СПОСОБ ПАЙКИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1998 года по МПК B23K1/19 B23K103/18 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности, к диффузионной пайке изделий из молибдена и стали.

В промышленности широко используются паяные конструкции из молибдена и стали. Технология пайки молибдена со сталью описана в "Справочнике по пайке" под редакцией С.Н. Лоцманова, 1975, стр.270. Перед размещением серебряного припоя для улучшения его растекаемости паяемую поверхность молибденовой детали покрывают никелем и медью толщиной 3 мкм и 4 мкм, далее проводят термообработку в вакууме при температуре 950-1000^oC, а затем пайку. Перед никелированием деталь отжигают в вакууме при температуре 950- 1000^oC с выдержкой 10-15 мин.

Двукратная термообработка перед пайкой способствует протеканию в сплавах процесса рекристаллизации, что влечет увеличение их хрупкости и снижение пластичности. Наличие малых толщин покрытий никеля и меди может привести к образованию в паяных швах различных дефектов вследствие неравномерности распределения покрытий на паяемых поверхностях.

Известен способ пайки изделий, содержащих детали из молибдена и стали, включающий нанесение на паяемые поверхности деталей слоев медного покрытия толщиной 12-15 мкм, размещение серебряного припоя и пайку в вакууме 1•10^-2 мм рт. ст. при температуре 920±5^oC и выдержке 5 мин. (См. SU, авт. св. N 1593813, кл. B 23 K 1/00, 1990).

Известная технология пайки позволяет повысить прочность паяного соединения, однако работоспособность изделий при температурах 1200 - 1300^oC в условиях агрессивных сред невозможна вследствие низкой температуры распая (1000^oC).

Цель изобретения создание технологии пайки, обеспечивающей длительную работоспособность изделий при температуре до 1300^oC.

Цель достигается тем, что на паяемую поверхность детали из стали наносят слой никелевого покрытия толщиной 15-20 мкм, идентичной толщине слоя медного покрытия на детали из молибдена, осуществляют медленный нагрев со скоростью 15-20^oC/мин до температуры 600±10^oC и выдержку при ней 25-30 мин, далее скорость нагрева увеличивают до 35-40^oC/мин и при температуре 1000±10^oC приводит выдержку в течение 30-35 мин с последующим уменьшением скорости нагрева до 10-15^oC/мин, а пайку осуществляют при температуре 1130-1150^oC в течение 15-20 мин.

Технический результат увеличение работоспособности изделий до 1300^oC за счет повышения температуры распая, плотности и уменьшения толщины папяного соединения.

Способ осуществляют следующим образом.

Паяют конструкции, содержащие паяные пластины из молибдена и нержавеющей стали и выполненные с отверстием посредине. Перед нанесением покрытий на паяемые поверхности пластин их подвергают обезжириванию, травлению и промывке в кислых растворах. Далее на паяемую поверхность молибденовой пластины наносят слой медного покрытия толщиной 15-20 мкм гальваническим методом из сернокислого раствора, а на поверхность стальной пластины из раствора,содержащего борную кислоту, слой никелевого покрытия толщиной 15 20 мкм, т.е. идентичной толщине слоя медного покрытия. Идентичность толщин слоев медного и никелевого покрытий необходима для создания при пайке в паяном соединении твердого раствора неограниченной растворимости, содержащего 50% меди и 50% никеля и обладающего высокой плотностью. Пластины устанавливают друг на друга по паяемым поверхностям и располагают в контейнер для пайки. Последний вакуумируют до разрежения 1•10^-2 мм рт.ст. и помещают в рабочее пространство печи, где осуществляют его нагрев и пайку. Вначале нагрев осуществляют медленно со скоростью 15-20^oC/мин. При температуре 600±10^oC проводят выдержку в течение 25- 30 мин. За время медленного нагрева и выдержки с поверхности обеих пластин удаляются газы, в особенности водород. Далее скорость нагрева увеличивают до 35-40^oC/мин, поддерживают эту скорость нагрева до 1000±10^oC и при ней проводят выдержку в течение 30-35 мин. За время нагрева и выдержки происходит выравнивание температур обеих паяемых пластин. После проведенной термообработки скорость нагрева снижают до 10-15^oC/мин и поддерживают ее вплоть до температуры плавления меди 1083^oC. Такое уменьшение скорости нагрева необходимо для того, чтобы перед пайкой пластины сохранили идентичность своих температур.

Пайку осуществляют при температуре 1130-1150^oC в течение 15-20 мин. В процессе пайки протекает диффузионное взаимодействие основного металла с покрытиями, а также слоев никеля и меди между собой с образованием неограниченного твердого раствора. Охлаждение контейнера со спаянным изделием проводят на воздухе до комнатной температуры. Далее контейнер разгерметизируют.

Были проведены металлографические исследования паяных соединений образцов, полученных с использованием предложенной технологии пайки. Исследования показали полную взаимную диффузию молибдена и стали через медное и никелевое покрытия, а также высокую степень плотности паяного шва и отсутствие в нем каких-либо дефектов. Высокая плотность соединения и малая его толщина позволяет повысить температуру его распая и обеспечить длительную работоспособность изделия до 1300^oC.

Способ используют при диффузионной пайке изделий из молибдена и стали. На паяемую поверхность молибденовой пластины наносят слой медного покрытия толщиной 15-20 мкм. На поверхность стальной детали - слой никелевого покрытия той же толщины. Пайку осуществляют в печи в вакууме 1•10^-2 мм рт.ст. Нагревают сначала со скоростью 15-20^oC/мин до 600±10^oC с выдержкой при этой температуре 25-30 мин. Скорость нагрева увеличивают до 35-40^oC/мин. Нагревают до 1000±10^oC с выдержкой 30-35 мин. Снижают скорость до 10-15^oC/мин и поддерживают ее до температуры плавления меди. Пайку производят при температуре 1130-1150^oC в течение 15-20 мин. Способ позволяет увеличить работоспособность изделий при температуре до 1300^oC в условиях агрессивных сред.

Способ пайки изделий, содержащих детали из молибдена и стали, включающий нанесение на паяемую поверхность детали из молибдена медного покрытия, нагрев и пайку в вакууме 1•10^- 2 мм рт.ст. отличающийся тем, что на паяемую поверхность детали из стали наносят слой никелевого покрытия толщиной 15 20 мкм, идентичной толщине слоя медного покрытия на детали из молибдена, осуществляют медленный нагрев со скоростью 15 20 град./мин до (600 ± 10)^oС и выдержку при ней 25 30 мин, далее скорость нагрева увеличивают до 35 40 град. /мин и при (1000 ± 10)^oС проводят выдержку в течение 30 35 мин с последующим уменьшением скорости нагрева до 10 15 град./мин и поддержанием ее вплоть до температуры плавления меди, а пайку осуществляют при 1130 1150^oС в течение 15 20 мин.