Анализ причин и мер борьбы с пожелтением при вакуумной пайке радиаторов

Пожелтение поверхности радиаторов после вакуумной пайки не только влияет на внешний вид изделия, но и может указывать на потенциальные проблемы с внутренним качеством. Ниже я предоставлю подробный анализ причин пожелтения алюминиевых пластинчато-ребристых радиаторов после вакуумной пайки и предложу соответствующие решения и профилактические меры.

Теоретически, вакуумная пайка происходит в бескислородной среде и не должна приводить к окислению или изменению цвета. Появление желтизны в основном связано с попаданием следовых количеств кислорода или водяного пара во время процесса пайки или на стадии охлаждения, которые вступают в реакцию с высокотемпературной алюминиевой поверхностью, образуя чрезвычайно тонкую оксидную пленку. Толщина этой оксидной пленки вызывает интерференцию с определенными длинами волн видимого света, что приводит к появлению желтого, синего или переливчатого цветов.

Конкретные причины можно разделить на следующие основные группы:

Это основная и наиболее распространенная причина пожелтения.

(1) Недостаточный уровень вакуума:
Уровень вакуума, необходимый для пайки, обычно находится в диапазоне $3\times 10^{-3}Па$ до $10^{-4}Па$. Если производительность вакуумного насоса снижается, в вакуумной системе есть небольшие утечки или стареют уплотнительные кольца печи, фактический уровень вакуума может не соответствовать требованиям, что приводит к избыточному остаточному кислороду.

(2) Загрязняющие вещества в печи:

Водяной пар: Самый значительный виновник. Водяной пар может происходить из: неполной сушки заготовок после очистки, влаги, адсорбированной приспособлениями, внутренних утечек печи (особенно в рубашках водяного охлаждения) или влаги, адсорбированной на стенках печи, выделяющейся при нагревании.

Масляный пар: Если используется масляный диффузионный насос, обратный поток может привести к попаданию масляного пара в печь. При высоких температурах масляный пар разлагается на соединения, содержащие углерод и водород, загрязняя заготовки и потенциально вызывая изменение цвета.

Другие летучие вещества: Остатки чистящих средств, масел, отпечатков пальцев и т. д. могут испаряться при высокой температуре и вакууме, загрязняя атмосферу печи..

(1) Проблемы с паяльным материалом:
Магний (Mg) в алюминиево-кремниевом припое действует как ключевой «поглотитель», преимущественно реагируя со следами кислорода и водяного пара в печи, чтобы защитить алюминиевую подложку от окисления. Недостаточное содержание Mg в припое или преждевременное испарение Mg во время нагрева может поставить под угрозу этот защитный эффект.

(2) Неподходящие параметры процесса:

Неправильная скорость нагрева: Во время критической стадии «дегазации» (обычно 300–500°C) чрезмерно быстрый нагрев может помешать полному удалению адсорбированной влаги и газов, высвобождая их позже при высоких температурах и нарушая атмосферу.

Недостаточная температура/время пайки: Чрезмерно высокие температуры или длительное время выдержки могут ускорить испарение Mg и увеличить возможности для реакций между алюминиевой поверхностью и остаточными газами.

Плохой контроль процесса охлаждения: Во время охлаждения, если чистота вводимого азота или аргона недостаточна, или если газ вводится слишком рано, вызывая колебания давления, которые позволяют проникновению воздуха, может произойти окисление и пожелтение, пока заготовка все еще находится при повышенных температурах (например, выше 200°C).

(1) Неполная очистка:
Остаточные органические загрязнения, такие как штамповочные масла, смазочно-охлаждающие жидкости или отпечатки пальцев на поверхности заготовки, разлагаются на углеводороды и водяной пар во время пайки, вызывая локальное загрязнение и окисление.

(2) Недостаточная сушка после очистки:
Остаточная влага в щелях заготовки или приспособлениях является основным источником водяного пара в печи.

(3) Длительное хранение после очистки:
Очищенные алюминиевые детали быстро образуют естественную оксидную пленку во влажном воздухе, что может препятствовать потоку припоя и усугублять обесцвечивание во время пайки.

(1) Проблемы с композитными материалами:
Неравномерная толщина или некачественный состав облицовочного слоя (слоя паяльного припоя) на алюминиевых паяльных листах/полосах.

(2) Приспособления и оснастка:
Приспособления, которые не были тщательно очищены, адсорбируют значительное количество газа или имеют покрытия/краски, которые испаряются при высоких температурах, могут стать источниками загрязнения.

Необходимо реализовать систематические меры для устранения и предотвращения вышеуказанных причин.

(1) Регулярное техническое обслуживание и обнаружение утечек:
Установите строгий график периодического технического обслуживания вакуумной печи, проверяя и заменяя стареющие уплотнительные кольца.
Регулярно выполняйте обнаружение утечек с помощью гелиевого масс-спектрометра, чтобы обеспечить целостность вакуумной системы печи.
Регулярно проверяйте и обслуживайте группы вакуумных насосов (механические насосы, насосы Рутса, диффузионные насосы/турбомолекулярные насосы), чтобы обеспечить их предельный вакуум и скорость откачки.

(2) Оптимизация кривой дегазации процесса:
Включите достаточные этапы выдержки в диапазоне 300–500°C, чтобы обеспечить достаточное время для удаления адсорбированной влаги и газов из заготовки и печи. Это наиболее эффективный этап удаления влаги.
Убедитесь, что вакуум в печи достигает и стабилизируется на требуемом высоком уровне вакуума (например, ≤ $5\times 10^{-3}Па$) перед входом в температуру пайки.

(3) Используйте защитные газы высокой чистоты:
Азот или аргон, вводимые во время охлаждения, должны иметь чистоту не менее 99,999%.

(4) Поддерживайте чистоту печи:
Регулярно выполняйте высокотемпературный обжиг и очистку камеры печи для удаления адсорбированных загрязнений.
Избегайте попадания загрязнений в печь.

(1) Выбор подходящего паяльного материала:
Используйте паяльные припои с подходящим содержанием Mg и стабильным качеством. Для очень требовательных применений рассмотрите припои, содержащие специальные элементы, такие как Bi, для подавления преждевременного испарения Mg.

(2) Уточнение параметров процесса:
Определите оптимальную скорость нагрева, температуру пайки, время выдержки и скорость охлаждения путем экспериментов.
Избегайте чрезмерно высоких температур пайки и длительного времени выдержки.
Убедитесь, что температура печи опустилась ниже 450°C (чем ниже, тем лучше) перед разрывом вакуума и извлечением заготовок.

(1) Строгие процедуры очистки:
Используйте ультразвуковую очистку со щелочными (или нейтральными) обезжиривателями для тщательного удаления масел.
Промывайте деионизированной водой, чтобы избежать водяных пятен.
Немедленно после очистки тщательно высушите с помощью чистого горячего воздуха или духовки.

(2) Контроль времени оборота:
Очищенные и высушенные детали следует собирать и загружать в печь для пайки как можно скорее (например, в течение 4 часов), чтобы свести к минимуму воздействие воздуха.

(3) Практика чистых помещений:
Операторы должны носить чистые перчатки во время сборки и обработки, чтобы предотвратить загрязнение потом или отпечатками пальцев.

(1) Проверка поступающих материалов:
Проверьте состав и толщину облицовочного слоя сырья, такого как алюминиевые паяльные листы/полосы.

(2) Очистка приспособлений:
Приспособления должны проходить те же строгие процедуры очистки и сушки, что и заготовки, перед каждым использованием. Желательно выделить приспособления исключительно для пайки, чтобы избежать перекрестного загрязнения. Приспособления и паяльные печи, которые простаивали более 72 часов, должны быть высушены и предварительно обожжены перед повторным использованием.