ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРИПОЕВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ЦИНКА В ВИДЕ ЛИТЫХ ПРУТКОВ МАЛЫХ СЕЧЕНИЙ

Выполнены исследования припоев систем Al–Cu–Si (марка А34) и Zn–Al–Cu (марка типа Welco52). Установлено, что припой А34 (Al–28%Cu–6%Si) плавится и кристаллизуется в узком интервале температур (~18 °С). Температуры солидуса и ликвидуса припоя А34 составляют ~508 и ~526 °С соответственно. Припой системы Zn–Al–Cu (Zn–4%Al–2,5%Cu) имеет эвтектический состав, обуславливающий плавление и кристаллизацию при постоянной температуре ~389 °С. Изучены плотности исследованных припоев в жидком и твердом состояниях. У припоя А34 их значения составляют 3,02 и 3,32 г/см3 соответственно, а у цинкового припоя – 6,28 и 6,69 г/см3 . Исследовано влияние условий литья на структуру литых припоев в виде прутков с площадями поперечных сечений 13, 10 и 5 мм2. С уменьшением площади поперечного сечения происходит измельчение основных структурных составляющих припойных сплавов. В микроструктуре припоя А34 измельчаются дендриты твердого раствора на основе алюминия и фаза CuAl2. В цинковом припое наиболее сильно уменьшаются размеры дендритов твердого раствора на основе цинка. Лучшей жидкотекучестью характеризуются расплавы, полученные из прутковых припоев с сечением 5 мм2 при исследованных зазорах в пробе 2,0, 1,5 и 1,0 мм. Цинковый припой эвтектического состава обладает лучшими показателями жидкотекучести по сравнению с припоем А34: у расплава, полученного из припойного прутка на основе цинка сечением 5 мм2 при ширине зазора в пробе 2,0 мм этот показатель составил 100 % (расплав припоя А34, полученного из прутка такого же сечения, имел 98 %). Результаты экспериментов по пайке пластин из сплава АК12 и листов из сплава АМц показали наличие плотной границы в системе «припой – материал основы», а также отсутствие несплошностей в виде пор и неспаев. Наблюдалось незначительное взаимопроникновение припойных сплавов в материал основы – особенно при пайке литых пластин из сплава АК12.

безсвинцовые припои, системы Al–Cu–Si и Zn–Al–Cu, литые припои, структура литых припоев, плотность, показатель жидкотекучести, пайка

1. Živković D.T., Kostov A.I., Janković I.P., Stojanović M.L. Application of high temperature lead-free solder materials in medicine. Metall. Mater. Eng. 2008. Vol. 14. No. 4. P. 271—277.

2. Zeng G., McDonald S., Nogita K. Development of hightemperature solders: Review. Microelectron. Reliability. 2012. No. 52. Р. 1306—1322.

3. Hlavaty I. Solderabilty of high-purity aluminium with the lead-free solders. Annals of DAAAM for 2011 & Proc. 22nd Intern. DAAAM Symp. 2011. Vol. 22. No. 1. Р. 817—818.

4. Kroupa А., Dinsdale А., Watson A., Vřešťal J.J., Zemanova A., Broz P. The thermodynamic database cost MP0602 for materials for high-temperature lead-free soldering. J. Min. Metall., Sect. B. 2012. Vol. 48. No. 3. P. 339—346.

5. Петрунин И.Е. Справочник по пайке. М.: Машиностроение, 2003.

6. Ponweiser N., Richter K.W. New investigation of phase equilibria in the system Al—Cu—Si. J. Alloys Compd. 2012. Vol. 512. Iss. 1. Р. 252—263.

7. Altıntas Y., Aksöz S., Keşlioĝu K., Maras N. Determination of thermodynamic properties of aluminum based binary and ternary alloys. J. Alloys Compd. 2015. Vol. 649. Р. 453—460.

8. He C.-Y., Dua Y., Chena H.-L., Xu H. Experimental investigation and thermodynamic modeling of the Al— Cu—Si system. CALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 2009. Vol. 33. Р. 200—210.

9. Osório W.R., Peixoto L.C., Garcia L.R., Mangelinck-Noël N., Garcia A. Microstructure and mechanical properties of Sn—Bi, Sn—Ag and Sn—Zn lead-free solder alloys. J. Alloys Compd. 2013. Vol. 572. Р. 97—106.

10. Gancarz T., Pstrus´ J., Fima P., Mosin´ska S. Thermal properties and wetting behavior of high temperature Zn—Al—In solders. J. Mater. Eng. Perform. 2012. Vol. 21. No. 5. P. 599—605.

11. Islam Md.A., Sharif A. Effect of magnesium addition on microstructure and mechanical properties of lead-free zinc-silver solder alloys. Mater. Sci.: Ind. J. 2016. No. 14. P. 1—8.

12. Berent K., Pstruś J., Gancarz T. Thermal and microstructure characterization of Zn—Al—Si alloys and chemical reaction with cu substrate during spreading. J. Mater. Eng. Perform. 2016. Vol. 25. No. 8. Р. 3375—3383.

13. Kim S.-J., Kim K.-S., Kim S.-S., Kang Ch.-Y., Suganuma K. Characteristics of Zn—Al—Cu alloys for high temperature solder application. Mater. Trans. 2008. Vol. 49. No. 7. Р. 1531—1536.

14. Bϋyϋk U., Engin S., Maraşli N. Directional solidification of Zn—Al—Cu eutectic alloy by the vertical Bridgman method. J. Min. Metall., Sect. B. 2015. Vol. 51. No. 1. Р. 67—72.

15. Gancarz T., Pstruś J., Mosińska S., Pawlak S. Effect of Cu addition to Zn—12Al alloy on thermal properties and wettability on Cu and Al substrates. Metall. Mater. Trans. A. 2016. Vol. 47A. Р. 368—377.

16. Pstruś J., Fima P., Gancarz T. Wetting of Cu and Al by Sn— Zn and Zn—Al eutectic alloys. J. Mater. Eng. Perform. 2012. Vol. 21. No. 5. P. 606—613.

17. Никитин В.И., Никитин К.В. Наследственность в литых сплавах. М.: Машиностроение-1, 2005.

18. Krupińska B., Krupiński M., Rdzawski Z., Labisz K., Król M. Characteristic of cast Zn—Al—Cu Alloy microstructure after modification. Arch. Foundry Eng. 2014. Vol. 14. Iss. 4. Р. 77—82.

19. Krajewski W.K. Structure and properties of high-aluminium zinc alloys inoculated with Ti addition. Arch. Foundry Eng. 2005. Vol. 15. No. 5. Р. 231—240.

20. Konstantinov A.N., Chikova O.A., Nikitin K.V. Method for obtaining ingots of the A34 solder based on an investigation into the relation between the structure and properties of liquid and solid metals. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2013. Vol. 54. No. 6. Р. 484—488.

21. Nikitin K.V., Chikova O.A., Timoshkin I.Yu., Konstantinov A.N. Effect of heating temperature and modification of Al—27%Cu—6%Si melt on the structure and phase composition of crystallized specimens. Met. Sci. Heat Treat. 2013. Vol. 55. No. 3—4. Р. 30—35.

22. Selyanin I.F., Deev V.B., Belov N.A., Prikhodko O.G., Ponomareva K.V. Physical modifying effects and their influence on the crystallization of casting alloys. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. Iss. 4. Р. 434—436.

23. Nikitin K.V., Nikitin V.I., Timoshkin I.Yu., Krivopalov D.S., Chernikov D.G. Hereditary influence of the structure of charge materials on the density of aluminum alloys of the Al—Si system. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 1. Р. 20—25.

24. Никитин К.В., Тимошкин И.Ю., Никитин В.И. Устройство для отбора алюминиевого расплава: Пат. 131379 (РФ). 2013.