Разработка быстрозакаленных ленточных припоев для высокотемпературной пайки тугоплавких металлов и сплавов

• Автор: Сучков, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Оглавление

Введение

1. Панка металлов и сплавов

1.1. Классическое представление о пайке

1.1.1. Классификация способов пайки

1.1.2. Дефекты в паяных соединениях

1.1.3. Быстрозакаленные припои

1.2. Пайка элементов энергоустановок

1.2.1. Пайка разнородных элементов ИТЭР

1.2.1.1. Высокотемпературная пайка вольфрама

1.2.1.2. Высокотемпературная пайка меди и се сплавов
1.2.1.3. Высокотемпературная пайка вольфрама с медными
сплавами
1.2.2. Пайка элементов ЭГК из сплава на основе ниобия
1.2.2.1. Припои для пайки сплавов на основе ниобия
1.3. Заключение
2. Методические вопросы обеспечения высокотемпературной пайки
2.1. Получение кристаллических слитков сплавов-припоев
2.2. Получение быстрозакаленных лент сплавов-припоев
2.3. Изучение свойств и характеристик быстрозакалениых сплавов-припоев
2.4. Подготовка образцов для пайки
2.5. Пайка образцов
2.6. Исследование структуры зоны пайки и свойств паяных соединений
2.7. Исследование термостойкости паяных соединений
2.8. Механические испытания паяных образцов
2.9. Выводы к главе 2
3 Методика разработки быстрозакаленного ленточного припоя и
отработки технологических режимов пайки такими припоями
3.1. Методика разработки быстрозакаленных ленточных припоев для пайки
однородных материалов
3.1.1. Факторы влияющие на аморфизацию металлических сплавов
3.1.2. Этап 1. Выбор основы припоя
3.1.3. Этап 2. Выбор депрессантов-аморфизаторов
3.1.4. Этап 3. Доработка и получение итогового химического состава
3.2. Методика разработки быстрозакаленных ленточных припоев для пайки

разнородных материалов
3.2.1. Этап 1. Выбор основы припоя
3.2.2. Этап 2. Выбор депрессантов-аморфизаторов
3.2.3. Этап 3. Доработка и получение итогового химического состава 64 припоя
3.3. Выводы к главе 3
4. Разработка составов припоев, технологии их изготовления в виде
быстрозакаленных лент, технологии пайки вольфрама с сплавами на основе меди
4.1. Требования к припоям, применяемым при пайке облицовочных
материалов 'ГЯР
4.2. Разработка сплава-припоя для пайки соединения «вольфрам- бронза»
4.3. Отработка технологических режимов пайки и исследование швов
соединений вольфрам-сплав на основе меди
4.3.1. Металлографические исследования паяных соединений
Учоно-БрНХК
4.3.2. Металлографические исследования паяных соединений
Умоно-БрХЦр
4.3.3. Металлографические исследования паяных соединений
¥м0110-МАГТ
4.4. Исследование термостойкости паяных соединений
4.5. Механические испытания паянных образцов
4.6. Выводы к главе 4
5. Разработка составов припоев, технологии их изготовления в виде
быстрозакаленных лент, технологии пайки сплавов на основе ниобия
5.1. Требования к припоям, применяемым при пайке элементов ЭГК
5.2. Разработка быстрозакаленных ленточных припоев для пайки ниобия и 97 его сплавов
5.3 Отработка технологических режимов пайки сплавов ниобия
5.3.1. Пайка сплава ВН2
5.3.2. 1 Іайка сплава НбЦ-1
5.3.2.1. Определение оптимального зазора под пайку
5.3.2.2. Пайка макетных образцов коллекторных пакетов ЭГК
5.4. Выводы к главе 5
Основные выводы
Литература

Введение
Актуальность работы. Изготовление энергонапряженных узлов ядерной и термоядерной техники является сложной технологической задачей. Множество проблем возникает в процессе сборки отдельных компонентов друг с другом в конечный конструктивный элемент. Из методов получения неразъемных соединений, широко применяемых во многих отраслях промышленности, существенное развитие получили сварка и пайка, причем каждая технология имеет свою область применения: При изготовлении диверторного модуля реактора ИТЭР (международный экспериментальный термоядерный реактор) и коллекторного узла ЭГК (электрогенерирующий канал) ядерного ректора космического базирования наиболее оптимальной и реализуемой технологией соединения элементов является высокотемпературная пайка. Данный метод реализуется при температурах существенно меньших, чем при сварке, что вызывает меньшее термическое влияние на соединяемые материалы, и за один технологический цикл появляется возможность реализовать множество соединений, что делает данный процесс наиболее технологичным.
В последнее время стали широко использовать быстрозакаленные припои (БЗП) в виде лент толщиной 20...80 мкм. Такие припои получают технологией сверхбыстрой
закалки расплава на вращающемся диске-холодильнике со скоростью 104 106 К/с.
Высокая скорость охлаждения позволяет при комнатной температуре получать припои со структурой переохлажденной жидкости, в состоянии пересыщенного твердого раствора с равномерным распределением компонентов сплава по всему объему, что определяет уникальные свойства (смачиваемость, капиллярная активность и др.) припоя в процесс расплавления и взаимодействия расплава с паяемыми материалами.
Технология сверхбыстрой закалки дает возможность получать из труднодеформируемых слитков удобные в обращении гибкие ленты, которые обладают целым комплексом преимуществ перед своими кристаллическими аналогами, полученными традиционными методами: они имеют однородное фазовое состояние по всему объему, характеризуются узкими интервалами плавления и затвердевания, высокой адгезионной и капиллярной активностью. Все эго позволяет повысить качество пайки, уменьшить количество дефектов паяных соединений, снизить количество интерметаллидов в зоне пайки.
Однако, на сегодняшний день недостаточно изучены физико-химические и технологические особенности как производства высокотемпературных БЗП, так и пайки тугоплавких металлов и сплавов. Существует необходимость оптимизации составов гг

В результате эвтектической реакции происходит оплавления материалов коллекторного пакета (НбЦ-1), что приводит к нарушению геометрии конструкции и деградации эксплуатационных характеристик ЭГК в целом.
Поэтому актуально и целесообразно разработать припой для пайки материалов коллекторного пакета из сплава НбЦ-1 в виде ленты с температурой плавления ниже температуры плавления эвтектик образующихся элементами входящими в состав припоя и ниобием.
1.2.2.1. Припои для пайки сплавов на основе ниобия
Широкие добыча и применение ниобия и его сплавов обусловлены сочетание различных свойств, таких как тугоплавкость, малое сечение захвата тепловых нейтронов, способность образовывать жаропрочные, сверхпроводящие и др. сплавы, коррозионная стойкость, гетгерные свойства, низкая работа выхода электронов, хорошие обрабатываемость давлением на холоде и свариваемость.
В космической технике, в частности при изготовлении отдельных узлов ЯЭУ космических спутников широкое применение нашел сплав на основе ниобия НбЦ-1.
Для вакуумной пайки ниобия в. качестве припоев применяют чистые металлы: титан, ванадий, цирконий, которые образуют с ним непрерывный:ряд твердых растворов. В качетве припоя для пайки ниобия можно применять платину как в чистом виде так и в качестве основы припоев. Однако, при пайке платиной при 1815 °С происходит сильное растворение ниобия, что приводит к образованию малопластичных соединений.
В работе [3] пайку технически чистого ниобия очущсствляли в вакууме 6,65-10'3 Па при нагреве электросопротивлением вакуумной печи типа СШВЛ. Выдержка составляла 1-15 мин при температуре пайки титаном 1750 °С, цирконием 1900 °С и ванадием 1950 °С. Время для диффузионного затвердевания составило 390 с для.титана, 170 с для циркония и 30 для ванадия. Для обеспечения температуры распайки более 2000 °С проводили термическую обработку ниже 1000 °С в течении 5ч (при пайке титаном).
Припои . в виде чистых металлов относительно тугоплавки и требую дорогостоящего нагревательного оборудования для выполнения процессов при температурах'до 1900 °С. За частую пайка составных изделий представляет собой лишь одну из ступеней многостадийного процесса, причем она может быть и заключительной стадией сборки. Все это существенным образом влияет на максимально возможные температурные режимы, так как в процессе пайки может произойти как деградация свойств материалов отдельных компонентов изделий, так и распайка предварительно соединенных элементов.