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

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к области диффузионной пайки изделий, содержащих детали из молибдена и стали.

В промышленности широко используются паяные конструкции, содержащие детали из молибдена и стали. Такие конструкции применяются в различных областях техники. В энергетическом машиностроении они используются в условиях, когда требуется их повышенная работоспособность при высоких температурах и давлениях. В этих конструкциях жесткие требования предъявляются к качеству паяного шва, поскольку он воспринимает нагрузки как релаксатор, чтобы предотвратить образование трещин в хрупком молибдене.

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^-2мм рт.ст. при температуре 920± 5^oC и выдержке 5 мин [1]
Известный способ позволяет получать паяные изделия, работоспособные до 1000^oC. Выше этой температуры и при повышенном давлении изделие работать не может вследствие низкой температуры распая паяного соединения.

Задача изобретения создание технологии пайки, обеспечивающей длительную работоспособность изделий при температуре до 1300^oC и давлении до 100 атм.

Задача решена за счет того что на паяемую поверхность детали из стали сначала наносят слой никелевого покрытия толщиной 12 15 мкм, а затем слой медного покрытия толщиной 20-25 мкм, на слой медного покрытия на детали из молибдена наносят слой никелевого покрытия толщиной 15-20 мкм, нагрев под пайку осуществляют со скоростью 15-20^oC/мин до температуры 600±10^oC, при которой проводят выдержку в течение 25-30 мин, затем скорость нагрева увеличивают до 35-40^oC/мин, при температуре 1000±10^oC проводят выдержку в течение 30-35 мин с последующим уменьшением скорости нагрева до 10-15^oC/мин и поддерживают ее до температуры 1110-1120^oC, при которой осуществляют пайку в течение 8-10 мин.

Технический результат увеличение работоспособности изделия за счет повышения температуры распая, толщины и плотности паяного соединения.

Способ в соответствии с изобретением осуществляют следующим образом.

Паяют изделия, содержащие паяные пластины из молибдена и стали. Перед нанесением покрытий на паяемые поверхности их подвергают обезжириванию, травлению и промывке в кислых растворах. Далее на паяемую поверхность пластины из молибдена наносят слой сначала медного покрытия толщиной 12-15 мкм, а затем никелевого покрытия толщиной 15-20 мкм гальваническим метолом. На паяемую поверхность пластины из стали наносят слои сначала никелевого покрытия толщиной 12-15 мкм, а затем медного покрытия толщиной 20-25 мкм также гальваническим методом. Выбор материала и толщины покрытия на паяемые поверхности пластин обусловлен следующими соображениями. Выбор материала покрытия обусловлен тем, что в процессе пайки пластин происходит диффузия никеля в медь с образованием твердого раствора неограниченной растворимости и получением паяного соединения высокой плотности. Нанесение на паяемую поверхность каждой из пластин слоев меди и никеля увеличивает толщину паяного соединения, что позволяет ему воспринимать нагрузки при эксплуатации, не разрушаясь, и предотвращать образование трещин в молибденовой пластине.

После нанесения покрытия пластины устанавливают друг на друга по паяемым поверхностям и располагают в контейнер для пайки. Контейнер вакуумируют до разрежения 1•110^-2мм рт.ст. и помещают в рабочее пространство печи, где осуществляют пайку изделия. Вначале нагрев под пайку 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 выдержки скорость нагрева снижают до 10-15^oC/мин и поддерживают ее вплоть до температуры пайки. Такое уменьшение скорости нагрева необходимо для того, чтобы перед пайкой пластины сохранили идентичность своих температур.

Пайку осуществляют при температуре 1110-1120^oC в течение 8-10 мин. За время пайки протекает диффузионное взаимодействие основного металла с покрытием, а также слоев меди и никеля между собой, причем слой меди на стальной пластине взаимодействует со слоями никеля как на стальной, так и на молибденовой пластинах, а слой никеля на молибденовой пластине взаимодействует со слоями меди на обеих пластинах. Поскольку температура пайки всего на 7-17^oC выше температуры плавления меди, расплавленные слои медного покрытия, находясь в вязком (малотекучем) состоянии, не имеют возможности вытечь из зазора, но успевают за время пайки растворить в себе никель с образованием твердого раствора. В результате указанных взаимодействий образуется плотное паяное соединение.

Охлаждение контейнера со спаянным изделием проводят на воздухе до комнатной температуры. Далее контейнер разгерметизируют.

Были проведены металлографические исследования паяных соединений образцов. Исследования показали взаимную диффузию молибдена и стали через слои медного и никелевого покрытия. Нерастворимого никелевого слоя не обнаружено. Зафиксирована высокая степень плотности паяного соединения. Толщина его по сечению составляла от 40 до 80 мкм. При работе изделия в экстремальных условиях (температура 1300^oC и давление 100 атм) разрушений в паяном соединении не обнаружено.

Способ может быть использовано для диффузионной пайки изделий, содержащих детали из молибдена и стали, На поверхность молибденовой пластины наносят слой медного покрытия толщиной 12 - 15 мкм, затем слой никелевого покрытия толщиной 15 - 20 мкм. На поверхность стальной пластины наносят слой никелевого покрытия толщиной 12 - 15 мкм, затем слой медного покрытия толщиной 20 - 25 мкм. Пластины укладывают друг на друга по паяемым поверхностям и помещают в вакуумную печь для пайки. Нагревают со скоростью 15 - 20^oС до 600 ± 10^oС. Выдерживают 25 - 30 мин. Увеличивают скорость нагрева до 35 - 40^oС/мин. Нагревают до 1000 ± 10^oС. Выдерживают 30 - 35 мин. Снижают скорость нагрева до 10 - 15^oС/мин и поддерживают ее до температуры пайки. Пайку осуществляют при 1110 - 1120^oС в течение 8 - 10 мин. Позволяет увеличить работоспособность изделий за счет повышения температуры распая, толщины и плотности паяного соединения.

Способ пайки изделий из молибдена и стали, включающий нанесение на паяемую поверхность детали из молибдена слоя медного покрытия толщиной 12 15 мкм, нагрев и пайку в атмосфере вакуума, отличающийся тем, что на паяемую поверхность детали из стали сначала наносят слой никелевого покрытия толщиной 12 15 мкм, а затем слой медного покрытия толщиной 20 25 мкм, на слой медного покрытия на детали из молибдена наносят слой никелевого покрытия толщиной 15 20 мкм, нагрев под пайку осуществляют со скоростью 15 - 20^oС/мин до температуры 600 ± 10^oС, при которой проводят выдержку в течение 25 30 мин, затем скорость нагрева увеличивают до 35 - 40^oС/мин, при температуре 1000 ± 10^oС проводят выдержку в течение 30 35 мин с последующим уменьшением скорости нагрева до 10 15^oС/мин и поддерживают ее до температуры 1110 1120^oС, при которой осуществляют пайку в течение 8 10 мин.