Способ пайки изделий

 

Использование: пайка изделий из дисперсионно-твердеющих сплавов и стали в машиностроении, авиационной и космической технике. Сущность изобретения: способ пайки изделий включает нанесение покрытия, нагрев до температуры пайки осуществляют с изотермической выдержкой при температуре на 25 - 30^oC ниже температуры интенсивного испарения покрытия, дальнейший нагрев до температуры пайки проводят со скоростью не менее 20^oC/мин. Охлаждение также можно осуществлять ступенчато сначала до температуры 600 - 650^oC со скоростью 50 - 70^oC/мин, а дальнейшее охлаждение производится вместе с печью. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к области пайки изделий с нанесением на их поверхность защитного покрытия и может быть использовано в машиностроении, авиационной и космической технике.

Известен способ пайки изделий из сплавов, содержащих никель, кобальт, молибден, хром. Процесс пайки осуществляют с промежуточной выдержкой при нагреве под пайку при температуре 800^oC, а затем пайку при температуре 1000±20^oC. Охлаждение также ведется ступенчато, т.е. с промежуточной выдержкой при температуре ниже температуры пайки [1] В известном способе пайка изделий осуществляется без нанесенного на них покрытия, а выдержка перед температурой пайки осуществляется для выравнивания температуры паяемого изделия в процессе нагрева.

Известен способ пайки медных сплавов между собой и с другими материалами, при котором на медную поверхность наносят никелевое покрытие и выполняют пайку серебросодержащими припоями. Для повышения коррозионной стойкости паяных соединений на никелевое покрытие наносят слой рения и никеля, причем слой никеля наносят после припекания рениевого покрытия. Пайку осуществляют при температуре 830^oC в атмосфере водорода [2] Изделия, спаянные известным способом, не могут работать при повышенных температурах. Если повысить температуру пайки, тогда возникает опасность уменьшения толщины слоя защитного покрытия за счет испарения его материала с поверхности.

Задачей данного изобретения является получение паяных изделий с защитным покрытием, работающих в агрессивных средах при повышенных температурах, например при 750^oC.

Задача решена за счет того, что перед операцией пайки проводят изотермическую выдержку изделий при температуре выше температуры интенсивного испарения материала покрытия на 25 50^oC, а нагрев до температуры пайки осуществляют со скоростью не менее 20^oC/мин. Соблюдение указанных операций позволяет предотвратить испарение материала покрытия, ускорить диффузионные процессы, обеспечивая при этом получение прочного его сцепления с подложкой, а также совместить операции пайки изделий с их термической обработкой.

Охлаждение изделий можно также осуществлять ступенчато. До температуры 600 650^oC со скоростью 50 70^oC/мин, а дальнейшее охлаждение производят вместе с печью.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Изделия паяют в печи в атмосфере защитного газа. В качестве материала изделия могут быть использованы дисперсионно-твердеющие сплавы, например, на никелевой основе, стали и другие сплавы. Перед пайкой на изделие наносят слой защитного покрытия, например медного или никелевого заданной толщины. Нагрев в печи осуществляют до температуры ниже температуры интенсивного испарения материала покрытия на 25 50^oC. Нагревать ниже этой температуры нецелесообразно, поскольку интенсивность диффузионного процесса с понижением температуры падает. Далее проводят выдержку при этой температуре и ускоренный нагрев (не менее 20^oC/мин) до температуры пайки. Последний необходим для уменьшения испарения материала покрытия. По завершении процесса пайки выполняют охлаждение изделий.

Примеры осуществления предложенного способа.

1. На собранную конструкцию изделия (сильфон с арматурой из дисперсионно-твердеющего сплава на Ni-Cr основе) наносили защитное покрытие из меди или ее сплавов толщиной 20 25 мм. Припой меднопалладиевый сплав марки ППД. Конструкцию нагревали в застойной атмосфере аргона в вакуумной печи. В процессе нагрева выполняли выдержку при температуре 800±25^oC, что на 50^oC ниже температуры интенсивного испарения медного покрытия. Время выдержки 2 часа. Далее нагревали изделие до температуры пайки со скоростью 20^oC/мин, что позволило резко уменьшить испарение материала покрытия. Температура пайки составляла 1020±5^oC, время выдержки 5 мин.

После завершения процесса пайки проводили ускоренное охлаждение спаянного изделия потоком аргона до температуры 600 650^oC конца фазовых превращений. При этих температурах сплав представляет собой однофазный раствор с высокой пластичностью. Скорость охлаждения составляет 50 70^oC/мин. Скорость охлаждения менее 50^oC/мин не позволяет достичь указанного эффекта. Время охлаждения 5 10 мин. Далее прекращали подачу аргона и дальнейшее охлаждение осуществляли с печью. Данное ступенчатое охлаждение позволило значительно повысить пластичность сплава.

2. На собранную конструкцию из сплава на никелево-хромовой основе наносили никелевое защитное покрытие толщиной 20 25 мкм. Для выполнения пайки использовали припой марки ПЖК 35. Температура пайки этим припоем 1220±10^oC.

Процесс пайки осуществляется в высоковакуумной печи СГВ-2 вакуум 10^-4 мм рт. ст. Вследствие этого испарения элементов происходит при более низких температурах. На практике было замечено, что заметное испарение никеля начинается при температуре около 900^oC. Поэтому для температуры выдержки при нагреве под пайку была взята температура на 50^oC меньше, что соответствует Т 850^oC. Далее нагревали изделие до температуры пайки со скоростью 20^oC/мин, что позволяет уменьшить испарение материала покрытия. Время выдержки при Т пайки 1200±10^oC 5 мин.

После завершения процесса пайки проводили ускоренное охлаждение паяного узла потоком аргона до Т 600 650^oC конца фазовых превращений в сплаве. Скорость охлаждения 50 70^oC/мин, время охлаждения 5-10 мин. Данное ступенчатое охлаждение позволяет значительно повысить пластичность сплава.

3. Изделие может быть изготовлено из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. На собранную конструкцию изделия наносили защитное покрытие из меди толщиной 20 - 25 мкм. Для осуществления пайки применяли меднопалладиевый припой ППД, температура пайки этим припоем Т пайки 1020±5^oC, время выдержки 5 мин.

Процесс осуществлялся в высоковакуумной печи СГВ-2 вакуум 10^-4 мм. рт. ст. В процессе нагрева под пайку выполняли выдержку для обеспечения прочного сцепления покрытия с основным металлом при температуре 825±5^oC, время выдержки 2 часа.

Как было замечено на практике, при ведении процесса в высоком вакууме заметное испарение медного покрытия происходило при температуре около 850^oC. Поэтому температура выдержки была взята на 25^oC ниже. Далее нагревали изделие до температуры пайки со скоростью 20^oC/мин, что позволило уменьшить испарение материала покрытия. Далее осуществляли выдержку при температуре пайки.

После завершения процесса пайки проводили ускоренное охлаждение спаянного узла потоком аргона до температуры 600 650^oC. Скорость охлаждения 50 - 70^oC/мин, время охлаждения 5 10 мин. Далее прекращали подачу аргона и продолжали охлаждение с печью.

Ускоренное охлаждение выполняли с целью уменьшения пребывания изделия при температуре интенсивного испарения материала покрытия.

Металлографические исследования спаянного узла показали, что толщина медного защитного покрытия практически оставалась неизменной. На границе медное покрытие основной металл наблюдалось диффузионное проникновение меди в основной металл, что подтверждает высокие адгезионные свойства покрытия.

Технический результат изобретения сохранение толщины слоя покрытия, улучшение адгезионной прочности изделий, а также сокращение длительности технологического процесса.

Формула изобретения

1. Способ пайки изделий, включающий нанесение покрытия, размещение высокотемпературного припоя в зоне соединения, нагрев до температуры пайки, выдержку при этой температуре с последующим охлаждением, отличающийся тем, что в процессе нагрева до температуры пайки осуществляют изотермическую выдержку при температуре на 25 50°С ниже температуры интенсивного испарения покрытия, дальнейший нагрев до температуры пайки проводят со скоростью не менее 20 с/мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют до температуры 600 650^oC со скоростью 50 70^oС/мин, а дальнейшее охлаждение производят вместе с печью.