Разработка быстрозакаленных аморфных и микрокристаллических сплавов для высокотемпературной пайки материалов атомной техники

• Автор: Плющев, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Оглавление

Введение

Глава 1. Пайка как метод получения неразъемных соединений

1.1. Пайка. Достоинства и недостатки

1.2. Основы технологии пайки

1.2.1. Классификация пайки

1.2.2. Классификация готовых припоев

1.2.3. Физико-химические особенности пайки

1.2.4. Дефекты и их влияние на свойства паяных соединений

1.2.5. Место и роль быстрозакаленных припоев

1.2.6. Методы получения быстрозакаленных припоев
, -0 1.3. Обзор работ по припоям и методам пайки конструкционных материалов
| 1.3.1. Пайка конструкций изтитана и его сплавов
‘' 1.3.2. Пайка разнородных материалов
1.4. Выводы
Глава 2. Методические вопросы обеспечения высокотемпературной пайки
2.1. Выплавка слитков припоев
2.2. Получение припоев
2.3. Изучение структуры и свойств припоев
2.4. Подготовка и пайка образцов, техника пайки
2.5. Исследование структуры и свойств паяных соединений
С} 2.5.1. Металлографический анализ
2.5.2. Механические испытания
2.5.3. Термоциклические испытания
2.5.4. Анализ распределения химических элементов
Глава 3. Обоснование выбора быстрозакаленных припоев
3.1. Исследование структуры и свойств известных быстрозакаленных припоев
3.2. Определение кинематической вязкости расплавов припоев
3.3. Сравнительные исследования затекания припоев в зазор
3.4. Сравнительные исследования свойств паяных соединений
3.5. Выводы
! Глава 4. Разработка припоев и технологии пайки титана, титана со сталью
• % 4.1. Разработка припоев для пайки титана и его сплавов ниже температуры аор
фазового превращения

4.1.1. Требования к припою для пайки титана и его сплавов
4.1.2. Разработка припоев и режимов пайки титана и его сплавов
4.2. Пайка титана со сталью
4.3. Выводы
Глава 5. Разработка припоев и технологии пайки разнородных материалов
5.1. Требования к припоям для пайки разнородных материалов ТЯР
5.2. Разработка состава припоя и отработка технологии пайки бериллия с медными сплавами
5.2.1. Анализ совместимости бериллия и меди
5.2.2. Выбор легирующих элементов припоя для пайки бериллия с медыо
5.2.3. Отработка технологии пайки бериллия с медными сплавами и исследование свойств паяных соединений
і 5.3. Пайка тройного соединения бериллий - медный сплав - аустенитная сталь
■ 1 5.4. Выводы
Глава 6. Обсуждение результатов. Основные выявленные закономерности
6.1. Различие структуры и свойств паяных соединений, полученных с использованием быстрозакаленных и кристаллических припоев
6.2. Стабильность паяных структур в процессе эксплуатации
Основные выводы
Литература
Приложение
Введение
Актуальность работы.
Создание изделий новой техники напрямую связано с получением неразъемных .'соединений. Наиболее широкое применение здесь находят различные виды сварки и пайка.
Важнейшее преимущество пайки - осуществление процесса при температуре ниже температуры плавления соединяемых материалов. Это дает возможность выбора температуры процесса в зависимости от необходимости сохранения свойств паяемых материалов. Однако пайка имеет и недостатки, среди которых можно выделить изменение структурно-фазового состояния некоторых сплавов при высоких температурах пайки, развитие ликвационных процессов и пористости при использовании припоев с широким интервалом кристаллизации, образование и рост хрупких интерметаллидных прослоек в зоне соединения и др.
Одним из перспективных методов получения припоев является метод быстрого затвердевания расплава. При быстром затвердевании (закалке) металлических расплавов со скоростями (104... 106) К/с фиксируется состояние пересыщенного твердого раствора с величинами растворимости компонентов в основе сплава близкими или равными растворимости в расплаве. Быстрозакаленные аморфные и микрокристаллические припои имеют гомогенное по объему распределение элементов, однородное фазовое состояние, характеризуется узкими интервалами плавления и затвердевания, высокой адгезионной и капиллярной активностью. Использование быстрозакаленных припоев (БЗП) позволяет повысить качество пайки, уменьшить количество дефектов паяных соединений, снизить степень образования интерметаллидов в швах. Технология быстрого затвердевания расплава позволяет при определенных условиях получать хрупкие композиции припоев в виде тонких (20ч-80 мкм) гибких лент, что существенно расширяет технологические возможности их применения.
В настоящее время основное применение нашли аморфные или аморфнокристаллические припои. Микрокристаллические БЗП не нашли применения главным образом вследствие трудностей, возникающих при их изготовлении в виде непрерывных лент методом быстрого затвердевания расплава. Кроме того, недостаточно изучены физикохимические и технологические особенности пайки БЗП. Существует возможность оптимизации составов и разработки новых БЗП, совершенствования свойств припоев и технологических режимов пайки современных материалов.
В связи с этим, несомненный интерес и актуальность представляет научно-техническая задача по разработке и исследованию свойств новых аморфных и

Конструкция корпуса разрядной камеры ИТЭРа будет состоять из бериллиевого экрана (собственно, первой стенки), соединенного с теплоотводящим узлом, изготовленным из медного сплава. Медный водоохлаждаемый узел будет крепиться к несущей механическую нагрузку конструкции разрядной камеры, изготовленной из аустенитной хромоникелевой стали. В диверторном узле планируется использовать вольфрам и углеграфитовый композит, как материалы, воспринимающие отработанную плазму. Они будут крепиться к медным теплоотводящим системам [8].
Таким образом, применительно к ИТЭР, интерес представляет создание двух- и трехслойных соединений разнородных материалов: бериллий - сплавы меди, сплав меди -сталь, вольфрам - сплавы меди, углеграфитовый композит - сплавы меди [8,61-63].
Основные требования к энергонапряженньм биметаллическим соединениям ИТЭР, сформулированы в работах [8,61-63]. Это надежный механический контакт, высокая термостойкость и теплопроводность соединений, технологичность, возможность ремонта и др. Главное требование к соединениям экрана с теплоотводящей системой - это высокая стойкость к циклическим изменениям температуры, обусловленньм импульсным режимом работы реактора в первый период работы. Поэтому, для оценки пригодности того или иного метода изготовления энергонапряженных соединений ИТЭР, важными являются термоциклические испытания паяных соединений в условиях близких к условиям их работы в реакторе, например, с использованием быстрого нагрева пучком электронов.
Пайка разнородных материалов ТЯР
Среди предполагаемых для использования в ИТЭР материалов наиболее сложные проблемы возникают при соединении бериллия с другими металлами, связанные, главным образом, с высокой химической активностью бериллия [8]. Поэтому большинство работ по пайке материалов ТЯР посвящено соединению бериллия, например, бериллия с бериллием [8], бериллия с медью [8,64-73], бериллия со сталью [74]. Далее следует пайка меди: медь -медь [67,75,76], медь - углеграфитовый композит [77-80], медь - сталь [75], медь - вольфрам [61,62,68,70,71,81]; стали [82,83], сталь - углеграфитовый композит (через прослойку V [84], Мо [85]), сталь - керамика ЯгОг, стабилизированный АЦОз [86]; молибдена: Мо -углеграфитовый композит [62,87] и др.
Анализ вышеперечисленных работ, посвященных пайке, как технологическому решению проблемы соединения материалов ТЯР, показывает, что в качестве припоев в основном используются: сплавы на основе серебра, меди, никеля, а также чистые металлы (А1, М§, Т1, 81). При этом предлагаемые технические решения большей частью «приспосабливаются» к коммерчески выпускаемым припоям.