ПРИПОЙ ДЛЯ ПАЙКИ И СПОСОБ ПАЙКИ Российский патент 1995 года по МПК B23K35/32 B23K1/19 

Изобретение относится к пайке, в частности к составу припоя и способу пайки преимущественно спеченых твердых сплавов со связкой на основе кобальта и/или никеля.

Известен припой на основе никеля [1] выбранный в качестве прототипа, содержащий компоненты при следующем соотношении, ат. железо 0-4; хром 0-21; бор 0-16; кремний 0-19; фосфор 0-22; никель остальное, причем сумма компонентов железо, хром, никель находится в интервале 76-84 ат. а сумма компонентов бор, кремний и фосфор в интервале 16-24 ат.

Для улучшения химической однородности состава указанный припой получают сверхбыстрым охлаждением расплава на вращающийся барабан-холодильник так, что структура припоя является аморфной по крайней мере на 50% Припой рекомендуется для пайки нержавеющих сталей и сплавов на основе никеля.

Для того чтобы припой можно было использовать для пайки спеченых твердых сплавов со связкой на основе кобальта и/или никеля, необходимо в припой-прототип дополнительно ввести кобальт, который, соединяясь с бором и кремнием, препятствует растворению спеченого твердого сплава, т.е. фактически снижает эрозию паяемого материала. Кроме того, введение кобальта улучшает смачиваемость спеченого твердого сплава и позволяет паять изделия с капиллярным зазором. Дополнительное введение молибдена, вольфрама, ванадия, ниобия, тантала повышает жаропрочность припоя и увеличивает предел прочности паяемого соединения за счет измельчения зерна. Введение меди и марганца, кроме увеличения прочности соединения, позволяет снизить температуру пайки.

Таким образом, предлагается припой для пайки преимущественно спеченых твердых сплавов со связкой на основе кобальта и/или никеля, содержащий никель, хром, железо, кремний и бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт и один или несколько компонентов из группы, содержащей молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, марганец, медь при следующем соотношении, ат. железо 0,01-4; хром 5-21; кремний 1-19; бор 1-16; кобальт 1-20, один или несколько компонентов из группы, содержащей молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, марганец, медь, 0,01-8, никель остальное. Предпочтительно, чтобы структура припоя была аморфной не менее, чем на 50% Припой изготавливается в виде быстрозакаленной ленты. Возможно использование припоя в виде порошка из отпущенной быстрозакаленной ленты.

Известен способ печной пайки в вакууме или защитной газовой среде [2] в котором используют компенсационную прокладку из жаропрочных металлов молибдена, тантала, гафния, ниобия, вольфрама, никеля и их сплавов, которая позволяет решать проблему согласования разных коэффициентов линейного термического расширения паяемых изделий.

Для пайки спеченых твердых сплавов на основание из инструментальной стали, которые имеют сильно отличающийся коэффициенты линейного термического расширения, предлагается использовать припой, содержащий компоненты при следующем соотношении, ат. железо 0,01-4; хром 5-21; кремний 1-19; бор 1-16; кобальт 1-20, один или несколько компонентов из группы, содержащий молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, марганец, медь, никель остальное, и компенсационную прокладку, которая содержит компоненты при следующем соотношении, ат. никель 20-55; кобальт 0,01-30; железо остальное.

Примеры реализации изобретения приведены в таблице. Сплавы выплавляли в индукционной вакуумной печи, а разливку расплава проводили на вращающийся барабан-холодильник. В результате разливки получали пластичную ленту припоя толщиной 25 мкм. Цилиндр из спеченого сплава ВК6 диаметром 9 мм обматывали сдвоенной лентой, состоящей из ленты припоя, указанного в таблице состава, и компенсационной ленты толщиной 50 мкм следующего состава, ат. никель 28, кобальт 17, железо остальное. Обмотанный лентой цилиндр плотно вставляли в шайбу из инструментальной стали 35ХГСА высотой 8 мм. Отжиг проводили в атмосфере водорода при температуре, соответствующей температуре пайки в таблице. Результаты испытаний прочности на срез σ_cр показывают, что по сравнению с прототипом (припой 1) предлагаемый припой позволяет получить повышенную прочность на срез. Наилучшие значения прочности на срез получаются при содержании кобальта 7-12 ат.

Использование: пайка спеченных твердых сплавов к основанию из инструментальной стали. Сущность изобретения: припой содержит следующие компоненты, ат железо 0,01 - 4; хром 5 21; кремний 1 19; бор 1 16; кобальт 1 20, один или несколько компонентов, выбранных из группы: молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, марганец, медь 0,01 8, никель остальное. Структура припоя может быть аморфной не менее чем на 50% Припой изготавливается в виде быстрозакаленной ленты. Возможно использование припоя в виде порошка из отпущенной быстрозакаленной ленты. В способе пайки используется припой указанного состава и компенсационная прокладка, содержащая компоненты при следующем соотношении, ат никель 20 55, кобальт 0,01 30; железо остальное, которая согласует разные коэффициенты линейного термического расширения спеченного твердого сплава и индустриальной стали. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Припой для пайки, содержащий никель, хром, железо, кремний, бор, отличающийся тем, что для пайки спеченных твердых сплавов со связкой на основе кобальта и/или никеля он дополнительно содержит кобальт и один или несколько компонентов, выбранных из группы молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, марганец, медь, при следующем соотношении компонентов, ат.

Железо 0,01 4,00
Хром 5 21
Кремний 1 19
Бор 1 16
Кобальт 1 20
Один или несколько компонентов, выбранных из группы
молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, марганец, медь 0,01 - 8,00
Никель Остальное
2. Припой по п. 1, отличающийся тем, что структура припоя является аморфной не менее чем на 50%
3. Способ пайки в вакууме или защитной газовой среде с использованием компенсационной прокладки, отличающийся тем, что пайку изделий из спеченных твердых сплавов к основанию из инструментальной стали проводят припоем, содержащим компоненты при следующем соотношении, ат.

Железо 0,01 4,00
Хром 5 21
Кремний 1 19
Бор 1 16
Кобальт 1 20
Один или несколько компонентов, выбранных из группы
молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, марганец, медь 0,01 - 8,00
Никель Остальное
а компенсационная прокладка содержит компоненты при следующем соотношении, ат.

Никель 20 55
Кобальт 0,01 30,0
Железо Остальное