СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОВОЛОКИ ПРИСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК B22D11/06 

Изобретение относится к изготовлению припоев в виде тонкой пластичной проволоки из трудно деформируемых сплавов, преимущественно на основе меди, никеля с добавками фосфора, бора и подобных элементов.

Известен способ получения проволоки из труднодеформируемых сплавов на основе меди, включающий в себя прессование заготовки, последующую пластическую деформацию и отжиг, который проводят при 450-480^оС в течение 10-120 мин, а пластическую деформацию осуществляют при 100-280^оС методом волочения или прокатки в калибрах [1]
Недостатками метода являются его низкая производительность, высокие энергозатраты, необходимость крупногаба- ритного дорогостоящего оборудования и недостаточно высокая пластичность получаемого материала.

Наиболее близким к изобретению является способ получения проволоки методом литья струи расплава из отверстия в тигле на вращающийся кристаллизатор, формирующий проволоку [2]
Известный метод обладает низкой производительностью, обусловленной небольшой загрузкой тигля, требует точную аппаратуру для создания стабильной струи металла и частую смену тигля, вызванную высокой активностью расплавов по отношению к керамике.

Цель изобретения повышение производительности способа, качества и точности изготовления проволоки припоя.

На чертеже изображена установка для получения проволоки припоя по предлагаемому способу.

Установка включает ванну 1 с расплавом 2 металла или сплава и вращающийся вокруг горизонтальной оси цилиндрический кристаллизатор 3 с одной или несколькими кромками 4 на его цилиндрической поверхности, частично погруженными в расплав. Полученная проволока 5 смотана в бобины 6. К нижней части кристаллизатора 3, погруженной в расплав, может быть неподвижно прикреплен калибратор 7. Пневматическое или ножевое устройство 8 служит для отделения проволоки 5 от кристаллизатора 3.

Установка по предлагаемому способу работает следующим образом.

Ванну 1 с расплавом подают к кристаллизатору 3 до частичного погружения кромок 4, затем приводят во вращение кристаллизатор 3. При этом с одной стороны кромка 4 будет погружаться в расплав, а с другой стороны извлекаться из расплава с намороженным на ее поверхности слоем металла.

Под действием центробежных сил и сил термического сжатия возможен самопроизвольный отрыв продукции с поверхности кристаллизатора. При затруднении самопроизвольного отрыва используют пневматическое или ножевое устройства. Калибратор 7 установлен неподвижно относительно оси вращения кристаллизатора 3.

За время контакта кристаллизатора с расплавом на его поверхности успевает затвердеть слой расплава толщиной h. Время контакта зависит от скорости вращения кромки кристаллизатора, его диаметра, протяженности контакта. Варьируя этими величинами, можно получить проволоку необходимых размеров и качества. Например, для уменьшения толщины проволоки можно при прочих равных условиях увеличить окружную скорость вращения кромки кристаллизатора, уменьшить теплопроводность его материала, изменить диаметр и т.д. Установлено, что получение продукции наилучшего качества обеспечивается при скорости затвердевания слоя металла, равной 10-1000 мм/с и окружной скорости вращения кромки кристаллизатора 1-20 м/с. Скорость затвердевания или скорость распространения фронта кристаллизации приблизительно можно определить как отношение толщины затвердевшего материала к времени его затвердевания.

В том случае, если скорость затвердевания находится в пределах 10-1000 мм/с, удается получить материал с более мелкой структурой, в аморфном или аморфно-кристаллическом состоянии, что увеличивает прочность, относительное удлинение и количество гибов до разрушения, материал обладает высокой однородностью по составу.

При уменьшении скорости кристаллизации менее 10 мм/с снижается производительность процесса, требуется использование дисков с очень низкой теплопроводностью или низких скоростей извлечения металла, что увеличивает зернистость структуры, хрупкость продукта. Скорость распространения фронта затвердевания, превышающая 1000 мм/с требует увеличения скорости вращения кристаллизатора что приводит к возникновению возмущений на поверхности расплава образования неровностей или разрывов на поверхности проволоки возникновения эффекта перезакалки, когда увеличиваются упругие свойства при снижении пластически.

Извлечение проволоки из расплава при окружной скорости кромки кристаллизатора, меньшей 1 м/с, приводит к увеличению времени и интенсивность взаимодействия диска с расплавом, порче поверхностей кристаллизатора, что требует значительного снижения скорости затвердевания, применения очищают устройств, захолаживания расплава. Уменьшение окружной скорости менее 1 м/с может вызвать также увеличение затвердевшей массы, которое приведет к ее срыву до выхода кромки кристаллизатора из расплава. Увеличение окружной скорости более 20 м/с вызывает волнообразование на поверхности расплава, появление заусенцев на проволоке и ее разрыву.

Для устранения отрицательного влияния наволакиваемого на извлекаемую проволоку жидкого слоя металла на свойства проволоки, сразу после отделения от кристаллизатора и извлечения проволоки из расплава осуществляют ее закалку со скоростью охлаждения 100-10000 град/с. При этом происходит интенсивный отвод выделяемого при кристаллизации тепла, фиксирование равномерной быстрозакаленной структуры по всему сечению проволоки, уменьшение окисления материала и рост пластичности.

Снижение скорости охлаждения отделяемой с поверхности кристаллизатора продукции ниже 100 град/с приводит к увеличению зерен, снижению пластичности и появлению разрывов и изломов при последующей смотке.

Повышение скоростей охлаждения выше 10000 град/с нецелесообразно из-за низкой температуры отделяемой проволоки и малого ее перегрева. Для реализации способа были проведены эксперименты по получению проволоки труднодеформируемых припоев медь-фосфор-олово, медь-цинк-олово-никель.

П р и м е р. Кристаллизатор был изготовлен из высокотеплопроводного материала меди М1, а ванна, рассчитанная на 0,5 л. расплава из графита. Ванна обогревалась электрическими нагревателями. Ванна с помощью подъемного устройства подводилась к нижней кромке вращающегося кристаллизатора до касания и небольшого погружения. Диаметр диска кристаллизатора составлял в различных опытах от 150 до 200 мм для достижения окружной скорости 1-20 м/с. Вращение к кристаллизатору передавалось от привода вращения. Скорость затвердевания определялась по отношению толщины проволоки к времени прохождения точки поверхности кристаллизатора в контакте с расплавом. В процессе экспериментов удалось получить проволоку сечения более 1,5 мм с достаточно высокой пластичностью. Реализация процесса по прототипу с увеличенным размером отверстия в тигле приводит к разрыву потока жидкого металла с образованием капель, разрыву проволоки или получение образцов с сильно неровной поверхностью. Разброс по толщине (сечению) проволоки по прототипу от начала процесса до окончания составлял 40% а в предлагаемом способе не превышал 5-10%
После отделения проволоки от кристаллизатора осуществляли ее закалку путем разбрызгивания воды, направления проволоки в бак с охлаждающей жидкостью, или струей холодного газа. Например, при получении проволоки из сплава Cu-39Zn-5Sn без дополнительной закалки материал при толщине более 0,5 мм оставался хрупким и угол загиба составлял 30^о, при закалке выходящей из-под кристаллизатора проволоки водяным душем удалось получить однофазное состояние β-латуни указанного сплава и угол загиба составлял 160^о.

В процессе получения продукции в зоне кристаллизации был неподвижно установлен калибратор в виде ограничителя сечения проволоки. В связи с тем, что в указанной зоне материал находится в вязком состоянии, он легко калибруется. На примере припоя Cu-6P-4Sn удалось получить проволоку с отклонением по сечению 3-5%
Калибровка проволоки после ее извлечения из расплава осуществлялась в валках с отверстием, куда проволока направлялась специальными приспособлениями. Скорость прохождения через валки синхронизировалась с окружной скоростью кромки кристаллизатора.

Использование: для изготовления припоев в виде тонкой пластичной проволоки из трудно деформируемых сплавов, преимущественно на основе меди, никеля с добавками фосфора, бора и подобных элементов. Сущность изобретения: способ включает кристаллизацию заготовки путем погружения вращающейся кромки кристаллизатора в ванну с расплавом, намораживания на ее поверхности слоя металла или сплава, извлечения затвердевшей заготовки из ванны и отделения ее от кристаллизатора. После отделения заготовки от кристаллизатора осуществляют ее закалку. Перед извлечением заготовки из ванны осуществляют ее калибровку. Готовую проволоку сматывают на катушки или в бухты. Приведены также оптимальные режимы проведения операций способа. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения проволоки присадочного материала, преимущественно труднодеформируемых припоев путем кристаллизации заготовки из расплава на кромке вращающегося цилиндрического кристаллизатора, отличающийся тем, что кристаллизацию заготовки осуществляют путем погружения вращающейся с окружной скоростью 1 20 м/с кромки кристаллизатора в ванну с расплавом, намораживания на ее поверхности слоя расплава со скоростью затвердевания 10 1000 мм/с, извлечения затвердевшей заготовки из ванны и отделения ее от кристаллизатора. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после отделения заготовки от кристаллизатора осуществляет ее закалку со скоростью охлаждения 100 10000 град/с. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед извлечением заготовки из ванны осуществляет ее калибровку. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после извлечения заготовки из ванны осуществляет ее калибровку. 5. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что после извлечения проволоки из ванны ее сматывают в бухты или на катушку.