Присадочный материал для сварки и пайки
Изобретение относится к сварке и пайке , в частности к составу присадочного материала , который может быть использован при изготовлении изделий из палладия, железа или никеля, предназначенных для работы в атмосфере особо чистого водорода. Цель изобретения - обеспечение герметичности и повышение термоциклической стойкости соединений при работе в атмосфере особо чистого водорода. Присадочный материал имеет следующий состав, мас.%: никель 30-39; серебро 9-13; алюминий 0,05-0,15; рутений 0,2-0,8; палладий остальное . При выполнении условия % Al x % ,03-0,06, Данный присадочный материал использовался при сварке-пайке ми.кроплазменной дугой на токе 3-5А в атмосфере Аг+5%Н2 сплава палладия В1 с коваром. Присадочный материал хорошо растекается и смачивает сплавы палладия и железа, пористость получается незначительная . Соединение выдерживают 65-100 термоциклов в Надо потери герметичности. 1 з. п. ф-лы, 3 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s В 23 К 35/32
ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
I !
1 (21) 4782114/27 (22) 05.12.89 (46) 15.03.92. Бюл. М 10 о (71) Институт электросварки им. Е. О, Патона и Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники (72) К. А. Ющенко, Д. М. Погребиский, Л. А. Патапенко, Н. И. Тимофеев, С. Х. Курумчина, А. К, Ивонин, Г. Г. Куликов и Е. Л. Черепенин (53) 621.791.3(088.8) (56) Патент США N. 4399096, кл. С 22 С 30/00, С 5/04, 1983, Патент Японии 57-54240, кл. В 23 К 35/32, С 22 С 5/04, 1982, (54) ПРИСАДОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ
СВАРКИ И ПАЙКИ (57) Изобретение относится к сварке и пайке, в частности к составу присадочного материала, который может быть использован
Изобретение относится к технике сварки и пайки, в частности к составу присадочного материала, и может быть применено при изготовлении изделий, предназначенных для работы в атмосфере особо чистого водорода и в первую очередь диффузионных элементов, изготавливаемых в основном из сплавов палладия. ТакИе диффузионные элементы требуются черной и цветной металлургии, электронной промышленности, приборостроению, химическому машиностроению и другим отраслям народного хозяйства.
Специфика существующих конструкций диффузионных элементов для получения .особо чистого водорода состоит в том, что они по существу содержат 2 разнородных материала: сплав на основе палладия, через который осуществляется диффузия водоро,, Ы,, 1719181 Al при изготовлении изделий из палладия, железа или никеля, предназначенных для работы в атмосфере особо чистого водорода.
Цель изобретения — обеспечение герметичности и повышение термоциклической стойкости соединений при работе s атмосфере особо чистого водорода. Присадочный материал имеет следующий состав, мас.%: никель 30 — 39; серебро 9 — 13; алюминий
0,05 — 0,15; рутений 0,2 — 0,8; палладий остальное. При выполнении условия % Ai х %
Ru-0,03 — 0,06, Данный присадочный материал использовался при сварке-пайке микроплазменной дугой на токе 3 — 5А в атмосфере Аг+5%Н2 сплава палладия В1 с коваром. Присадочный материал хорошо ф растекается и смачивает сплавы палладия и железа, пористость получается незначительная. Соединение выдерживают 65-100 термоциклов в Нг до потери герметичности.
1 з. и, ф-л ы, 3 табл, да, и конструкционный материал, из которого изготавливаются коммуникационные детали типа газоотводящей трубки, трубной доски и т. и. Соединение этих разнородных материалов должно отвечать всем требованиям, предъявляемым к диффузионным элементам: вакуумной плотности, прочности, устойчивости в атмосфере водорода при высоких температурах и давлениях водосодержащих газовых смесей (нередко агрессивных). Из-за меняющихся условий работы диффузионных элементов в процессе их включения, длительной работы и выключения они должны обладать высокой термоциклической стойкостью. Этим требованиям должны отвечать и разнородные соединения, т, е. соединения сплавов палладия с конструкционными материалами, такими как сплавы на основе железа и никеля. Поэ1719181 тому важным является выбор присадочного материала, предназначенного для сварки и пайки названных разнородных соединений.
Известен сплав с т. пл. 980 — 1150 С, предназначенный для пайки хрома и сплавов, содержащих хром, а также для зубоврачебной техники. Этот сплав содержит, мас. : палладий 36 — 60; никель 20-47,5 и по крайней мере один из элементов: серебро
Π— 35; олово О 32; индий Π— 32; галлий 0-11, а также один или более элементов: золото
0-10; германий Π— 4,4; кремний Π— 2,9; элемент-раскислитель (литий) примерно 0,025.
Сплав хорошо смачивается и растекается, имеет высокую прочность и коррозионную стойкость при повышенных температурах, однако не обеспечивает герметичности, а в атмосфере особо чистого водорода и при сварке-пайке склонен к образованию несплошностей.
Наиболее близким к предлагаемому является палладиевый припой, предназначенный для зубопротезирования, содержащий, мас. : золото до 12; серебро до 12; никель
25-40, индий 0,3 — 3,0; алюминий до 2: палладий остальное, При этом рекомендуется соотношение () PdV — Ю (5,5 — 7,0):(3,0-4,5), Недостатками этого сплава являются нестабильность качества сварных или паяных разнородных соединений диффузионных элементов, которые, помимо случаев негерметичности в исходном состоянии, часто обнаруживают ее спустя непродолжительное время после эксплуатации в атмосфере особо чистого водорода, Цель изобретения — обеспечение герметичности и повышение термоциклической стойкости соединений при работе в атмосфере особо чистого водорода, Поставленная цель достигается дополнительным введением рутения в состав сплава, содержащего, мас. : никель 30 — 39; серебро 9-13; алюминий 0,05-0,15; рутений
0,2-0,8; палладий остальное. Кроме того, произведение процентного содержания алюминия и рутения составляет 0,03 — 0,06.
Предлагаемый присадочный материал. можно использовать при выполнении эксплуатируемых в атмосфере особо чистого . водорода разнородных соединений сплавов палладия со сплавами на основе железа или никеля.
Содержание никеля и серебра в сплаве ограничено соответственно до 30 — 39, и до
9-13 по следующим причинам: во-первых, это обеспечивает температуру плавления присадочного материала 1200 С, что на
200-270 С ниже температур плавления соединяемых разнородных материалов; во вторых, при таких ограничениях присадоч40 нивали в процессе их сварки-пайки микроплазменной дугой на токе 3 — 5 А в атмосфере
Аг+5; Н2.
В табл. 3 приведены свойства сравнива° емых материалов: растекаемость и смачива45 емость сплавов (качественно), пористость получаемого соединения и число термоциклов в атмосфере особо чистого водорода до по;ери герметичности соединения. Последние испытания проводили в кварцевой тру50
5
35 ный материал обладает хорошей жидкотекучестью, хорошо смачивает соединяемые материалы, дает пластичные швы (соединения), мало подверженные пористости, влиянию температуры и давлению водородосодержащей газовой среды.
8 табл. 1 приведены данные по твердости НВ и температурному коэффициенту электросопротивления а для палладиевых сплавов с различным. содержанием никеля и серебра. Эти данные дают информацию о пластичности и температурной стабильности сравниваемых сплавов.
Как видно, при рекомендуемых пределах содержания Nt u Ag сплав обладаетумеренной твердостью (71-94,1 кгlмм ) при невысоком (19,76 — 24,30 10 ) температурном коэффициенте электросопротивления.
Рутений введен в сплав для измельчения структуры и повышения прочности в условиях знакопеременных нагрузок, связанных с термоциклированием, в том числе в атмосфере особо чистого водорода. Поскольку алюминий как модификатор исполняет аналогичные функции, его содержание должно согласовываться с содержанием рутения, Эксперименты показали, что алюминий сильно ухудшает смачиваемость и жидкотекучесть сплава, поэтому содержание алюминия ограничивают до 0,15 . Содержание алюминия следует уменьшить при увеличении содержания в присадочном материале рутения, Их процентное произведение равно 0,03 — 0,06.
Химический состав опытных присадочных материалов и сплава-прототипа приведен в табл. 2.
Служебные свойства материалов оцебе, наполненной водородом при Р=0,2 МПа.
На эту трубу надвигали электрический муфельный нагреватель, вызывая разогрев испытуемого разнородного соединения, представляющего собой телескопическое соединение коваровой трубки из палладиеврго сплава типа В1, сварка-пайка которых была осуществлена каждым из испытуемых материалов. Диаметр этих трубок составлял около 4 мм при толщине стенки 0,5 мм. При испытаниях время одного термоцикла со1719181 ставляло около 20 мин. Как видно, наихудшие показатели имеет сплав — 6 (прототип). Сравнительно невысокая термоциклическэя стойкость — у сплавов
ММ 8, 9 и 7. Это связано с тем, что для них не выполняется зависимость % AI х %
Ru=0,03-0,06. Это произведение составляло 0,07 у сплава М 7,0,02 у сплава hb 8 и 0,02 у сплава Q 9.
Таким образом, предложенный присадочный материал имеет повышенную термостойкость в водороде при сохранении герметичности.
Формула изобретения
1. Присадочный материал для сварки и пайки сплавов палладия со сплавами на осТаблица 1
Таблица 2
Таблица 3
Пористость соединения
Смачиваем ость
Количество термоциклов в
Н2 до по тери герметичности
Растекаемость
Сплав, N- на железе палладия железа на палладии
Отсутствует
Незначительная
То же
Отсутствует
Незначительная
Значительная
3атрудн.
Хорошая
То же
3атрудн.
То же
77
92
Хорошая
То же
Затрудненная
Хорошая
То же
Хорошая
То же
Затрудненная
То же
Отсутствует
- Значительная
То же
30 .
Хорошая
То же
Хорошая
То же.
2
4
6(про- тотип)
8
9 нове железа или никеля, содержащий никель, серебро, алюминий и палладий, . о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения герметичности и повышения термо5 ц клической стойкости соединений при работе в атмосфере особо чистого водорода, он дополнительно содержит рутений при следующем соотношении компонентов, мас %
10 Никель 30-39
Серебро 9-.13
Алюминий 0,05-0,15
Рутений 0,2-0,8
Палладий Остальное
15 2. Материал по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что произведение процентного содержания алюминия и рутения составляет
0,03 — 0,06.
