Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПАЙКИ ЦИРКОНИЯ С КОНСТРУКЦИОННЫМ МЕТАЛЛОМ
СПОСОБ ПАЙКИ ЦИРКОНИЯ С КОНСТРУКЦИОННЫМ МЕТАЛЛОМ

СПОСОБ ПАЙКИ ЦИРКОНИЯ С КОНСТРУКЦИОННЫМ МЕТАЛЛОМ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: пайка циркония с конструкционным металлом, в частности, медно-циркониевого катода плазмотрона. Сущность изобретения: способ пайки циркония с конструкционным металлом включает предварительное облуживание поверхности циркония легкоплавким припоем, перегретым до 900-1000oC, сборку паяемых деталей и пайку легкоплавким припоем при 700-800oC с последующим охлаждением. В качестве легкоплавкого припоя может быть использовано олово. 1 з.п. ф-лы.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2074797
Класс(ы) патента: B23K1/20
Номер заявки: 94038558/08
Дата подачи заявки: 12.10.1994
Дата публикации: 10.03.1997
Заявитель(и): Научно-производственное государственное предприятие "Синтез" при Донском государственном техническом университете
Автор(ы): Чуларис А.А.; Михайлова М.М.; Томашевский В.М.
Патентообладатель(и): Научно-производственное государственное предприятие "Синтез" при Донском государственном техническом университете
Описание изобретения: Изобретение относится к пайке, в частности, к способу пайки циркония с конструкционным металлом.
Известен способ пайки циркония с другими металлами, такими, как ниобий, тантал, молибден и гафний без нанесения покрытия с применением припоев систем цирконий-ванадий, цирконий-кобальт, титан-медь (1).
Соединения, паяные этими припоями, обеспечивают теплостойкость до температур 1200-1300oC (1473-1573 К). Широкое применение этих припоев ограничено рядом недостатков: первое это высокая температура пайки (1250oC), что существенно влияет на механические свойства металлов из-за их рекристаллизации, второе дефицитность и дороговизна металлов, составляющих припои, и третье велика вероятность образования твердых растворов и интерметаллидов с температурами плавления выше, чем в циркония.
Из известных способов пайки циркония с конструкционными металлами наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является способ пайки циркония с другими металлами железом, никелем и их сплавами (2), включающий предварительное облуживание поверхности циркония, сборку паяемых деталей и пайку легкоплавким припоем при температуре 700-800oC c последующим охлаждением.
Известный способ позволяет получать герметичные и вакуум-плотные спаи для изделий электровакуумной промышленности.
Однако, несмотря на хорошую смачиваемость циркония и обеспечение вакуумной плотности соединения, он не дает возможности регулировать процесс взаимодействия циркония с припоем и паяемым металлом, что может привести к возникновению напряженного состояния паяного соединения, вызванного большой разницей физико-механических свойств и, в частности, температурных коэффициентов линейного расширения циркония и другого конструкционного металла.
Изобретение направлено на повышение качества паяного соединения циркония с другими конструкционными металлами путем регулирования процесса взаимодействия циркония с припоем и паяемым металлом.
Задача решается тем, что в способе пайки циркония с конструкционным металлом, включающем предварительное обслуживание поверхности циркония, сборку паяемых деталей и пайку легкоплавким припоем при температуре 700-800oC с последующим охлаждением, обслуживание осуществляют легкоплавким припоем, перегретым до 900-1000oC (1173-1273 К).
В качестве легкоплавкого припоя можно использовать олово.
Температурно-временной режим пайки выбран таким образом, чтобы за счет процессов массопереноса (диффузии и диспергирования) количество жидкого легкоплавкого припоя уменьшить до концентрации, соответствующей предельной растворимости последнего в конструкционном металле.
В результате такого ведения процесса пайки паяный шов композиционируется частицами конструкционного металла, а межчастичные прослойки в результате диффузии и растворения по составу и температуре плавления соответствуют сплаву с температурой плавления, превышающей температуру пайки.
Облуживание и пайку ведут в вакууме с остаточным давлением менее 1·10-3 Па. Большие остаточные давления недопустимы из-за окисления циркония и прекращения смачивания его легкоплавким припоем. Меньшие остаточные давления нецелесообразны из-за увеличения времени их достижения с помощью вакуумных средств откачки без улучшения качества паяного шва.
Обслуживание циркония необходимо вести при 900-1000oC (1173-1273 К). Снижение температуры ведет к нарушению сплошности покрытия циркония легкоплавкой составляющей, а увеличение к катастрофическому росту толщины интерметаллидной прослойки и росту вероятности ее отслоения от поверхности циркония вследствие возникающих внутренних напряжений.
Время изотермической выдержки при облуживании ограничивается 1-3 мин из-за высокой диффузионной подвижности олова в цирконии и необходимости формирования интерметаллидной прослойки на цирконии необходимой толщины.
Пайку циркония с другим конструкционным металлом следует вести при температуре 700-800oC (973-1073 K). Снижение температуры ниже указанного предела тормозит процесс диспергирования конструкционного металла и ведет к неполному расходованию легкоплавкого припоя, а превышение верхней границы температурного интервала приводит к диффузионному пробою интерметаллидного слоя на цирконии и образованию эвтектики цирконий-конструкционный металл, вызывающей охрупчивание циркония и сквозную эрозию второго металла.
Использование предлагаемого способа позволяет достичь при пайке циркония ряда положительных эффектов: во-первых, за счет использования барьерного подслоя удается исключить возможность непосредственного контактирования циркония с другим конструктивным металлом и вследствие этого избежать образования слоя более хрупких интерметаллидов цирконий-конструкционный металл; во-вторых, удается исключить из состава припоя драгоценные и редкие металлы; в-третьих, вести пайку при температурах, не превышающих температуру полиморфного превращения циркония; в-четвертых, появляется возможность эксплуатации получаемого соединения при температурах, соизмеримых или несколько превышающих температуру пайки; в-пятых, обеспечивается не только герметичность, но и прочность паяного соединения, т.к. при этом способе пайки достигается относительная пластичность паяных швов и как следствие создаются благоприятные условия для релаксации внутренних напряжений, возникающих из-за разницы в температурных коэффициентах линейного расширения разнородных металлов.
Пример применения. Для установки плазменно-дуговой сварки и резки металлов производили пайку катодов из меди М1 с электродной активной вставкой из сплава циркония Н-2,5.
На первом этапе производили обслуживание электродной активной вставки легкоплавким припоем, в качестве которого использовали олово ОВЧ000. Облуживание производили в вакууме 1·10-3 Па окунанием электродной активной вставки в расплав припоя, перегретый до температуры 900-1000oC (1173-1273 К) с изотермической выдержкой 2 мин. Затем производили сборку обслуженной электродной активной вставки с медным корпусом катода.
На втором этапе собранный катод помещали в графитовый нагревательный блок, который разогревали токами высокой частоты в вакууме 1·10-3 Па, температура пайки составляла 750oC (1023 K), время изотермической выдержки 3 мин.
Последующее охлаждение паяного узла производили в графитовом блоке в вакууме до температуры 80oC (353K).
Оценка работоспособности медно-циркониевого катода показала, что он выдерживает вчетверо большее количество включений по сравнению с известным вариантом запрессовки электродной активной вставки из циркония в медный корпус. Такое повышение ресурса работы паяных катодов плазмотронов обусловлено стабильными температурными условиями из-за отсутствия нарушений теплового контакта в результате термокачек, возникающих при возбуждении и погасании плазменной дуги.
Формула изобретения: 1. Способ пайки циркония с конструкционным металлом, включающий предварительное облуживание поверхности циркония, сборку паяемых деталей и пайку легкоплавким припоем при температуре 700 800oС с последующим охлаждением, отличающийся тем, что облуживание осуществляют легкоплавким припоем, перегретым до 900 1000oС (1173 1273 К)
2. Способ пайки по п.1, отличающийся тем, что в качестве легкоплавкого припоя используют олово.