ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЦИНКОВЫХ ПРИПОЕВ СО СПЛАВАМИ АЛЮМИНИЯ ПРИ НАНЕСЕНИИ ТРЕНИЕМ

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Frontier Materials & Technologies. 2020; : 58-66

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЦИНКОВЫХ ПРИПОЕВ СО СПЛАВАМИ АЛЮМИНИЯ ПРИ НАНЕСЕНИИ ТРЕНИЕМ

Шаргаев Е. О., Пашков И. Н.

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2020-4-58-66

Аннотация

В настоящее время в связи с поиском более экономичных и надежных процессов соединения алюминия, а также продуктов, которые невозможно изготовить с применением флюса, весьма актуальной является задача применения методов бесфлюсовой пайки сплавов на основе алюминия. Отсутствие описания процессов и механизмов бесфлюсовой пайки методом трения припоя о поверхность алюминия ставит важную задачу их изучения и подробного изложения. Для исследований были получены сплавы на основе цинка и методом горячего прессования изготовлены прутки припоев. В работе с использованием метода трения прутка о поверхность нагретой алюминиевой подложки были определены минимальные температуры схватывания цинковых припоев различных составов с поверхностью алюминия. Экспериментально доказано, что эти температуры коррелируют с температурами ликвидуса этих сплавов и имеют близкие значения. Получена зависимость минимальных температур схватывания от содержания алюминия и меди в припое. Исследовано влияние состояния поверхности основного металла на площадь растекания цинкового припоя Zn-4%Al при нанесении трением. В результате проведенных экспериментов были определены площади растекания припоя по поверхности подложки из алюминиевого сплава АД31 в зависимости от шероховатости поверхности основного металла. Установлено, что минимальные температуры схватывания припоев имеют близкие значения по отношению к температурам ликвидуса этих сплавов, а добавление в припой меди снижает эти температуры в среднем на 20 °С на каждый процент добавленной меди. Растекание припоя Zn-4%Al по поверхности алюминиевого сплава АД31 достигает наибольших значений при обработке поверхности шкурками грубой зернистости, с уменьшением шероховатости эффект растекания уменьшается.

Список литературы

1. Zhang H., Chen Y., Luo A.A. A novel aluminum surface treatment for improved bonding in magnesium/aluminum bimetallic castings // Scripta Materialia. 2014. Vol. 86. P. 52-55.

2. Yang J., Xue S., Xue P., Lv Z., Dai W., Zhang J. Development of novel CsF - RbF - AlF3 flux for brazing aluminum to stainless steel with Zn - Al filler metal // Materials and Design. 2014. Vol. 64. P. 110-115.

3. Zhu Z., Chen Y., Luo A.A., Liu L. First conductive atomic force microscopy investigation on the oxide ﬁlm removal mechanism by chloride ﬂuxes in aluminum brazing // Scripta Materialia. 2017. Vol. 138. P. 12-16.

4. Nagaoka T., Morisada Y., Fukusumi M., Takemoto T. Selection of soldering temperature for ultrasonic-assisted soldering of 5056 aluminum alloy using Zn-Al system solders // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Vol. 211. № 9. P. 1534-1539.

5. Min D. Ultrasonic semi-solid soldering 6061 aluminum alloys joint with Sn-9Zn solder reinforced with nano / nano+ micron Al2O3 particles // Ultrasonics Sonochemistry. 2019. Vol. 52. P. 150-156.

6. Xu Z., Li Z., Peng B., Ma Z., Yan J. Application of a new ultrasonic-assisted semi-solid brazing on dissimilar Al/Mg alloys // Materials Letters. 2018. Vol. 228. P. 72-76.

7. Guo W., Luan T., He J., Yan J. Ultrasonic-assisted soldering of fine-grained 7034 aluminum alloys using ZnAl filler metals // Materials and Design. 2017. Vol. 125. P. 85-93.

8. Xu Z., Yan J., Zhang B., Kong X., Yang S. Behaviors of oxide film at the ultrasonic aided interaction interface of Zn-Al alloy and Al2O3p/6061Al composites in air // Materials Science and Engineering A. 2006. Vol. 415. № 1-2. P. 80-86.

9. Никитинский А.М. Пайка алюминия и его сплавов. М.: Машиностроение, 1983. 192 с.

10. Пашков И.Н., Шаргаев Е.О., Базлова Т.А., Баженов В.Е.Пайка термоэлектрического модуля сплавом на основе цинка //Сварочное производство. 2020. № 1. С. 30-35.

11. Chidambaram V., Hattel J., Hald J. High-temperature lead-free solder alternatives // Microelectronic Engineering. 2011. Vol. 88. № 6. P. 981-989.

12. Kostolný I., Koleňák R. Investigation of the influence of alloying elements in Zn-Al alloy on thermal and mechanical properties // Annals of DAAAM and Proceedings of the International DAAAM Symposium. 2015. P. 699-703. DOI: 10.2507/26th.daaam.proceedings.096.

13. Pola A., Tocci M., Goodwin F.E. Review of Microstructures and Properties of Zinc Alloys // Metals. 2020. Vol. 10. № 2. P. 253.

14. Bazhenov V.E., Pashkov I.N., Pikunov M.V., Cheverikin V.V., Anohin A.A. Interaction of Zn and Zn-4Al, Zn-15Al (wt-%) solder alloys with aluminum // Materials Science and Technology. 2016. Vol. 32. № 8. P. 752-759.

15. Koleňák R., Kostolný I. Study of direct bonding of ceramic and metallic materials with Zn4Al solder // Acta Polytechnica Hungarica. 2016. Vol. 13. № 4. P. 1-19.

16. Koleňák R., Kostolný I., Čička R. Research of fluxless soldering of high-purity aluminium with solders type Zn-Al // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 905. P. 132-136.

17. Kang N., Na H.S., Kim S.J., Kang C.Y. Alloy design of Zn-Al-Cu solder for ultra high temperatures // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 467. № 1-2. P. 246-250.

18. Murray J.L. The Al-Zn (Aluminium-Zinc) System // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 1983. Vol. 4. № 1. P. 55-73.

19. Bazhenov V.E., Pikunov M.V., Pashkov I.N. Isothermal Solidification of an Al-Zn Alloy // Russian Metallurgy (Metally). 2018. Vol. 2018. № 5. P. 445-452.

20. Kim S.-J., Kim K.-S., Kim S.-S., Kang C.-Y., Suganuma K. Characteristics of Zn-Al-Cu alloys for high temperature solder application // Materials Transactions. 2008. Vol. 49. № 7. P. 1531-1536.

Frontier Materials & Technologies. 2020; : 58-66

THE RESEARCH OF INTERACTION OF ZINC SOLDERS WITH ALUMINUM ALLOYS DURING FRICTION APPLICATION

Shargaev E. O., Pashkov I. N.

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2020-4-58-66

Abstract

Nowadays, due to the search for more efficient and steady processes of aluminum combination and the products that cannot be manufactured using flux, the issue of application of flux-free soldering methods for aluminum-based alloys is highly relevant. The lack of the description of the processes and mechanisms of flux-free soldering by the technique of friction of the solder on the aluminum surface makes it urgent to study and describe them in detail. To carry out the study, the authors produced zinc-based alloys and prepared solder rods using the hot pressing method. Using the technique of friction of a rod against the surface of the heated aluminum substrate, the authors identified minimum temperatures of the setting of zinc solders of different compositions with aluminum surfaces. The experiment proves that these temperatures correlate with the liquidus temperatures of these alloys and have similar values. The dependence of minimum setting temperatures on the Al and Cu content in the solder was obtained. The authors studied the influence of the state of the base metal surface on the spreading area of the Zn-4%Al zinc solder during friction application. The experiments determined the zones of solder spreading over the surface of the AD31 aluminum alloy substrate, depending on the roughness of the base metal surface. The study identified that minimum setting temperatures of solders have similar values against the liquidus temperatures of these alloys, and the adding of copper to a solder reduces these temperatures, on average, by 20° С per each percent of added copper. The flowing of Zn-4%Al solder over the AD31 aluminum alloy surface reaches the largest values when treating the surface with rough-grain abrasive cloths, and the flowing effect decreases with the decrease in roughness.

References

1. Zhang H., Chen Y., Luo A.A. A novel aluminum surface treatment for improved bonding in magnesium/aluminum bimetallic castings // Scripta Materialia. 2014. Vol. 86. P. 52-55.

5. Min D. Ultrasonic semi-solid soldering 6061 aluminum alloys joint with Sn-9Zn solder reinforced with nano / nano+ micron Al2O3 particles // Ultrasonics Sonochemistry. 2019. Vol. 52. P. 150-156.

6. Xu Z., Li Z., Peng B., Ma Z., Yan J. Application of a new ultrasonic-assisted semi-solid brazing on dissimilar Al/Mg alloys // Materials Letters. 2018. Vol. 228. P. 72-76.

7. Guo W., Luan T., He J., Yan J. Ultrasonic-assisted soldering of fine-grained 7034 aluminum alloys using ZnAl filler metals // Materials and Design. 2017. Vol. 125. P. 85-93.

9. Nikitinskii A.M. Paika alyuminiya i ego splavov. M.: Mashinostroenie, 1983. 192 s.

10. Pashkov I.N., Shargaev E.O., Bazlova T.A., Bazhenov V.E.Paika termoelektricheskogo modulya splavom na osnove tsinka //Svarochnoe proizvodstvo. 2020. № 1. S. 30-35.