Способ соединения керамики с деталью из титанового сплава

 

СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ КЕРАМИКИ С ДЕТАЛЬЮ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА путем введения между ними металлической прокладки и нагревания собранного узла, отличающийсятем. что. с целью снижения температуры и повьшения прочности соединения, металлическую прокладку выполняют из сплава алюминия с 2-20% магния а на деталь из титанового сплава предварительно наносят покрытие алюминия. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5р С 04 В 37/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (2i) 3569748/29-33 (22) 29.03.83 (46) 07.09.84. Бюл. Ф 33 (72) А.В.Сергеев, Н.Ф.Казаков, В.И.Беляков, А.A.Æàðêèõ и О.Н.Крюков (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковс— кого (53) 666.798.2 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 112460, кл, В 23 К 20/14, 10.06.57.

2. Батыгин В.Н., Метелкин И.И., Решетников А.N. Вакуумплотная керамика и ее спаи с металлами. M., "Энергия", 1973, с . 357

3. J. Ceram Soc . Jap. 1970, 78, Ф 902, 356-358. (54)(57) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ КЕРАМИКИ

С ДЕТАЛЬЮ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА путем введения между ними металлической прокладки и нагревания собранного узла. отличающийся тем. что. с целью снижения температуры и повышения прочности соединения, металлическую прокладку выполняют из сплава алюминия с 2-20Х магния

1 а на деталь из титанового сплава предварительно наносят покрытие алюми н ия .

1112022

Изобретение относится к сi. с-и соединения керамики с титановыми сплавами и гложет бьп ь использсванс н машиностроительных, приборостроительной, радио-- и электротехнической отраслях промышленности.

Известен способ соединения керамических и металлических деталей,. пс которому соединяемые детали нагревают ь вакууме, сданлинают, делают изотермическую выдержку и охла>кцают

Недостатком данного способа является большая трудоемкость подготовки поверхности свариваемых материалов перед сваркой. Соединения получают при высоких температурах, составляющих О, 8-0, 9 от температуры плавления титанового сплава. Вследствие возникновения напряжений в ке" рамической детали при нагреве и охлаждении возможно возникновение микротрещин, снижающих прочность соединения в целом.

Известен также способ соелине;-:«.;ò керамики с титановыми сплавами. по котором соединяемые детали из кеваиики и титана нагаевают по 14731573 К,. сдавливают> осуществляют изотермическую выдержку, а затем охлаждают. Нагрев H. охлаждение произ

Beg>RT co cKopooT bio 5-10 r pB,r>,/MHxi Г ь

Недасгаткам зтого способа является "îëüøàÿ трудоемкость подготов-ки поверхностей соединяемьв; материалов, заключающаяся в шлифовании и обеспечении высокой степени пласкопараллельности. Кроме того, способ малопроизводителен, так как требует применения высоких температур и малых скоростей охлаждения готовых изделий.

1 .ь

Наиболее близким к предлагаемому является способ соединения керамики

1% с титановыми спланами через промежуточную прокладку из никеля, осу.-. ществляемый при 1273-1323 К ГЗЗ., Недо- таткам изнестйогс способа янляется высокая температура соедиL нения, большая длительность охпажде- б ния деталей. При диффузионной сварке идет взаимодействие никеля с ти:таном, н результате чего образуются интерметяллиды, снижающие прочность соединения.

Целью изобретения является сниже иие температуры и повышение прачнас ти соединения .

Поставленная цель достигается тем, что по способу соединения керамики с деталью из титанового сплава путем введения между ними металлической прокладки и нагревания собранного узла, металлическую прокладку выполняют из сплава алюминия с

2-20% магния, а на деталь из титанового сплава предварительно наносят покрытие алюминия.

Использование прослоек алюмигггя и алюминиевого сплава с 2-20% содержанием магния обеспечивает интенсификацию процесса соединения. Наличие двух пластичных прослоек облегчает формирование контакта соединяемых материалов, требования по поцгатовке поверхности снижаются, устраняется операция шлифования поверхностей керамики и титанового сг.лава, уменьшаются требования пс плоскопаралпельности, Значительная интенсификапия прсцесса имеет место вследствие сниже— ния температуры соединения с 12731373 дс 843-873 К. Так как сплав алюми ния с ма гни ем имеет даст аг очна высокую прочность (240-280 МПа), а за счет диффузии магния упрочняется и прослойка алюминия (до значений временной прочности сплава, >, то разрушение готовых изделий . ри механических испытаниях происходит по керамике, а не в зоне соединения.

Спас сб заключается в следующем.

На соединяемую поверхность титанового сплава наносят покрьггие алюминия голщинсй 1 — 10 мкм, например, методом вакуумного напыления. Очищают поверхнос — ü керами -,è. Зач:--гшают поверхность прослойки из сплав; алюминия с 2-20% содержанием магния от окиснай пленки. Соединяемые детали: керамическую, промежуточную прослойку из сгглава алюминия с 2-20% ссдер.";;.анием магния и деталь из титанового плана алюминиевым покрьггием помещают B камеру установки диффузионнoH сварки. Создают разрежение в камере 0,05--2 Па. Нагревают детали со скоростью 15-20 град/мин до 843873 К и сдавливают с усилием, обеспечивающим давление на соединяемые поверхности 7-25 МПа. Прсноцят изотермическую выдержку в течение 1060 мин и охлаждают саединенньie дета— ли со скоростью 8-15 град/мин до

303-323 I(„ Газвакуумируют камеру

022

1112

3 установки диффузионной сварки и извлекают соединенные детали.

Пример 1, Соединение керамики 22ХС с титановым сплавам ВТ6, На соединяемую поверхность спла5 ва ВТ6 методом ионна-плазменного вакуумного напыпения наносят 1 окрытие алюминия толщиной 5 мкм, Прослойку из сплава алюминия с 207.-ным содер жанием магния толщиной 0,5 мм зачищают от окисной пленки. Очищают поверхность керамической детали °

Помещают собранные детали (керамическую деталь, прослойку из сплава алюминия с 87-ным содержанием маг-15 ния и сплав ВТ6 (с покрытием алюминия) в камеру установки диффузионной сварки. Создают разрежение

0,05 Па. Нагревают детали со скоростью 20 град/мин до 853 К, сдавливают с усилием, обеспечивающим давление 15 MIIa. Проводят изотермическую выдержку под давлением в течение

20 мин. Охлаждают соединенные детали со скоростью 15 град/мин до 313 К.

Развакуумируют камеру установки и извлекают соединенные детали.

Общая продолжительность времени, затраченного на соединение по пред-! лагаемому способу, составляет

1 ч 40 мин, а по известному — 4 ч

30 мин. Временная прочность соединения соответственно равна 160 и

140 МПа, Пример 2. Соединение керамики УФ-46 с титановым сплавом ВТ1-0.

Методом вакуумного резистивного напыления наносят покрытие алюминия на соединяемую поверхность титанового сплава. Толщина покрьггия 10 мкм.

При напылении подложку из титанового сплава подогревают до 673 К.

Очищают поверхность керамики.

Зачищают от окисной пленки поверхность промежуточной прослойки тол- 45 щиной 0,2 мм из сплава алюминия с

157-ным содержанием магния.

Помещают собранные детали (керамическую деталь, промежуточную прослойку из алюминиевого-магниевого 50 сплава и деталь из титанового сплава с покрытием алюминия) в камеру установки диффузионной сварки. Создают разрежение 2 Па и нагревают соединяемые детали до 833 К, сдавливают 55 детали с усилием, обеспечивающим давление 20 МПа и проводят изотермическую выдержку под давлением в те4 чени е 30 ми: .. 0x òaæäaþò с аелинен вые-дет али да 303 К р д з вя куумируют 1 меру и извлекают детали .

Общая продолжительность врс-мени, затраченного: —:а соединение па предлагаемомуу спас абу „с оста вл я ет

1 ч 25 мин,;; по известному — 4 ч.

Временная ",;pî÷íîñòü саепинений состветственно р==зна 190 и,30 МПа. р и м e p 3.- Соединение к:.=р мики 1Поликор" с титановым сплавам

ВТ1-0.

На установке резистивнага на.. ыления на поверхность титановога =.плава

íaíîñÿò покрытие алюминия толщиной

2 мкм.

Прослойку из сплава алюминия с

27-ным содержанием магния толщиной

О, 1 ьм зачищают от окисной пленки, Очищают поверхность керамической детали. Помещают керамическую деталь, граслайку из сплава алюминия с

2/-ным содержанием магния и деталь из сплава ВТ1-О с покрытием в камеру установки диффузионной сварки.

Создают разрежение 1 Па. Harpевают детали со скоростью 18 град/мин да

873 К, сдавливают с усилием, обеспечивающим давление 7 MIIa. После

15 мин выдержки под давлением детали охлаждают са скоростью

15 град/мин да 313 К.

Общая продолжительность времени соединения 1 ч 30 мин, прочность

180 МПа.

Пример 4. Соединение керамики ЦТС с титановым сплавом ВТ1-0.

На соединяемую поверхность титанового сплава наносят пакрьггие алюминия толщиной 6 мкм резистивным напылением в вакууме. Прослойку сплава алюминия с 67-ным содержанием маг ния толщиной О, 15 мкм зачищают от окисной пленки. Очищают соединяемую поверхность керамической детали, Помещают керамическую деталь, прослойку и сплав ВТ1-0 в камеру установки диффузионной сварки. Создают разрежение 0,06 Па, нагревают детали со скоростью 25 град/мин до 823 К, сдавливают с усилием, обеспечивающим давление 10 МПа и провддят изотермическую выдержку в течение 25 мин, Далее охлаждают соединенные детали со скоростью 15 град/мин до 3 .3 К.

Развакуумируют камеру установки и извлекают соединенные детали.

1112022

Продолжительность процесса Временная прочность соецинесоединения по способу ния МПа, по способу

Пример

С оеди ня емые материалы

Т предлагаемому известному предлагаемому 1 известному ч 40 мин 3 ч 40 мин

1 22ХС-ВТ6

160

120 I 90

135

4 ПТС-ВТ 1-0 1 ч 20 мин . ч ЗО мин

120

ЗО

Составител ь,Соболева

Техред Ж, Кпс.- ел вич Корректор " . Cèíèöêäÿ

Редактор Н.Егорова

Заказ 6411/17 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государствен«oãо комитета ССС? по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", F, Ужгород, ул. Проектная, 4

Проведенные испытания показали, что прочность на отрыв получаемого соединения составляет 120 ИПа, в то время как по известному способу значение временной прочности не превы-. шает 30 МПа, а продолжительность процесса соединения равна соот2 УФ-46-ВТ1-О 1 ч 25 мин 3

3 Поликор-ВТ1-0 1 ч ЗО мин 4 ч

Таким образом, использование предлагаемого способа соединения позволяет повысить качество сварных соеди-. нений за счет повышения прочности ветс" ВеННо 1 ч 20 мин и t

ЗО мин.

h таблице приведены экспериментальные данные IIo интенсификации процесса и прочности полученных соединений керамики с титановыми сплавами. a 15-50!., интенсифицировать процесс

cñ;åäèHeHèÿ за счет снижения температуры сварки и сокращения продолжи-;с ëüHîñòè соединения примерно в 2 раза,