Технологии пайке |

Часть 7

Вторник, 15 Сен 2009

Контактно-реактивной пайкой возможно соединять широкий спектр материалов. Факторами, регулирующими процесс, являются температура, время, давление, состав покрытий, их толщина. Одним из основных параметров, позволяющих получать соединения с высокими механическими свойствами, является ширина шва. Ширину шва регулируют в основном за счет выбора оптимального давления, позволяющего помимо обеспечения тесного контакта между деталями выдавливать излишки припоя. Другим способом снижения скорости контактного плавления является использование промежуточной прослойки между паяемыми металлами, в состав которой входит 70—97% неактивного металла, не принимающего участия в образовании жидкой прослойки.


Часть 6

Вторник, 15 Сен 2009

Основное требование при пайке пористых материалов заключается в том, чтобы свести к минимуму заполнение пор припоем. Один из способов пайки пористых материалов с непористыми заключается в том, что на пористую поверхность наносят слой Ni толщиной 0,125 мм. Пайку выполняют в печи припоем системы Ni—Fe—Cr—В—Si при 982° С. При взаимодействии припоя с Ni-покрытием в про цессе контактного плавления образуется сплав с более низкой температурой плавления, хорошо смачивающий паяемые поверхности.

Контактно-реактивную пайку используют также и для соединения жаропрочных сплавов и тугоплавких металлов: Nb, Mo, Та и W. Этот способ позволяет соединять тугоплавкие материалы при низких температурах и получать швы с высокой температурой вторичного расплавления. Так, при пайке деталей из W припоем Pt—В, имеющим температуру плавления 860° С, за счет растворения W в припое при кристаллизации образуются стойкие бориды W и температура плавления шва резко возрастает. При соединении Nb и его сплавов используют припой Ti—30V—4Ве, имеющий температуру плавления 1288—1315° С. Но наиболее широкое применение для пайки тугоплавких металлов нашли способы контактно-реактивной пайки с последующей диффузионной пайкой или диффузионным отжигом, которая обеспечивает увеличение температуры распая за счет диффузии в основной материал легкоплавких элементов.


Часть 5

Вторник, 15 Сен 2009

При контактно-реактивной пайке Ti и его сплавов в основном используются Си и Ni-покрытия, причем наилучшие результаты были получены при сочетании контактно-реактивной пайки с диффузионной, в процессе которой происходит коагуляция интерметаллидов (Ti2Ni; Cu3Ti; Cu3Ti2) и снижение их содержания в шве приводящие к возрастанию механических свойств.

Контактно-реактивную пайку с успехом применяют и при соединении разнородных металлов, металлов с полупроводниками и т. д. При пайке Ti со сталью (усилие поджатия ^0,1 кгс/мм2) образующаяся жидкая фаза эвтектического состава после кристаллизации обеспечивает получение соединений с достаточно стабильными механическими свойствами. Прочность шва ниже, чем у титана, однако равнопрочные соединения могут быть получены за счет увеличения перекрытия поверхностей, например, при конусном соединении труб и т. д. Пайку деталей из Be со сталью выполняют при нагреве до 975° С, в качестве припоя используют Ti. Бериллий с титаном образует эвтектику, которая хорошо смачивает поверхности и затекает в зазоры. Сплавы Ag—Си, обычно используемые для пайки, обладали меньшей жидкотекучестью и хуже смачивали поверхности, чем Be—Ti-сплав.


Часть 4

Вторник, 15 Сен 2009

При пайке контактное плавление может быть осуществлено как при непосредственном контактировании паяемых металлов, так и при использовании промежуточных прокладок или покрытий на одном или обоих взаимодействующих металлах и дающих, эффект контактного плавления на одном или обоих взаимодействующих металлах. Основной технологической особенностью контактно-реактивной пайки является необходимость регулирования количества жидкой фазы. Ширину жидкой прослойки стремятся свести к минимуму, так как кристаллизующийся сплав может быть малопластичён, что особенно важно в случае образования интерметаллидов в шве.

Контактно-реактивная пайка А1 и его сплавов с использованием в качестве покрытия Ag и Си нашла применение как бесфлюсовый способ пайки, который Позволяет получать прочные и коррозионностойкие соединения. В этих случаях Ag обычно в виде прокладки толщиной 0,05—0,12 мм помещается между деталями, к которым прикладывают усилие поджатия 70—350 кгс/см2. После этого узел нагревают до температуры плавления эвтектики Ag—А1 (558° С). Серебряное покрытие с успехом было применено при пайке алюминиевого сплава 6061-Тб в конструкции космического корабля «Аполлон». Пайка производилась в контейнере с атмосферой Аг высокой чистоты при температуре 538°С в течение 60 мин при давлении 35 кгс/см2. При нагреве до температуры пайки давление составляло 70 кгс/см2. Следует отметить, что при пайке А1 и сплава АМгб в парах Mg были получены коррозионностойкие соединения с примерно одинаковой прочностью как при использовании Ag, так и Си-покрытий. Увеличение прочности при пайке за счет выдавливания из зоны соединения хрупкой эвтектики с успехом применяется при контактно-реактивной пайке А1 со сталями. Контактно-реактивную пайку широко используют для соединения сплавов Си между собой и со сталями. Применение покрытия из Ag позволяет получать соединения при 800°С, имеющие относительно высокую прочность и пластичность за счет образования Ag—Cu-эвтектики. Пайка Си с нанесенным на поверхность тонким слоем Ag (5—15 мкм) при достаточно быстром нагреве (например, электроконтактным способом) может быть выполнена на воздухе без флюса и специальных газовых сред. Нанесение тонкого Ag-покрытия (1,2— 6 мкм) на латунные детали обеспечивает процесс пайки при 700° С. Паяный шов должен быть достаточно тонким, так как образующаяся Ag—Си—Zn-эвтектика малопластична из-за наличия в ней хрупкой р (Ag—Си)-фазы. Следует отметить, что применение контактно-реактивной бесфлюсовой пайки латуней с серебряным покрытием без припоя или с припоями ПСр 72, ПСр 45 при нагреве в печи снижает пористость в паяных швах по сравнению с газопламенной капиллярной пайкой с флюсом 209. В последнем случае повышенную пористость связывают с непропаями, обусловленными высоким давлением паров Zn.


Часть 3

Вторник, 15 Сен 2009

Расчет нестационарной кинетики контактного плавления (перемещающиеся границы) рассмотрен ниже. Пренебрегая процессами взаимодействия в твердом состоянии и процессами образования зародышей жидкой фазы, считаем, что в момент времени t = 0 при температуре образуется бесконечно тонкая прослойка жидкости и распределение компонентов в системе соответствует. Предполагается, что растворение лимитируется процессами диффузии в жидкости, а не скоростью перехода атомов твердого металла в жидкость, так как это характерно для подавляющего большинства систем.

Различие в скорости перемещения межфазных границ xl (t) и xs (t) может быть существенным. Это надо учитывать при конструировании паяных соединений. Так, при пайке Zr со сталью более интенсивное растворение Zr в жидкой фазе ограничивает использование Zr в виде фольги.

Исследования показали, что контактное плавление возможно и при взаимодействии элементов, входящих в состав контактирующих металлов, причем время до начала контактного расплавления возрастает с увеличением числа компонентов. При контактном плавлении образование жидкой фазы происходит прежде всего по дефектам структуры: границам зерен, субграницам и т. д, контактирующих металлов, так как - коэффициенты диффузии по этим дефектам существенно превышают объемные коэффициенты диффузии. Вклад диффузии по границам будет увеличиваться со снижением температуры взаимодействия. Процесс контактного плавления зависит также от кристаллографической ориентации контактирующих граней, что обусловлено различной энергией этих граней.


Часть 2

Вторник, 15 Сен 2009

Образование устойчивых зародышей жидкой фазы будет приводить к их последующему росту за счет растворения в них основного металла. Кинетика распространения жидкости по поверхности контакта оценивается, в частности, на основании где 50 — исходная поверхность контакта; St — поверхность контакта, охваченная процессом контактного плавления к моменту времени t\ п — скорость образования центров плавления; v — линейная скорость распространения жидкой фазы по поверхности контакта.

Наличие окислов на поверхности взаимодействующих фаз будет оказывать существенное влияние на скорость распространения жидкой фазы по поверхности и соответственно на кинетику контактного плавления. Время протекания первой стадии обычно незначительно и для практических целей пайки не имеет большого значения. Так, в работе для систем Sn—Bi время, необходимое для образования таких твердых растворов, определено 10_3 с, однако видимые признаки плавления в этой системе обнаруживались только через 0,5 с. Наибольший интерес для пайки представляет кинетика перемещения межфазных границ (скорость процесса), лимитируемая массопереносом, и знание концентрационных полей в зоне контакта. Достаточно строгое математическое описание кинетики контактного плавления для стационарного случая, т. е. при постоянной толщине прослойки расплава. Последнее достигается за счет приложения к соединяемым металлам постоянного во времени внешнего давления и создания условий, при которых вновь образующаяся в единицу времени жидкость полностью удаляется.


Часть 1

Вторник, 15 Сен 2009

При этом виде пайки припой образуется в результате контактного плавления паяемых материалов, покрытий на них или промежуточных прослоек. Контактное плавление наблюдается у металлов, образующих эвтектики или твердые растворы с минимумом на диаграмме плавкости. Схема взаимодействия чистых металлов А и В при контактном плавлении. Образование жидкости при температуре обусловлено стремлением системы к уменьшению свободной энергии. Контактное плавление металлов можно рассматривать как частный случай фазовых переходов аналогично тому, как при диффузии металлов в твердом состоянии образуются промежуточные фазы в соответствии с диаграммой состояния. Процесс контактного плавления состоит в основном из двух стадий:

подготовительной, заключающейся в образовании насыщенных твердых растворов;

стадии образования зародышей жидкой фазы, их роста и последующего растворения в слое расплава взаимодействующих металлов.

Подготовительная стадия включает в себя процессы взаимодействия в твердой фазе на активных центрах (образование химической, в частности, металлической связи) и последующие процессы гетеродиффузии. Так как процессы взаимодействия протекают при относительно высоких температурах, эта стадия по времени не является лимитирующей. В тех областях контакта, где созданы условия для протекания диффузии, через некоторый промежуток времени образуются зоны, в которых достигается пересыщение до концентраций. В работе предполагается, что образование пересыщенных твердых растворов происходит в областях размеров 3-10 см (так называемый «квант плавления»).