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

Изобретение относится к области диффузионной пайки изделий из молибдена и стали.

В промышленности широко используются конструкции, выполненные из молибдена, спаянного с другими материалами, например, сталью или медью [1]. В качестве припоя используют серебряные сплавы. Перед размещением припоя для улучшения его растекаемости паяемую поверхность молибдена покрывают никелем и медью. Толщина никелевого слоя не более 3 мкм, медного - 3 - 4 мкм. Далее проводят термообработку в вакууме при температуре 950 - 1000^oC. Молибденовые детали перед никелированием отжигают в вакууме при температуре 950 - 1000^oC с выдержкой 10 - 15 мин.

Однако двухкратная термообработка перед пайкой при указанной температуре способствует протеканию в сплавах процесса рекристаллизации, что влечет за собой увеличение их хрупкости и снижение пластичности, а значит и снижение работоспособности паяных изделий. Кроме того, при наличии малых толщин покрытий никеля и меди возможно образование в паяных соединениях различного рода дефектов, например неспаев и трещин вследствие неравномерности распределения покрытий на паяемых поверхностях и отсутствия их в отдельных местах соединения.

Известен способ пайки деталей из молибденового сплава со сталью. На паяемой поверхности детали из молибденового сплава выполняют канавки и располагают в них армирующий материал - кольца, выполненные из стали, близкой по своему химическому составу к паяемой стали. Далее на детали наносят медное покрытие гальваническим методом толщиной 12 - 15 мкм, устанавливают серебряный припой и производят пайку в вакууме при температуре 920±5^oC и выдержке 5 мин [2]. Указанная технология позволила повысить прочность паяного соединения молибдена со сталью за счет использования в качестве армирующего материала материал, близкий по химическому составу к сопрягаемой детали.

Однако в местах пайки молибдена со сталью возможно появление несплошностей в локальных участках паяного шва. Это происходит вследствие плохой адгезии меди с молибденом и может способствовать при повышенных температурах разгерметизации паяной конструкции, а значит и резкому снижению ее работоспособности.

Задача изобретения - создание паяных конструкций с высокой степенью герметичности и работоспособности в широком диапазоне температур (от 20^oC до 700^oC).

Задача решена за счет того, что перед нанесением медного покрытия на паяемые поверхности деталей наносят слои никелевого покрытия, причем на поверхность детали из молибдена наносят слой никеля толщиной 4 - 5 мкм, затем слой меди толщиной не менее 50 мкм, а на поверхность стальной детали наносят соответственно слои никеля толщиной 1 - 3 мкм и меди - толщиной 10 - 15 мкм, далее проводят термообработку молибденовых деталей в защитной среде при температуре 780 - 800^oC в течение 15 - 20 мин. После термообработки с молибденовых деталей удаляют часть слоя медного покрытия до получения толщины 30 - 35 мкм.

Технический результат - повышение выхода годной продукции за счет повышения степени герметичности паяного соединения конструкции.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Проводили диффузионную пайку конструкций, содержащих детали из молибдена и нержавеющей стали. На паяемой поверхности детали из молибдена выполняли канавки и заполняли их материалом, близким по химическому составу к материалу сопрягаемой детали, т.е. нержавеющей стали. Далее на паяемые поверхности деталей наносили гальваническим методом слои никеля, а затем меди. На паяемую поверхность детали из нержавеющей стали наносили слой никеля толщиной 1 - 3 мкм, затем - меди толщиной 10 - 15 мкм. На паяемую поверхность детали из молибдена наносили слой никеля толщиной 4 - 5 мкм, а затем - медь толщиной не менее 50 мкм, оптимально 60 - 70 мкм. Заведомое увеличение толщины слоя по заявленной технологии до 60 - 70 мкм по сравнению с требуемой под пайку 30 - 35 мкм обусловлено возможностью окисления меди в процессе последующей термообработки и является своего рода контролем за адгезией и степенью окисляемости медного покрытия. Затем проводили термообработку деталей из молибдена при температуре 780 - 800^oC в течение 15 - 20 мин в атмосфере инертного газа - аргона. После термообработки часть слоя меди механически срезали до толщины 30 - 35 мкм. Визуальный анализ показал качественное сцепление меди с молибденом, а поверхность меди без окислов.

В качестве припоя могут быть использованы сплавы, например, на основе серебра или меди. После сборки конструкции и установки припоя осуществляют пайку. Пайку выполняют при температуре 920±5^oC в вакууме 1•10^-2 мм рт.ст. в течение 5 мин.

Контроль за герметичностью паяных конструкций осуществляли металлографическим методом и испытаниями паяного соединения на прочность. Металлографический анализ показал хорошую адгезию меди с молибденом. Было обнаружено, что медное покрытие толщиной около 10 мкм защищает молибден, а остальные 20 - 25 мкм растворились в расплавленном припое. Испытания паяного соединения на прочность показали на отсутствие отслоения меди от молибдена.

Пример 1
Паяли телескопическую конструкцию, в которой детали соединены по конусным поверхностям. Одна из деталей выполнена из молибденового сплава марки ЦМ-6, другая из нержавеющей стали маки ВНС-25. На паяемой поверхности детали из молибденового сплава выполняли канавки, в которых помещали кольца из стальной проволоки марки 12Х18Н8Е, наиболее близкой по своему химическому составу к стали ВНС-25. После установки колец деталь протачивали заподлицо с основной паяемой поверхностью. На деталь наносили слой никелевого покрытия толщиной 4 мкм гальваническим методом, затем слой медного покрытия толщиной 60 мкм. Далее деталь с нанесенным на нее двойным покрытием помещали в вакуумную индукционную печь и нагревали в защитной среде - аргоне при температуре 780^oC с выдержкой при ней в течение 20 мин. После охлаждения до комнатной температуры излишний слой медного покрытия удаляли до получения толщины 30 - 35 мкм. Визуальный анализ не выявил отслоения покрытия от подложки и его окисления. На стальную деталь наносили слой никеля толщиной 1,5 мкм, а затем - меди толщиной 10 мкм. Собирали конструкцию и устанавливали припой в виде фольги, выполненной из серебряного сплава марки ПСр 37,5. Далее осуществляли пайку в печи в защитной атмосфере - вакууме 1•10^-2 мм рт.ст. при температуре 920±5^oC с выдержкой 5 мин.

После пайки конструкцию подвергли контролю на герметичность. Случаев негерметичности не отмечалось. Конструкции в диапазоне температур от 20^oC до 700^oC работоспособны.

Пример 2
Паяли такую же конструкцию, что и в примере 1. После армирования детали из молибдена на ее паяемую поверхность наносили сначала слой никелевого покрытия толщиной 5 мкм, а затем слой медного покрытия толщиной 70 мкм. Далее деталь термообрабатывали в печи в атмосфере аргона при температуре 800^oC с выдержкой в течение 15 мин. Излишний слой медного покрытия удаляли до получения толщины 30 - 35 мкм. На стальную деталь наносили слой никеля толщиной 3 мкм, а затем - меди толщиной 15 мкм. Собирали конструкцию и устанавливали припой в виде проволоки, выполненной из медно-серебряного припоя. Далее осуществляли пайку по режиму, описанному в примере .

Случаев негерметичности не отмечалось. Конструкции работоспособны в диапазоне температур от 20^oC до 700^oC.

Область применения: изобретение относится к области диффузионной пайки изделий, содержащих детали из молибдена и стали. Сущность изобретения: на паяемой поверхности детали из молибдена выполняют канавки и заполняют их материалом, близким по химическому составу к материалу сопрягаемой детали. На паяемую деталь из стали наносят слой никеля толщиной 1 - 3 мкм, затем - меди толщиной 10 - 15 мкм. На паяемую деталь из молибдена наносят слой никеля толщиной 4 - 5 мкм, а затем - меди толщиной не менее 50 мкм, оптимально 60 - 70 мкм. Проводят термообработку детали из молибдена при температуре 780 - 800^oC в течение 15 - 20 мин в защитной среде. После термообработки часть слоя меди механически срезают до толщины 30 - 35 мкм. Пайку осуществляют при температуре 920±5^oC в течение 5 мин в вакууме. Изобретение позволяет повысить степень герметичности паяного соединения конструкции.

Способ пайки изделий, содержащих детали из молибдена и стали, включающий выполнение на детали из молибдена глухих полостей, заполнение их материалом, близким по химическому составу к материалу стальной детали, нанесение на паяемые поверхности медного покрытия, размещение припоя и пайку в защитной среде, отличающийся тем, что перед нанесением медного покрытия на паяемые поверхности деталей наносят слой никелевого покрытия, причем на поверхность стальной детали наносят слой никеля толщиной 1 3 мкм и слой меди толщиной 10 15 мкм, а на поверхность детали из молибдена наносят слой никеля толщиной 4 5 мкм и слой меди толщиной не менее 50 мкм, затем термообрабатывают детали из молибдена в защитной среде при 780 800^oС в течение 15 20 мин и удаляют излишнюю часть слоя медного покрытия до получения толщины 30 35 мкм.