Способ пайки графита со сталью Советский патент 1976 года по МПК B23K1/20 

1

Изобретение относится к способам пайки, в частности к способу пайки графита со сталью.

Известен способ пайки графита со сталью, при котором на паяемую поверхность графита наносят покрытие, содержащее титан или цирконий, размещают припой и нагревают.

Наличие химически активных карбидообразующих добавок переходных металлов повышает температуру плавления припоя. Так, папример, добавка 10 вес. % титана повыщает температуру плавления припоя ПСР-45 с 850 до 1000°С, а добавка такого же количества титана в припой на основе олова или свинца увеличивает температуру плавления в 3- 4 раза.

Повышение температуры плавления припоев приводит к увеличению энергетических затрат и к вероятности растрескивания графита при остывании после пайки (особенности силипированиого графита, содержащего большое количество карбида кремния).

Кроме того, наличие химически активных добавок делает необходимым проведение процесса пайки в контролируемой атмосфере в вакууме или инертном газе, предохраняющей легирующие добавки от окисления. Необходимость защитной атмосферы требует создания специальных установок с герметичными рабочими камерами и затрудняет проведение пайки в монтажных условиях.

С целью новыщения прочности паяного соединения при использовании припоев на медной, железной, свинцовой или оловянистой основах предложен способ, по которому в качестве покрытия наносится силикатная или боросиликатная пленка, а пайка проводится припоями, содержащими элементы, окислы которых образуют вместе с силикатной или боросиликатной пленкой шпинели типа МеО-

SiOs или MeO-SiOa-В2Оз. Такие щпинели образуются, например, при добавлении в медь таких элементов, как фосфор, цинк, свинец. При этом для образования шпинелей на границе припой-графит содержание шпинелеобразующего элемента должно быть не менее 10%. Нанесение силикатной или боросиликатной пленки осуществляется объемной или поверхностной пропиткой графитовой детали жидким кремнием или его снлавом с бором в

вакуума с низким разрежением (2-10--1-10- мм рт. ст.), когда в результате пропитки на поверхности изделий образуется силикатная или боросиликатная пленка толщиной 0,1-0,2 мм, прочно сцепленная

с графитовой основой.

Пропитка графита кремнием или сплавом кремния с бором проводится нри температурах 1850-2100°С и выдержке в течение 15- 40 мин.

Пропитку графита расплавами кремния можно проводить и при более глубоком вакууме {10-2-10-) мм рт. ст., только тогда для получения окисной пленки на поверхности графитового изделия его необходимо перед пайкой нагревать на воздухе при температурах 1600-1800°С в течение 20-40 мин.

Процесс смачивания твердого тела жидким расплавом происходит в том случае, когда имеет место понижение свободной энергии на границе жидкость-твердое тело, т. е. когда на Межфазной границе происходит химическое взаимодействие жидкого расплава с поверхностью твердого тела.

В предлагаемом способе в процессе пайки графита со сталью на воздухе на межфазной границе припой-графит с силикатной или боросиликатной пленкой образуются шпинели типа MeO-SiO2 или MeO-SiOa-BgOs. Для этого в припой необходимо ввести не менее 10% шпЕнелеобразующего металла, например цинка, фосфора, свинца, кальция и др., а процесс пайки вести на воздухе, когда эти элементы активно окисляются.

Понижение свободной энергии на границе графит-припой происходит в этом случае в процессе химического взаимодействия окислов элементов припоя с силикатной или боросиликатной пленкой на графите. Добавки в медь свинца, фосфора, кальция или цинка

благоприятны потому, что, во-первых, температура плавления припоя понижается с 1090 для чистой меди соответственно до 990, 715, 850-900°С;

во-вторых, окисление элементов припоя нрактически не приводит к повышению вязкости жидкости и не повышает температуру плавления припоя, что делает возможным проведение процесса пайки на воздухе;

в-третьих, пластические свойства меди не ухудшаются с введением шпинелеобразуюших элементов, что благоприятно сказывается на релаксацию напряжений, возникающих при охлаждении соединенных изделий после пайки.

Формула изобретения

1.Способ пайки графита со сталью, при котором на паяемую поверхность графита наносят покрытие, размешают припой и нагревают, отличаюш;ийся тем, что, с целью повышения прочности паяного соединения при использовании припоев на медной, железной, сви1нцоеой или оло.вянистой основах, в качестве покрытия наносят силикатосодержащую пленку.

2.Способ пайки по п. I, отличающийс я тем, что в качестве покрытия наносят боросиликатную пленку.