Способ изготовления многослойных металлических материалов Советский патент 1993 года по МПК B23K20/04 

Изобретение относится к области производства многослойных металлов, изготавливаемых методом совместной пластической деформации разных металлов и направлено, как и известные решения, на предотвращение образования газовых пузырей на границе раздела слоев при отжигах в процессе изготовления.

Эти материалы широко применяются в различных областях техники в машиностроении, в химической/электронной, электро- и радиотехнической промышленности.

Целью изобретения является снижение трудоемкости изготовления .и экономии материала подслоя при изготовлении многослойных материалов из меди, никеля и их сплавов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления многослойных металлических материалов, включающем подготовительный отжиг, по крайней мере, одной из составляющих в виде ленты, нанесение на нее технологического подслоя испарением и осаждением химически активного металла, сборку составляющих в пакет, сварку давлением, промежуточный отжиг, окончательную деформацию и окончательный отжиг, при изготовлении многослойных материалов на основе меди, никеля и их сплавов в качестве материала подслоя используют цинк, а его испарение и осаждение осуществляют в процессе подготовительного отжига рулона, образованного одной из составляющих лент и лентой из цинксодержащего сплава. Выбор цинка в качестве материала технологического подслоя обусловлен следующими соображениями: большим химическим сродством цинка к кислороду по сравнению с соединяемыми металлами и, следовательно, его способностью раскислять контактные поверхности в сваренном полуфабрикате при промежуточном отжиге, и предотвращать тем самым диссоциацию окислов, являющуюся основной причиной образования газовых пузырей между слоями; летучестью цинка при отжиге латуней в безокислительной среде (в вакууме, водороде), интенсивность которой возрастает при температурах выше 400°С. Указанное я злеел

с

00

о

ю о

ние позволяет использовать латунь для нанесения цинкового подслоя на контактную поверхность хотя бы одного из соединяемых металлов в процессе подготовительного отжиги.

Температуру подготовительного отжига (осаждения подслоя) выбирают в интервале температур рекристаллизации отжигаемой составляющей, обычно обеспечивающих (например, при совместном отжиге меди, никеля и их сплавов с латунью) интенсивное испарение цинка из латуни и хорошую ад- гезию осажденного слоя с поверхностью конкретного из перечисленных металлов.

Критерием достаточности количества осажденного цинка является сплошность покрытия, оцениваемая визуально.

Этот критерий установлен экспериментально путем выбора времени подготовительного отжига, обеспечивающего отсутствие пузырей при последующих термообработках материалов.

С целью экономии латуни ее используют многократно до тех пор, пока обеспечивается необходимая интенсивность испарения цинка. При этом время отжига для каждого следующего применения латуни устанавливается индивидуально по вышеуказанному критерию - сплошность осажденного покрытия.

Нанесение подслоя на одну или обе стороны отжигаемой составляющей по предлагаемому способу обеспечивают соответствующим чередованием витков лент латуни и упомянутой составляющей в общем рулоне, в который они наматываются перед отжигом.

Коэффициент осаждения цинка, испаряющегося из латуни при отжиге рулона, достигает 0,95.

Подслой, получаемый в предлагаемом изобретении, представляет собой продукт диффузионного взаимодействия цинка с поверхностью отжигаемой составляющей. Это либо твердый раствор цинка в меди (в паре 2п-Си), либо смесь: твердый раствор цинка в никеле + свободный цинк+частицы интер- металлидов ZrtnNim (в паре Ni-Zn). Однако в готовом многослойном материале интерме- таллиды полностью отсутствуют, то есть они переходят в твердый раствор при промежуточном и окончательном отжигах материала.

Предлагаемый способ был опробован при изготовлении лент никель-медь-никель (НМН) и медь -никель-медь (МНМ)

Исходные заготовки:

а) Для ленты НМН: никель марки НП2 0,2x80 мм в мягком состоянии: медь марки МОб 2,0x80 мм в мягком состоянии; латунь

марки Л 63 0,3x80 мм в твердом обезжиренном состоянии.

б) Для ленты МНМ: медь марки МОб 0,2x80 мм в мягком состоянии; никель марки НП2 2x80 мм; латунь Л63 0,3x80 мм 8 твердом состоянии.

Технологический процесс

1. Односторонняя зачистка проволочными щетками никеля 0,2x80 мм для ленты НМН и меди 0,2x80 мм Для ленты МНМ.

2. Подготовительный отжиг и никеля и меди 0,2x80 мм совместно с латунью 0,3x80 мм. При этом пары никель-латунь и медь-латунь сматывали в отдельные рулоны. Причем для обеспечения одностороннего нанесения цинка витки в рулонах чередовали по схемам: латунь-никёль-никель и латунь-медь-медь, т.е. в каждый рулон сматывали по три ленты: одну латунную и

две никелевых или медных. При намотке в рулон двух лент (медь-латунь или никель-латунь) происходит двухстороннее напыление цинка (что в нашем примере не требовалось). Отжиг рулонов проводили садочным

способом в водородной электропечи ОКБ8085 по следующим режимам:

а) пара латунь-никель (для ленты НМН): Т-700°С, г -1ч.

б) пара латунь-медь (для ленты МНМ): Т 550°С, т -1ч.

3. Двусторонняя зачистка вращающимися стальными щетками основных металлов: меди и никеля 2,0x80 мм.

4. Сборка пакетов Н-М-Н с цинковым подслоем на никеле и М-Н-М с подслоем на меди путем совместной задачи трех лент в рабочие валки стана.

5. Сварка обоих пакетов совместной холодной прокаткой на стане Кварто 120/320x300 с режимом обжатия:

(0,2+2,0+0,2) - 0,9 мм

6. Промежуточный рекристаллизэционный отжиг подкатов садочным способом В

водородной электропечи ОКБ8085 по режиму: : . ; . : .

т 700°с, г-.14;

Пузыри под покрытиями в обоих подка- тах (НМН и МНМ) после отжига отсутствова- ЯИ.; .. ; ... -. :...,- .; ..--. : ;,

7. П рокатка подкатов на том же стане на конечную толщину по маршруту:

о,9 - 0,5- 0,3мм

Расслоения в материалах при прокатке отсутствовали, что является критерием прочности сцепления слоев.

8. Окончательный рекристаллизацион- ный отжиг материалов в лечи ОКБ 8085 по режиму:

Т 750°С, 1ч.

Пузыри после отжига материалов отсутствовали.:-.:

Готовые материалы были подвергнуты стандартным испытаниям на перегиб по ГОСТ 13813-68 на приборе: НГ-2 до полного разрушения. При этом образцы в изломе не имели расслоений.

Металлографические и рентгенострук- турные исследования зоны контакта слоев в образцах готовых материалов показали отсутствие интерметаллических или избыточных хрупких фаз.

Применение предлагаемого способа Позволит сократить трудоемкость изготовления материалов не менее чем на 20% за счет меньшей трудоемкости процесса осаждения цинкового подслоя и сбвмещения его С подготовительным отжигом одной из составляющих, Потери материала подслоя могут быть снижены до 5% против 70% по прототипу.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ изготовления многослойных металлических материалов, включающий подготовительный отжиг по крайней мере одной из составляющих в виде ленты, нанесение на нее технологического подслоя испарением и осаждением химически

активного материала, сборку составляющих в пакет, сварку давлением, промежуточный отжиг, окончательную „деформацию и окончательный отжиг, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости изготовления и экономии материал подслоя при изготовлении многослойных материалов из меди, никеля и их сплавов,, в качестве материала подслоя использую цинк, а его испарение и осаждение осуществляют в

процессе подготовительного отжига рулона, образованного одной из составляющих лент и лентой из цинкосодержащего сплава.

Использование: при получении многослойных металлических материалов, изготавливаемых методом совместной пластической деформации. Сущность: способ включает смотку в рулон ленты из цинкосо- держащего сплава и одной из составляющих лент, отжиг этого рулона, в процессе которого осуществляется нанесение на ленту подслоя испарением и осаждением на нее цинка, дальнейшую пластическую деформацию и промежуточный vi окончательный отжиги.,