בעת הלחמת אלומיניום וסגסוגת אלומיניום בכבשן אוויר, יש להכין מראש את חומר המילוי להלחמה, ולהמיס את שטף ההלחמה במים מזוקקים כדי להכין תמיסה סמיכה בריכוז של 50% ~ 75%, ולאחר מכן לצפות או לרסס אותו על משטח ההלחמה. ניתן גם לכסות כמות מתאימה של שטף הלחמה באבקה על חומר המילוי להלחמה ועל משטח ההלחמה, ולאחר מכן להניח את החומר המורכב בתנור לצורך הלחמה בחימום. על מנת למנוע התחממות יתר או אפילו התכה של מתכת הבסיס, יש לשלוט בקפדנות על טמפרטורת החימום.

הלחמת משחה או נייר כסף משמשת בדרך כלל להלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום בטבילה. יש לחמם מראש את חומר העבודה המורכב לפני ההלחמה כדי שהטמפרטורה שלו תהיה קרובה לטמפרטורת ההלחמה, ולאחר מכן לטבול אותו בשטף הלחמה לצורך הלחמה. במהלך ההלחמה, יש לשלוט בקפדנות על טמפרטורת ההלחמה וזמן ההלחמה. אם הטמפרטורה גבוהה מדי, מתכת הבסיס מתמוססת בקלות והלחמה תלך בקלות; אם הטמפרטורה נמוכה מדי, ההלחמה לא תימס מספיק, וקצב ההלחמה יורד. טמפרטורת ההלחמה תיקבע בהתאם לסוג ולגודל מתכת הבסיס, להרכב ולנקודת ההיתוך של מתכת המילוי, ובדרך כלל היא בין טמפרטורת הליקווידוס של מתכת המילוי לטמפרטורת המוצק של מתכת הבסיס. זמן הטבילה של חומר העבודה באמבט השטף חייב להבטיח שהלחמה תוכל להימס ולזרום במלואו, וזמן התמיכה לא צריך להיות ארוך מדי. אחרת, אלמנט הסיליקון בהלחמה עלול להתפזר לתוך מתכת הבסיס, מה שהופך את מתכת הבסיס ליד התפר לשבירה.

בהלחמת ואקום של אלומיניום וסגסוגות אלומיניום, משתמשים לעתים קרובות במפעילי מתכת כדי לשנות את שכבת התחמוצת על פני השטח של האלומיניום ולהבטיח את הרטבה והתפשטות הלחמה. ניתן להשתמש במגנזיום ישירות על חומר העבודה בצורת חלקיקים, או להכניס אותו לאזור ההלחמה בצורת קיטור, או להוסיף מגנזיום להלחמת הסיליקון מאלומיניום כסגסוגת. עבור חומר עבודה בעל מבנה מורכב, על מנת להבטיח את ההשפעה המלאה של אדי המגנזיום על מתכת הבסיס ולשפר את איכות ההלחמה, ננקטים לעתים קרובות אמצעי מיגון מקומיים, כלומר, חומר העבודה מונח תחילה בקופסת נירוסטה (הידועה בדרך כלל כקופסת תהליך), ולאחר מכן מונח בתנור ואקום לצורך הלחמת חימום. חיבורי אלומיניום המולחמים בוואקום וסגסוגות אלומיניום בעלי משטח חלק ומחברים המולחמים צפופים, ואין צורך לנקות אותם לאחר ההלחמה; עם זאת, ציוד הלחמת ואקום יקר, ואדי המגנזיום מזהמים את התנור בצורה חמורה, ולכן יש לנקות ולתחזק אותו לעתים קרובות.

בעת הלחמת אלומיניום וסגסוגות אלומיניום באווירה ניטרלית או אינרטית, ניתן להשתמש במפעיל מגנזיום או בפלקס כדי להסיר את השכבה. כאשר משתמשים במפעיל מגנזיום להסרת השכבה, כמות המגנזיום הנדרשת נמוכה בהרבה מזו של הלחמת ואקום. באופן כללי, w (mg) הוא כ-0.2% ~ 0.5%. כאשר תכולת המגנזיום גבוהה, איכות החיבור תפחת. שיטת הלחמת NOCOLOK המשתמשת בפלקס פלואוריד והגנה מפני חנקן היא שיטה חדשה שפותחה במהירות בשנים האחרונות. מכיוון ששאריות הפלקס הפלואוריד אינן סופגות לחות ואינן קורוזיביות לאלומיניום, ניתן לוותר על תהליך הסרת שאריות הפלקס לאחר ההלחמה. תחת הגנה של חנקן, יש צורך לצפות רק כמות קטנה של פלקס פלואוריד, מתכת המילוי יכולה להרטיב היטב את מתכת הבסיס, וקל להשיג חיבורים מולחמים באיכות גבוהה. כיום, שיטת הלחמת NOCOLOK זו משמשת בייצור המוני של רדיאטורים מאלומיניום ורכיבים אחרים.

עבור אלומיניום וסגסוגות אלומיניום מולחמים עם שטף שאינו שטף פלואוריד, יש להסיר לחלוטין את שאריות השטף לאחר ההלחמה. ניתן לשטוף את שאריות שטף ההלחמה האורגני לאלומיניום עם תמיסות אורגניות כגון מתנול וטריכלורואתילן, לנטרל אותן עם תמיסת נתרן הידרוקסיד מימית, ולבסוף לנקות אותן במים חמים וקרים. כלוריד הוא שארית שטף ההלחמה לאלומיניום, אותו ניתן להסיר לפי השיטות הבאות; ראשית, יש להשרות במים חמים בטמפרטורה של 60 ~ 80 ℃ למשך 10 דקות, לנקות בזהירות את השאריות על החיבור המולחם בעזרת מברשת, ולנקות אותו במים קרים; לאחר מכן יש להשרות אותו בתמיסה מימית של חומצה חנקתית 15% למשך 30 דקות, ולבסוף לשטוף אותו במים קרים.