Способ диффузионной сварки стали с керамикой Советский патент 1991 года по МПК B23K20/16 

Изобретение относится к диффузионной сварке керамики с металламии может быть использовано в авиационной, оборонной и электронной областях промышленности для создания высокотемпературных металлокерамических узлов и деталей повышенной прочности.

Целью изобретения является повышение прочности сварного соединения.

Способ осуществляют следующим образом.

На свариваемую поверхность керамики наносят порошок оксида железа, детали размещают с зазором в сварочной камере, заполняют ее инертным газом, нагревают

детали до 1273-1473 К и осуществляют первую выдержку в течение 15-30 мин. Затем детали охлаждают до 673-873 К, камеру заполняют восстановительным газом и осуществляют вторую изотермическую выдержку в течение 10-20 мин. Затем детали сдавливают, нагревают до 1273-1473 К и осуществляют третью изотермическую выдержку в течение 30-40 мин. После сварки детали охлаждают и извлекают из кемеры.

Изотермическая выдержка деталей в разведенном состоянии в инертной среде обеспечивает получение прочного сцепления между керамикой и материалом промежуточного слоя - оксида железа.

о ю ел

ON ГО

о

Соединение образуется в результате протекания между свариваемыми материалами химического взаимодействия с образованием общего для соединяемых материалов реакционного слоя, состоящего из железо- алюминиевой шпинели FeAfoCM. Благодаря образованию новою химического соединения контактные поверхности керамики и промежуточного слоя оказываются связанными между собой прочной химической связью ковалентного типа.

Изотермическая выдержка в восстановительной атмосфере позволяет восстановить непрореагировавший с керамикой оксид железа до свободного железа,

После проведения двухстадийной изотермической выдержки на поверхности керамики образуются два переходных слоя: прилегающий к керамике слой состоит из ковалентно связанной с керамикой железо- алюминиевой шпинели, а другой - из пленки железа в активном состоянии. Это способствует интенсификации процессов диффузионного взаимодействия в контакте сопрягаемых материалов, а следовательно, и повышению прочности соединения,

Проведение изотермической выдержки в инертной газовой среде при температуре ниже 1273 К и времени изотермической выдержки менее 15 мин нецелесообразно из- за малой скорости взаимодействия оксида железа с основным компонентом керамики - оксидом алюминия в указанных темпера- турно-временных условиях.

Повышение температуры вжигания выше 1473 К и выдержке более 30 мин нецелесообразно по экономическим соображениям, поскольку не приводит к сколько-нибудь заметному увеличению прочности соединения,

Процесс восстановления оксида железа до металла осуществляют в течение 10-20 мин в интервале температур 673-873 К, Уменьшение прочности соединения при проведении изотермической выдержки в восстановительной среде при температуре ниже 673 К и времени изотермической выдержки менее 10 мин объясняется незавершенностью процесса восстановления оксида железа. При температуре выше 873 К и времени выдержки более 20 мин прочность соединения не повышается.

Пример. Соединяли сталь марки Ст85 с высокоглиноземистой керамикой ВК94-1.

Подлежащую соединению поверхность металла механически обрабатывали до чистоты обработки RZ 2,5, обезжиривали ацетоном и высушивали сжатым воздухом, очищенным or следов влаги и масел.

Керамику ВК94-1 в виде цилиндров , и h 50 мм шлифовали до шероховатости RZ 5 мкм, обрабатывали в ультразвуковой ванне в горячем мыльном

растворе, промывали дистиллированной водой и высушивали при 383 К в вакуумном шкафу. Выдерживали керамику в растворе плавиковой кислоты в течение 30 мин, промывали и высушивали, На свариваемую по0 верхность керамической детали наносили слой пасты толщиной 40 мкм, состоящей из порошкообразного оксида железа и связующего. В качестве связующего использовали спирт, ацетон, четыреххлористый углерод и

5 другие вещества. Высушивали нанесенный слой при 353 К в течение 1 ч, затем повышали температуру до 423К и выдерживали еще в течение 30 мин. Подпрессовывали подсушенный слой усилием, обеспечивающим

0 получение удельного давления сжатия 2,5 кгс/мм .

Подготовленные укзанным способом детали собирали в сварочном приспособлении, помещали в сварочную камеру и фикси5 ровали их в таком положении, чтобы до приложения давления они находились в разведенном состоянии на расстоянии 5 мм одна от другой. Сварочную камеру вакууми- ровали до разрежения 5 10 мм рт.ст.,

0 затем заполняли инертным газом-аргоном. Керамику нагревали до 1273 К и выдерживали при этой температуре в течение 15 мин. Охлаждали керамику со скоростью 5 К/мин до 673 К, меняли газовую среду

5 сварки на восстановительную путем заполнения камеры водородом и производили изотермическую выдержку при указанной температуре в течение 10 мин.

Далее температуру повышали в зоне со0 единения до 1273 К, соединяемые детали с помощью верхнего штока установки приводили в контакт, прикладывали к ним давление сжатия и производили изотермическую выдержку в течение 30 мин.

5 Сварной узел охлаждали под давлением со скоростью 5 К/мин до 573 К, затем отключали нагрев и сварное изделие охлаждали вместе с установкой. По достижении температуры 343 К открывали камеру и извлекали

0 сварное изделие.

Механические испытания показали, что прочность металлокерамического соединения составляет 136 МПа, т.е. находится на уровне прочности керамики.

5 Формула изобретения

Способ диффузионной сварки стали с керамикой, при котором на свариваемую поверхность керамики наносят порошок оксида железа, детали размещают в сварочной камере, создают в ней восстанови

тельную среду, нгаревают до температурыполняют инертным газом и осуществляют

1273-1473 К, сдавливают и осуществляютпервую изотермическую выдержку в течеизотермическую выдержку в течение 30-40ние 15-30 мин, затем детали охлаждают до

мин с последующим охлаждением, о т л и-температуры 673-873 К, камеру заполняют

чающийся тем, что, с целью повышения5 восстановительной средой и осуществляют

прочности соединения, детали устанавлива-вторую изотермическую выдержку в течеют с зазором, камеру предварительно за-ние 10-20 мин.

Изобретение относится к диффузионной сварке керамики с металлами и может быть использовано в авиационной, оборонной и электронной областях промышленности для создания высокотемпературных металлокерамических узлов и деталей повышенной прочности. Цель изобретения - повышение прочности сварного соединения. Способ осуществляют следующим образом. На свариваемую поверхность керамики наносят порошок оксида железа, детали размещают в саврочной камере, заполняют ее проедварительно инертным газом, нагревают до 1273-1473 К и осуществляют первую изотермическую выдержку в течение 15-30 мин. Затем детали охлаждают до 673-873 К, камеру заполняют восстановительным газом и осуществляют вторую изотермическую выдержку в течение 10-20 мин. Затем детали сдавливают, нагревают до 1273- 1473 К и осуществляют изотермическую выдержку в течение 30-40 мин. После сварки детали охлаждают и извлекают из камеры. В процессе изотермических выдержек на поверхности керамики образуются два слоя: прилегающей к керамике слой, состоящий из ковалентно связанной с керамикой железоалюминиевой шпинели, а другой - из пленки восстановительного железа в активном состоянии. (Л С