Способ подготовки к пайке алмазнотвердосплавных пластин и твердосплавных державок
Изобретение относится к пайке, в частности к подготовке под пайку заготовок режущего инструмента. Цель изобретения - повышение прочности паяного соединения. Перед ультразвуковой обработкой под пайку алмазнотвердосплавных пластин и твердосплавных державок проводят их химическую обработку смесью равных объемов 20%- ных водных растворов железосинеродистого калия и гидроксида калия при температуре 80-90°С в течение 15-20 мин. Такая обработка дает оптимальное соотношение кобальтовой и карбидовольфрамовой фаз в поверхностном слое твердого сплава, что обеспечивает максимальную смачиваемость паяемой поверхности припоем и наилучшим образом готовит поверхность для ультразвуковой обработки, за счет чего и достигается повышение прочности паяного соединения. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1
„,Я0„„1620232 (51)5 В 23 К 1/20
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4438434/27 (22) 17.05.88 (46) 15.01.91. Бюл. № 2 (71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР (72) В. П. Артюхов, Г. П. Богатырева, А. Н. Михновская, В. И. Плотников и E. М. Грузбарг (53) 621.791.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 874230, кл. В 08 В 3/12, 1979. (54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ПАЙКЕ
АЛМАЗНОТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН И ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ДЕРЖАВОК (57) Изобретение относится к пайке, в частности к подготовке под пайку заготовок режущего инструмента. Цель изобретения—
Изобретение относится к пайке, в частности к технологии подготовки поверхностей алмазнотвердосплавных пластин (АТП) и твердосплавных державок (ТД) перед пайкой, которые могут быть использованы в производстве буровых резцов долот.
Цель изобретения — повышение прочности паяного соединения за счет изменения соотношения кобальтовой и карбидовольфрамовой фаз в поверхностном слое твердого сплава в сторону уменьшения доли карбидовольфрамовой фазы.
При подготовке к пайке АТП и TlI, включающей ультразвуковую обработку в моющем растворе поверхностно-активного вещества согласно изобретению, перед ультразвуковой обработкой проводят химическую обработку изделий смесью равных объемов
20%-ных водных растворов железосинеродистого калия и гидроксида калия при 80—
90 С в течение 15 — 20 мин.
В качестве моющего раствора при ультразвуковой обработке использовали техническое моющее средство ТМС-31, представляю2 повышение прочности паяного соединения.
Перед ультразвуковой обработкой под пайку алмазнотвердосплавных пластин и твердосплавных державок проводят их химическую обработку смесью равных объемов 20%ных водных растворов железосинеродистого калия и гидроксида калия при температуре 80 — 90 С в течение 15 — 20 мин. Такая обработка дает оптимальное соотношение кобальтовой и карбидовольфрамовой фаз в поверхностном слое твердого сплава, что обеспечивает максимальную смачиваемость паяемой поверхности припоем и наилучшим образом готовит поверхность для ультразвуковой обработки, за счет чего и достигается повышение прочности паяного соединения. 1 табл. щее собой водный раствор смеси поверхностно-активных веществ, моноэтаноламидов
СЖК фракции Cia — С 6, олеиновой кислоты или ее аналогов, изопропилового или этилового гидролизного спирта и триэтаноламида.
Паяемые поверхности АТП и ТД представляют собой сплав карбида вольфрама и кобальта (6 — 15% Со, 80 — 85% WC) .
В качестве припоя используют латунь. От того насколько хорошо расплавленный припой сманивает паяемую поверхность, зависит прочность паяного соединения.
Кобальтовая поверхность хорошо смачивается расплавом латуни (контактирующие вещества образуют химическое соединение), карбидовольфрамовая поверхность — плохо (отсутствует химическое взаимодействие) .
Атомы расплавленного припоя, вступившие при смачивании во взаимодействие с твердым металлом кобальта, образуют монослой, по которому лежащие над ним слои атомов припоя свободно перемещаются в плоскости, параллельной спаю, что способству1620232 ет развитию процесса взаимодействия. Количество выделяемой энергии при взаимодействии атомов расплавленного припоя и основного металла характеризует прочность химических связей в зоне спая.
Вследствие проведения химической обработки щелочным раствором железосинеродистого калия паяемые поверхности АТП и ТД изменяются в поверхностном слое по своему химическому составу, преобладает кобальтовая фаза над карбидовольфрамовой (80 — 90Я Со, 10 — 15Я %С). Смачиваемость полученной поверхности латунью увеличивается и соответственно увеличивается прочность паяного шва, что является механизмом влияния соотношения фаз на повышение прочности паяного шва.
В свою очередь, на изменение соотношения кобальтовой и карбидовольфрамовой фаз влияет изменение концентрации раствора. Все эти рассуждения экспериментально подтверждены и отражены в таблице.
Из данных таблицы следует, что для достижения максимальной прочности на сдвиг, концентрации химического раствора для травления 8Я недостаточно. В поверхностном слое твердого сплава после химической обработки 8О-ным щелочным раствором
Кз (Ее(СМ)6) содержится достаточно большое количество карбидовольфрамовой фазы (23,4 — 25,5Я WC), т. е. достаточно много несмачиваемых участков припоем, что приводит к низкому значению o. =3800 кг/см . 30
Можно также сказать, что 8О-ная концентрация раствора содержит недостаточное количество реактива, необходимого для химического взаимодействия щелочного раствора К (Fe(CN) ) с WC-фазой, несмотря даже на увеличение времени химической об- 35 работки.
В случае концентрации химического раствора для травления, равной 10Я при времени химической обработки 15 — 20 мин, получаем максимальную величину прочности на 40 сдвиг о„,=5350 кг/см, так как в поверхностном слое паяемой поверхности содержится максимальное количество Со-фазы (88,5О ) и минимальное количество %Сфазы (8,9Я), обеспечивается хорошая смачиваемость припоем. Дальнейшее увеличение 45 времени химической обработки не приводит к дальнейшему увеличению с вследствие того, что полный расход реактива происходит именно в течение экспериментально установленного времени 15 — 20 мин.
При дальнейшем увеличении концентра- 50 ции (15Я) и времени обработки повышение прочности о.,, не происходит, так как помимо WC-фазы подтравливается Со-фаза и соотношение Со и WC-фаз остается в пределах 74,5О Со и 20 — 21 Я WC, что дает более низкую прочность на сдвиг, чем при концентрации 10Я.
Травление в течение менее 15 мин не обеспечивает достаточное снижение количества WC-фазы, при этом не достигается требуемая прочность паяемых соединений.
Таким образом, можно сделать вывод, что все параметры находятся в неразрывной связи. Соотношение Со- и WC-фаз, необходимое для получения высокого значения о; выдерживается только при следующем режиме обработки: концентрация химической обработки — равные объемы 20Яных водных растворов железосинеродистого калия и гидроксида калия (т. е. концентрация 10Я); время химической обработки 15 — 20 мин.
Указанный режи;л химической обработкй необходим не только для проведении успешной пайки, но и для проведения качественной ультразвуковой обработки, т. е. черный налет — пленка комплексных соединений WC и Со, полученный во время химического травления поверхности, получается подготовленным для ультразвуковой обработки именно при этом режиме обработки.
Черная корочка налет отслаивается равномерно по всей поверхности, так как WCфаза почти вся прореагировала с реактивом. При других режимах химической обработки (другая концентрация) черная корочка налет неравномерно удаляется ультразвуком, плохо отделяется от поверхности, смачиваемость припоем плохая, прочность паяного шва получается низкой.
Пример. Твердосплавные изделия АТП и ТД помещали в один слой на сетку контейнера. Контейнер с изделиями помещали в стакан. Осуществляли химическую обработку смесью ра вных объемов 20Яных водных растворов железосинеродистого калия и гидроксида калия, залив смесь в стакан с изделиями в количестве, необходимом для полного покрытия изделий.
Изделия обрабатывали при 85 С в течение
18 мин. Извлекали контейнер с изделиями из стакана и промывали изделия горячей водой 50 С до нейтральной реакции промывных вод.
Контейнер с изделиями помещали в ванну ультразвуковой очистки. Заливали изделия в ванне водным раствором 60 г/л моющего вещества ТМС-31. Проводили ультразвуковую обработку при 70 С в течение 10 мин. После чего извлекали контейнер с изделиями из ванны ультразвуковой очистки, промывали горячей водой 50 С до нейтральной реакции промывных вод.
Помещали контейнер с изделиями в нагретый до 110 С электрошкаф. Выдерживали в те1ение 15 мин до полного удаления влаги с поверхности изделий.
Аналогично описанной выше технологии были очищены твердосплавные изделия при различных значениях времени обработки и концентрации реагентов. После очистки АТП и ТД паяли латунью и проводили испы1620232
6 жавок, включающий ультразвуковую обработку в моющем растворе поверхностноактивного вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности паяного соединения за счет изменения соотношения кобальтовой и карбидовольфрамовой фаз в поверхностном слое твердого сплава в сторону уменьшения доли карбидовольфрамовой фазы, перед ультразвуковой обработкой проводят химическую обработку изделий смесью равных объемов 20%-ных водных растворов железосинеродистого калия и гидроксида калия в течение l5 — 20 мин.
6 тания изделий на прочность паяного шва, результаты испытаний приведены в таблице.
Предлагаемый способ при подготовке под пайку АТП и ТД обеспечивает оптимальное соотношение фаз на паяемых поверхностях, за счет чего достигается максималь ная прочность паяных соединений.
Формула изобретения
Способ подготовки к пайке алмазнотвердбсплавных пластин и твердосплавных дерВремя химической обработки, мин
Концентрация химического
Соотношение кобальтовой и карбидовольфрамовой фаз,Е
Прочность на сдвиг, Я кг/см раствора для травления, вес.X
Со
70,3
70,5
70,4
72,0
72,3
72,5
71,3
71,2
25,5
25,3
25,4
23,2
23,3
23,4
24,5
24,4
24,3
22,8
22,9 ,7
9?
8,9
3720
10
76,3
76,6
76,5
88,5
78,5
78,4
78,5
73,7
73,6
73,5
75,6
75,8
75,5
74,3
74,2
74,4
19,5
19,6
l9,5
21,9
?1,8
22,0
20,7
20,6
20,7
21,5
21,4
21,3
Составитель Л. Абросимова
Редактор Ю. Середа Техред А. Кравчук Корректор Т. Малец
Заказ 4208 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, О!
12
14
18
21
23
12
14
18
21
23
12
14
18
21
23
535"
4880 !!
4430
