Технологии пайке |

Часть 6

Понедельник, 14 Сен 2009

Столь большая зависимость механических свойств паяного соединения от количества жидкой фазы в шве требует оптимальной толщины слоев гальванических покрытий с точностью zM мкм.

На основании анализа особенностей формирования паяных соединений титана можно заключить, что толщина покрытий оптимальна, если количество образующейся жидкой фазы достаточно для заполнения капиллярного зазора при наличии сжимающей нагрузки.

Оптимальную толщину покрытия обычно подбирают эмпирическим путем. Однако практика показала, что оптимальная толщина покрытия может быть различной. Это связано с тем, что количество жидкой фазы, заполняющей зазор, зависит от конструктивных особенностей соединяемых элементов и температурных условий процесса.

При одновременно происходящем в титане росте зерна, воздействии защитной среды и припоя в изменении пластичности наблюдаются три стадии. На первой стадии пластичность уменьшается, на второй возрастает, на третьей снова уменьшается. Исследования показали, что при выдержке 5 с на поверхности образцов образуется слой толщиной 40— 50 мкм с литой структурой. При испытании таких образцов на растяжение в этом слое появляется сетка трещин. С увеличением выдержки толщина слоя с литой структурой уменьшается. При 15—30-минутной выдержке она сохраняется лишь на отдельных участках образца. Количество трещин на поверхности образца при этом уменьшается, а глубина их проникновения возрастает. Этому состоянию соответствует минимум на кинетической кривой пластичности. При выдержке свыше 30 мин литой структуры и поверхностных трещин на образцах не обнаруживается. На этой стадии происходит восстановление пластичности титана, максимальное значение которой достигается при выдержке 2 ч. Влияние условий пайки и компонентного состава припоев на свойства паяных соединений свидетельствует о том, что для обеспечения высокой прочности паяных изделий необходимо оптимальное сочетание компонентного состава основного металла и припоя, конструктивных факторов, а также режима и условий пайки.


Часть 5

Понедельник, 14 Сен 2009

Уменьшение количества выпадающих интерметаллических соединений, а следовательно, и снижение охрупчивания титана может быть достигнуто за счет различных приемов. Из них для пайки представляют интерес два:

выбор компонентов припоя, которые имеют увеличенную растворимость в а - Ti;

использование в качестве припоя многокомпонентных композиций, позволяющих при таком же количестве припоя, вводимого в зону пайки (как и в случае однокомпонентного припоя), уменьшить степень пересыщения ос - Ti.

При применении в качестве припоя многокомпонентных композиций, например при пайке титанового сплава ОТ4, наибольшая прочность наблюдается при толщине медного слоя 8 мкм и никелевого 2 мкм, т. е. при содержании в покрытии 80% меди и 20% никеля.

С ростом толщины покрытия в диффузионной зоне увеличивается количество интерметаллида Ti3Cu. Увеличением количества интерметаллидов и напряженностью решетки титана объясняется падение его пластичности по мере роста толщины покрытия. Из металлографических и микрорентгеноспектральных исследований паяных швов следует, что их структура и состав отличаются большой неоднородностью. При толщине покрытия 4—8 мкм образуется недостаточное для заполнения зазора количество жидкой фазы, поэтому в паяных швах имеются неспаи. Наличием неспаев обусловлена низкая прочность соединений при малой толщине покрытия. С увеличением толщины покрытия протяженность участков с неспаями уменьшается, что приводит к повышению прочности соединений. При толщине покрытия 10—12 мкм дефекты в виде неспаев отсутствуют, кривая прочности достигает своего максимального значения. С последующим ростом толщины покрытия прочность соединений падает. Это явление, очевидно, обусловлено тем, что при большой толщине покрытия (14—16 мкм) образуется избыточное количество жидкой фазы, которая скапливается в галтелях. Для изотермической кристаллизации во всем объеме таких галтелей требуется более длительная выдержка, чем для капиллярной части шва, поэтому в структуре галтелей обычно преобладает эвтектическая фаза. Благодаря низким механическим свойствам эвтектики разрушение паяных соединений начинается с галтельных участков.


Часть 4

Понедельник, 14 Сен 2009

В зависимости от характера взаимодействия при образовании спая и, следовательно, направленности изменения свойств взаимодействующих металлов может резко изменяться прочность основного металла под действием расплавленного припоя. Наименьшие изменения наблюдаются в случае взаимодействия металлов, расположенных рядом в периодической системе Д. И. Менделеева и образующих непрерывные твердые растворы. Изменение механических свойств ограниченных твердых растворов приблизительно обратно пропорционально предельной растворимости.

Ввиду того, что при комнатной температуре растворимость компонентов припоев в а - Ti значительно ниже предельной, то после пайки припоями, содержащими никель, кобальт, марганец, получить структуру, состоящую из твердого раствора, можно лишь в случае применения весьма продолжительных выдержек и при толщине паяемого материала, которая позволяет рассматривать диффузию компонентов припоя в решетку титана как в бесконечное пространство.

В большинстве встречающихся на практике случаев получающаяся при диффузионной пайке структура шва двухфазная: твердый раствор ос - Ti и интерметаллические соединения. Изменение механических свойств сплавов, имеющих в своем составе интерметаллиды, зависит от особенностей выделения второй фазы и характера дисперсионного механизма упрочнения. В результате дисперсных выделений может иметь место как упрочнение, так и разупрочнение сплава. Выделение небольшого количества второй фазы в мелкодисперсном состоянии сопровождается повышением прочности и уменьшением пластичности. Вторая фаза в этом случае вносит искажения в кристаллическую решетку металла. Увеличение количества выделяющейся избыточной фазы может послужить причиной резкого уменьшения пластических и прочностных свойств, если эта фаза выделяется в виде сетчатого каркаса. Менее опасны интерметаллиды в случае их выделения в виде скоагулированных включений.


Часть 3

Понедельник, 14 Сен 2009

Применение аргона или вакуума при пайке титана не изменяет механические свойства соединений, выполненных припоями на основе серебра, а также припоями систем титан—никель, титан—никель—медь, титан—никель—медь—кобальт и др. Однако в отдельных случаях применение вакуума показывает лучшие результаты по сравнению с аргоном. Например, при пайке титана припоем на основе алюминия в вакууме с остаточным давлением 1-10-3 мм рт. ст. растекание лучше, чем в атмосфере аргона. При пайке титана с повышенным содержанием водорода в вакууме достигается не только улучшение условий пайки, но и обезводороживание основного металла. В связи с этим утвердилось мнение о предпочтительности вакуума перед нейтральными газами даже в тех случаях, когда не удается создать высокой степени разрежения, как это имеет место, например, при пайке крупногабаритных изделий в печах с использованием механических вакуумных насосов, в то время как применение низкого вакуума с повышенным содержанием примесей приводит к уменьшению пластичности основного металла, что становится особенно опасным при пайке тонколистовых конструкций. В этом случае использование вместо вакуума аргона может снизить содержание примесей. Поэтому, если необходимо максимальное сохранение пластичности основного металла, то, несмотря на удовлетворительное протекание процесса пайки в вакууме, вопрос предпочтительности вакуума или аргона следует решать с учетом содержащихся в них вредных примесей.


Часть 2

Понедельник, 14 Сен 2009

Из других атмосферных газов в образовании поверхностных пленок при высоких температурах большое значение имеет азот. При окислении титана на воздухе азот в составе окалины обнаруживается, начиная с температуры 900° С. Отмечается, что наличие азота в решетке рутила приводит к образованию дырчатой структуры, облегчающей диффузию кислорода в объеме окисной пленки. Толщины окисных пленок, образующихся при окислении титана ВТ-1 на воздухе.

Пайку титановых сплавов производят при температуре около 1000°С, поэтому при наличии окислительной атмосферы взаимодействие кислорода с титаном в процессе пайки протекает с большой интенсивностью.

Удаление окисных пленок при пайке титана фактически обеспечивается путем регулирования соотношения скоростей окисления и растворения окислов в основном металле и в конечном итоге достигается за счет применения среды с парциальным давлением кислорода, при котором скорость растворения пленки больше, чем скорость ее роста.


Часть 1

Понедельник, 14 Сен 2009

Изменение свойств основного металла происходит не только под влиянием нагрева и взаимодействия с расплавом припоя, но и под действием газовой среды, находящейся в камере пайки. Влияние газовых сред особенно заметно проявляется, когда основной металл активно взаимодействует с газовыми средами. Из конструкционных материалов, применяемых в паяных изделиях, таким свойством обладают титан и сплавы на его основе.

Взаимодействие титана с кислородом в атмосферных условиях протекает при комнатной температуре. По мере повышения температуры интенсивность окисления возрастает. При достижении температуры 450° С параллельно идет проникновение кислорода в кристаллическую решетку титана и образование газонасыщенного (альфированного) слоя, представляющего собой твердый раствор газа в металле. При температуре выше 600°С кислород активно диффундирует в титан.

Наличие газов в кристаллической решетке титана приводит к ее искажению, являющемуся причиной уменьшения пластических свойств материала.

В многочисленных исследованиях, посвященных изучению взаимодействия титана с газами, было установлено, что высокотемпературный нагрев титана на воздухе, а также в среде кислорода приводит к появлению на его поверхности окалины, состоящей главным образом из рутила.