Способ образования серебряной поверхности, прочно соединённой с алюминиевой деталью

011380 Изобретение относится к способу образования поверхности с высокой электропроводностью на алюминиевой детали. Слой серебра с высокой электропроводностью образуют на детали посредством образования эвтектического сплава. Температура алюминиевой детали возрастает постепенно, при этом слой оксида, образованный на поверхности детали, удаляется. После первой стадии нагревания присоединяемую серебряную деталь переносят на очищенную поверхность, одновременно прикладывая нагрузку в точке контакта, и нагревают до температуры, когда образуется сплав эвтектического состава между алюминием и серебром, при этом, когда сплав затвердевает, алюминий и серебро образуют металлургическое соединение. Алюминий является металлом, применяемым во множестве электропроводящих конструкций, потому что он обладает хорошей электропроводностью. Однако в атмосфере воздуха на поверхности алюминия образуется слой оксида, который значительно затрудняет проводимость электричества в алюминиевую деталь и из нее. Время от времени необходимо локально повышать электропроводность алюминиевой детали, это выполняют, например, путем присоединения медных деталей к алюминиевой детали. Известны так же способы, где соединяли алюминий с серебром, хотя не всегда ради улучшения электропроводности. Когда некоторый другой материал соединяют с алюминием, то наибольшая проблема обычно заключается в быстром окислении алюминия в атмосфере воздуха. Образующийся оксид алюминия трудно постоянно удалять при обычных способах пайки. Например, промышленные кадмий- и фторидсодержащие флюсы не удаляют оксиды в достаточных количествах, и соединение образованное пайкой остается пористым и непрочным. Из WO2004/042121 известен способ, в котором слой серебряного покрытия образуют на алюминиевом кронштейне электрода. Контакта между алюминием и материалом покрытия, в частности, достигают при нанесении покрытия способом термического напыления. При термическом напылении пассивирующий слой на алюминии, то есть слой оксида, разрушается, так что контакт металлов является достаточно хорошим для образования металлургического соединения и для того, чтобы прикрепить покрытие подложке. Герметичное покрытие на поверхности алюминия можно получить способами термического напыления, но оборудование, требуемое для этих способов, пока является довольно дорогостоящим. К тому же, обычно в способах термического напыления не весь покрывающий материал оказывается на поверхности детали, на которую наносят покрытие, поэтому часть покрывающего материала теряется, что снижает эффективность способа. В ЕР 28763 описан способ соединения металлических деталей друг с другом. Эти детали могут быть из одного и того же металла или из различных металлов. В этом патенте описывают такие соединения металлов, как Al-Al, Cu-Cu и Al-Cu, а также соединения, в которых между соединяемыми деталями вводят промежуточный агент, такой как, прокладка из кремния, силикоалюминиевого сплава или серебра. Связывание происходит при повышенном давлении кислорода, с использованием эвтектической реакции, протекающей между металлами. Температура, требуемая для эвтектической реакции, зависит от скрепляемых материалов и находится в диапазоне 50 С от эвтектической температуры. Описание способа показывает, что, когда для нагревания деталей используют обогащенную кислородом атмосферу, то слои оксида, образованные на точках контакта деталей, вытесняются расплавленным эвтектическим сплавом. В примерах использовали чистый кислород, давление составляло от 15 до 71 МПа (150 до 710 бар). Связывание деталей друг с другом, описанное в этой публикации, происходит при высоком давлении, которое вытесняет из точки соединения примеси и слой, окисленный в процессе нагревания. Однако применение кислородной атмосферы при нагревании и высокого давления делает этот способ связывания очень дорогим. В JP57195592 описан способ соединения серебра с алюминием, в котором окисление поверхностей предотвращают путем образования соединения горячим прессованием в вакууме или в инертной атмосфере. Описанное в этой публикации соединение металлов посредством горячего прессования в вакууме или в инертной атмосфере является не особенно рентабельным способом соединения. Целью изобретения является устранение недостатков, которые возникают в способах, описанных выше. Целью изобретения является обеспечение простого и дешевого способа для формирования серебряного покрытия с высокой проводимостью на алюминиевой детали.Целью изобретения является обеспечение способа, в котором серебряное покрытие образуют на поверхности алюминиевой детали в нормальной или слабо восстановительной среде и в котором прикладывают лишь часть нагрузки, прикладываемой в существующем уровне техники. Целью изобретения является обеспечение способа, в котором алюминиевую деталь нагревают по стадиям, так что серебряную деталь помещают на поверхность алюминия между периодами нагревания. Прежде чем прикладывают серебряную деталь, слой оксида можно также удалять с поверхности алюминиевой детали.-1 011380 Существенные признаки способа в соответствии с изобретением представлены в приложенной формуле изобретения. Изобретение относится к способу образования серебряного покрытия с высокой электропроводностью на поверхности алюминиевой детали, в соответствии с которым алюминиевую деталь очищают от слоя оксида при постадийном нагревании. После первой стадии нагревания серебряную деталь прикладывают к поверхности алюминия. Вторую стадию нагревания проводят, по меньшей мере, при температуре, требуемой для эвтектической реакции между алюминием и серебром, когда металлургическое соединение образуется за счет диффузионного и расплавленного слоя между металлами. Нагревание происходит в атмосфере воздуха или в слабо восстановительной среде. Нагрузку приблизительно 0,02-0,3 МПа (0,2-3 бар) прикладывают к точке соединения. Предпочтительна точечная и циклически повторяющаяся нагрузка. При необходимости, удаление слоя оксида с поверхности присоединения алюминиевой детали осуществляют после первой стадии нагревания, прежде чем серебряную деталь прикладывают к поверхности присоединения. На основании диаграммы состояния серебра и алюминия известно, что минимальная эвтектическая температура плавления составляет 567 С. Растворимость серебра в алюминии резко возрастает в интервале от 400 С до эвтектической температуры, где максимальная растворимость составляет приблизительно 56 мас.%. Растворимость алюминия в серебре при эвтектической температуре составляет приблизительно 5 мас.%. Когда температура возрастает и детали соединены, тонкая пленка оксида образуется на поверхности серебра, которая, однако, разрушается при температуре приблизительно 200 С. Это обеспечивает эффективную диффузию и возникновение реакций металлургического соединения. В разработанном на настоящее время способе цель состояла в том, чтобы образовать металлургическое соединение между алюминием и серебром насколько возможно непосредственно и легко. В соответствии с этим способом область присоединения алюминиевой детали очищают от слоя оксида алюминия и нагревают до 270-330 С, предпочтительно до 300 С. Удаление слоя оксида можно осуществлять механически, например шлифованием, так как данная поверхность присоединения в основном не велика. Если необходимо, удаление слоя оксида также проводят после первой стадии нагревания. Однако при правильном распределении, последовательных рабочих стадиях и правильно рассчитанной по времени работе, удаление слоя оксида при высоких температурах можно легко избежать, и обработка может быть полностью сделана перед началом нагревания. Однако для того, чтобы гарантировать безусловно хорошее качество, шлифование может быть тоже проведено между стадиями нагревания. Сразу после первой стадии нагревания и возможного удаления слоя оксида, присоединяемую серебряную деталь или серебряную фольгу прикладывают к поверхности алюминиевой детали и нагревание деталей продолжают на второй стадии до эвтектической температуры Al-Ag. Во время нагревания серебряную деталь слегка придавливают, так что нагрузка составляет примерно 0,02-0,3 МПа (0,2-3 бар). Давление не обязательно должно быть постоянным и равномерным по всей площади серебряной детали,вместо этого предпочтительно точечное и циклически повторяющееся давление. Когда участок присоединения достигает эвтектической температуры, эвтектика начинает закипать под серебряной деталью. Нагревание продолжают до образования эвтектического расплава по всей площади присоединения. Когда нагревание детали прекращают, образовавшийся эвтектический сплав затвердевает и серебро скрепляется с алюминием путем металлургической связи. Нагревание алюминиевой детали происходит в зависимости от самой детали, либо при использовании горелки предварительного нагревания, нагревательного устройства с регулируемым нагревом, установленного на объекте (например, с регулируемым сопротивлением) или в печи. Нагревание можно осуществлять либо в нормальной воздушной атмосфере, либо в слабо восстановительных условиях. Восстановительные условия достигаются, когда, например, горелка предварительного нагревания настроена на работу с восстановительным пламенем. Если нагревание проводят в печи, то в нее можно подавать либо инертный защитный газ (например, аргон), либо восстановительный газ (например, водород). Эффективность разработанного способа получения покрытия составляет 100%, хотя любая финишная обработка может уменьшить эффективность до некоторой степени. С другой стороны, финишная обработка точно таким же образом уменьшает эффективность материала покрытия, сделанного горячим напылением. При нанесении серебряных покрытий, в особенности, высоко эффективные средства значительно сокращают материальные затраты. Примеры Пример 1. Присоединение серебра к алюминиевым испытательным стержням осуществляли способом в соответствии с изобретением. Нагревание проводили при помощи ацетиленовой горелки, за температурой деталей в процессе нагревания наблюдали при помощи цифрового термометра с термопарой,установленной на поверхности. Когда температура поверхности испытательного стержня достигала 300 С, слой оксида удаляли с поверхности шлифованием и серебряную деталь помещали на очищенную поверхность. Нагревание возобновляли до достижения эвтектической температуры 567 С. Точечную и прерывистую нагрузку приблизительно 0,03-0,06 МПа (0,3-0,6 бар) прикладывали к некоторым испытательным стержням во время нагревания, другие не были подвергнуты никакой нагрузке. На практике,нагревание можно продолжать до температуры на 25 С, даже на 40 С выше эвтектической температуры.-2 011380 Диффузионные реакции протекают в рассматриваемых металлах так быстро при указанных температурах, что образование соединения занимает только несколько секунд. В обычной практике контролировать температуру можно визуально, наблюдая за поведением расплава (вскипанием расплава) у края соединения. Восстановительное пламя получают обычным регулированием горелки (восстановительного компонента в пламени). Микрошлифы были получены из охлажденных испытательных образцов и исследованы под микроскопом. Изображения в микроскопе показали, что эвтектика в испытательных стержнях, изготовленных без нагрузки, была размытой с фрагментарным и волнистым рельефом, в довольно толстых зонах, близких как к алюминию, так и к серебру. Изображения также показывают сигма-фазу, которая образуется при высоких эвтектических температурах. Толщина края соединения составляла несколько сотен микрометров. Изображения в микроскопе испытательных стержней, к которым прикладывали нагрузку во время присоединения, показывают, что при механическом сжатии эвтектический расплав выкипал с края соединения, в результате образовывался равномерный край соединения, имеющий толщину только десятки микрометров. Для того, чтобы оценить прочность соединения, определяли предел прочности на разрыв испытательных стержней, подвергнутых нагрузке во время нагревания. Средний критический предел прочности на разрыв стержней был более 94 Н/мм 2. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ образования серебряного покрытия с высокой электропроводностью на поверхности алюминиевой детали, отличающийся тем, что алюминиевую деталь нагревают по стадиям, при этом после первой стадии нагревания присоединяемую серебряную деталь прикладывают к поверхности соединения, после чего продолжают нагревание на второй стадии до температуры, по меньшей мере, необходимой для эвтектической реакции между алюминием и серебром, причем нагревание проводят в атмосфере воздуха или при слабо восстановительных условиях и во время второй стадии нагревания к точке присоединения прикладывают нагрузку, и эта нагрузка является точечной и циклически повторяющейся. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой стадии нагревания температуру алюминиевой детали повышают до температуры в диапазоне 280-330 С. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что на первой стадии нагревания температуру алюминиевой детали повышают до температуры примерно 300 С. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что слой оксида, образованный на поверхности алюминия, удаляют после первой стадии нагревания. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что удаление слоя оксида выполняют механическим способом посредством шлифования. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что нагрузка, прикладываемая к точке присоединения на второй стадии нагревания, составляет приблизительно 0,02-0,3 МПа (0,2-3 бар). 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что нагревание алюминиевой детали осуществляют с помощью горелки предварительного нагревания. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что горелка является ацетиленовой горелкой. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что нагревание проводят в восстановительной части пламени. 10. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что нагревание алюминиевой детали проводят с применением нагревательного устройства с регулятором температуры. 11. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что нагревание алюминиевой детали выполняют в печи. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в печи используют атмосферу защитного газа. 13. Способ по п.11, отличающийся тем, что в печи используют восстановительную атмосферу.