Луженый алюминий можно соединять с медью

Вот что часто упускают из виду при сборке биметаллических узлов: лужение — это не просто антикоррозионная обработка, а технологический мост между разнородными материалами. На практике даже качественное лужение алюминия не гарантирует стабильного контакта с медью, если не учитывать динамику температурных деформаций.

Почему лужение работает не всегда

Видел как-то на производстве ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' образцы с отслоением припоя на стыке алюминиевой шины с медным наконечником. При вскрытии оказалось — проблема в неравномерной толщине покрытия. Там где слой олова был тоньше 15 мкм, уже через 200 циклов 'нагрев-охлаждение' пошли микротрещины.

Кстати, их лаборатория как раз специализируется на подборе покрытий для сложных сплавов. В каталоге видел медно-алюминиевые композитные материалы с градиентным переходом — там принцип другой, но идея многослойной буферной зоны взята оттуда.

Важный нюанс: лужёный алюминий категорически не сочетается с бескислородной медью без дополнительных прокладок. Из-за разницы коэффициентов теплового расширения (у алюминия в 1.5 раза выше) при температурах выше 80°C начинается ползучесть.

Критерии выбора припоев

Для ответственных соединений мы перешли на свинцово-оловянистые припои с добавкой висмута. Обычное ПОС-61 слишком хрупкое после пайки, особенно если медь предварительно не лудили. Хотя смотри — для кабельных наконежников до 100А достаточно и ПОС-40, но только при использовании флюса на канифольной основе.

Коллеги из Ляньсинь как-то показывали испытания сплава олово-серебро-медь для алюминиевых шин. Дорого, но для ВЧ-устройств оправдано — переходное сопротивление на 30% стабильнее.

Запомнил их рекомендацию по температуре пайки: перегрев свыше 350°C для лужёного алюминия критичен. Слой олова начинает диффундировать в основной металл, появляются поры.

Типичные ошибки монтажа

Самая грубая — попытка соединить лужёный алюминий с бериллиевой бронзой без промежуточного никелевого покрытия. Гальваническая пара ускоряет коррозию в 4-5 раз, проверяли в солевой камере. Особенно заметно в морских условиях.

Ещё момент: нельзя использовать абразивную зачистку перед пайкой. Видел случаи, когда механическое повреждение оксидного слоя на алюминии приводило к точечной коррозии под оловянным покрытием. Лучше химическое травление.

Кстати, на сайте lianxin-metal.ru есть технические бюллетени по подготовке поверхностей — там подробно расписаны составы для обезжиривания разных сплавов.

Полевые наблюдения

В шинных сборках для тяговых подстанций заметил интересный эффект: при вибрационных нагрузках соединение медь-лужёный алюминий держится лучше, чем полностью медная сборка. Видимо, за счёт пластичности оловянного слоя.

А вот в высоковольтных разъёмах (выше 6 кВ) такой тандем не работает — пробой по границе раздела. Пришлось переходить на переходные втулки из медно-алюминиевого композитного материала. Кстати, Ляньсинь как раз делает такие методом взрывной сварки.

Для клеммных соединений в электротранспорте сейчас тестируем гибрид: медная основа + алюминиевый хвостовик с лужением по спецтехнологии. Пока держит 5000 циклов токовой нагрузки без деградации.

Перспективные разработки

В новых каталогах вижу тенденцию к комбинированным покрытиям. Например, двойной слой: сначала химическое никелирование, потом горячее лужение. Для титано-медных сплавов такой подход уже отработан.

Интересное решение у китайских коллег — нанесение наноразмерного медного подслоя перед лужением алюминия. Заявленное переходное сопротивление всего 1.2 мкОм против стандартных 2.5 мкОм.

Из последнего что пробовал — ленточные переходы от Ляньсинь для силовой электроники. Там медно-алюминиевый композит с лужением по алюминиевой стороне и серебрением по медной. Для сборки инверторов очень удобно — не нужны дополнительные прокладки.

Выводы для практиков

Главное — не забывать про луженый алюминий как временное решение. Для стационарных установок срок службы не более 10 лет, дальше нужен ремонт. В мобильных системах — максимум 3-5 лет в зависимости от вибрационных нагрузок.

Всегда проверяйте сертификаты на материалы. Как-то попались поддельные алюминиевые шины с кустарным лужением — через полгода массовое отслоение покрытия.

Для критичных применений лучше сразу заказывать готовые биметаллические переходы. У того же Ляньсинь есть стандартные профили медь-алюминий с заводским лужением — дороже на 15-20%, но надежность на порядок выше.