Контактно реактивной

Наибольшее применение получили капиллярная пайка и пайка-сварка. Диффузионная и контактно-реактивная пайки более трудоемки, но обеспечивают высокое качество соединения.

Существуют след, виды П.: 1) бескапиллярная, при к-рой припой полностью расплавляется и взаимодействует с паяемым материалом без участия капиллярных сил; 2) капиллярная, при к-рой припой полностью расплавляется и взаимодействует с паяемым материалом с участием капиллярных сил; 3) металлокерамическая, при к-рой припой в виде смеси порошков, частично расплавляемый при пайке, взаимодействует с паяемым материалом в процессе кристаллизации и путем спекания. Металлокерамич. П. применяется гл. обр., когда имеются широкие зазоры или невозможна точная подгонка паяемых деталей; 4) контактно-реактивная, при к-рой жидкая фаза образуется по месту соприкосновения паяемых деталей в результате контактно-реактивного плавления; 5) диффузионная пайка, при к-рой затвердевание шва происходит выше темп-ры солидуса припоя. Применяется гл. обр. капиллярная П. Технологич. особенности П., а также, как правило, меньшая прочность припоев по сравнению с осн. материалом обусловливают конструктивные особенности паяных соединений. Чаще всего соединения производятся внахлестку и значительно реже — в стык.

Медь и медные сплавы интенсивно растворяются в жидких серебряных, медно-фосфористых припоях, а медпопикелевые сплавы — в жидкой меди, вследствие чего пайка ведется быстро, во избежание перегрева припоя. Сплавы меди с никелем (особенно с 10% Ni) или с кремнием, а также латуни склонны к хрупкому разрушению в контакте с жидкими легкоплавкими припоями, поэтому их паяют только в отожженном состоянии. Контактно-реактивная пайка меди возможна после нанесения на соединяемые поверхности слоя серебра (5—15 мк).

обладающими хар-ками, близкими к аналогичным хар-кам стали или образующими в процессе пайки швы с требуемыми свойствами (напр., при диффузионной пайке в результате перераспределения легирующих элементов между сталью и припоем или при испарении элементов из припоя с высоким давлением пара). Соединения из ферритной нержавеющей стали, паяемой стандартными серебряными припоями, подвержены щелевой коррозии. Поэтому пайку этой стали производят серебряными припоями, дополнительно легированными никелем (2—2,5%), образующим тонкий слой между паяемым материалом и швом, предотвращающий развитие коррозионных разрушений. Пайка графитизи-рованной стали, а также чугуна производится с предварит, удалением графита химич. способом или выжиганием. Паяемые соединения из стали в основном создаются методами капиллярной пайки; контактно-реактивная пайка стали практически не применяется. Пайко-сварка используется гл. обр. при изготовлении крупногабаритных изделий, в частности из чугуна.

(В. С. Новосадов) . . 43 Капиллярная пайка ... 43 Контактно-реактивная пайка ........... 46

Контактно-реактивная пайка

Контактно-реактивная пайка

Контактно-реактивная пайка

3. Контактно-реактивная пайка магниевых сплавов. Соединение деталей этим методом осуществляют с применением промежуточных прокладок металлов-припоев, образующих эвтектики с магнием. В качестве припоев

Разновидностью этого метода пайки является контактно-реактивная пайка сопротивлением с удалением жидкой фазы. Этим методом соединяют изделия встык. Продолжительность нагрева составляет доли секунды (например, для детали диаметром 10 мм время нагрева при пайке 0,45 с). Этот метод обеспечивает получение высокопрочных соединений, сохранение чистоты соединяемых поверхностей и в значительной степени свойств основного металла.

Кремний Золото (контактно» реактивная пайка) 420 - <=» Интегральные схемш

Рис, 5 52, Схема контактно-реактивной пайки:

При контактно-реактивной пайке между соединяемыми металлами или соединяемыми металлами и прослойкой промежуточного металла в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристаллизации образует паяное соединение (рис. 5.52).

Пайкой изготовляют не только отдельные детали, но и сложные крупногабаритные узлы. Методами высокотемпературной пайки (капиллярной, диффузионной, контактно-реактивной, металлокерамичеекой) получают неразъемные соединения со свойствами, близкими к свойствам основных материалов, и прочностью, превышающей прочность сварных соединений.

Пайку, при которой припой образуется в результате контактного плавления соединяемых металлов, промежуточных покрытий или прокладок, называют контактно-реактивной пайкой. Контактное плавление, являющееся фазовым переходом первого рода (изменение термодинамического состояния сопровождается конечным тепловым эффектом п изменением структуры), наблюдается у материалов, образующих эвтектики или имеющих минимум на диаграмме плавкости. Процесс контактного плавления состоит из двух основных стадий: 1) подготовительной, заключающейся в образовании в зоне твердых растворов устойчивых зародышей жидкой фазы, их последующего диффузионного роста и слияния в тонкую пленку; 2) собственно контактного плавления — движения межфазных границ, определяемого чисто диффузионным механизмом. Подготовительная стадия определяется в основном граничной кинетикой и включает в себя процессы взаимодействия в твердой фазе на активных центрах (образование химической, в частности, металлической связи) и последующий процесс взаимной диффузии в зоне мостиков схватывания. Таким образом, на отдельных локальных участках зоны контакта образуется диффузионная зона шириной X*, подчиняющаяся законам граничной кинетики. Из уравнения X* — = D1/(pco) при следующих значениях констант: р1 = I0ls см 2 c~l, DJ = = 10 8 см2/с (при Т < 7\гл),ш = = 10~23 см3 X* ян 1 • 10~3 мм. Жидкая фаза в диффузионной зоне может возникнуть вследствие распада твердого раствора, образовавшегося в процессе диффузии и при некотором понижении температуры оказавшегося перенасыщенным. Детально этот процесс не исследован ни экспериментально, ни теоретически. В работе [5] введены понятие так называемого кванта плавления размером 3-Ю 3 мкм и время кинетической стадии для системы Bi—Sn составляет 10 Зс. Однако видимые признаки плавления в этой системе обнаруживаются только через 0,5 с.

Эффективным способом снижения скорости контактного плавления и количества жидкой фазы является использование буферных промежуточных прослоек из неактивного металла. При контактно-реактивной пайке сплавов на основе алюминия серебро в-виде прокладок или покритий тоящииой 0,05—Ю,12 мм помещается.-

паяемыми деталями, которые сжимают силой 7—35 МН/м2. После этого узел нагревают до 560 °С. Предел прочности паяных соединений составляет 206 МПа. Покрытие из серебра было использовано и при пайке алюминиевого сплава 6061-Т6 (США) сотовых панелей обшивки и узлов космического корабля «Аполлон». При пайке сплава АМгб в парах магния были получены прочные, коррозионно-стойкие соединения при использовании как серебряных, так и медных покрытий. Эффективно применение серебряных покрытий при пайке меди и ее сплавов со сталями и т. д. Использование скоростного нагрева электроконтактным способом обеспечивает качественную пайку меди на воздухе без флюса и защитных сред. Нанесение тонких покрытий серебра (1,5—6 мкм) на латунные детали с последующим нагревом до 700 °С в печи с применением флюса снижает содержание в шве хрупкой эвтектики Ag—Си— Zn и резко уменьшает его пористость, сбусловленную высоким давлением паров цинка. При пайке титана и его сплавов в основном используют медные и никелевые покрытия. Причем наилучшие результаты были получены при сочетании контактно-реактивной пайки с диффузионной, в процессе которой происходит коагуляция интер-металлидов (Ti2Ni, Cu3Ti, Cu3Ti2) и снижение их содержания в шве, приводя к возрастанию механических свойств соединения. При пайке титана со сталью образующаяся жидкая фаза эвтектического состава после кристаллизации обеспечивает получение соединений с достаточно стабильными механическими свойствами. Прочность шва ниже, чем прочность титана. Равнопрочные соединения могут РЫТЬ получены за счет увеличения контактирующих поверхностей. Например, конусное соединение труб позволяет соединять жаропрочные и тугоплавкие материалы при относительно низких температурах и получать швы с высокой температурой вторичного расплавления. При пайке деталей из вольфрама припоем системы Pt—В, имеющим температуру плавления 860 °С, за счет растворения вольфрама в припое при кристаллиза-

Для соединений графитовых электродов со стальными штангами применяют контактно-реактивную пайку, что позволяет уменьшить величину «огарка» электрода, повысить электропроводность зоны перехода и удешевить способ соединения. Глубина проникновения расплава припоя в поры графита и предел прочности паяного соединения при разрыве зависят от давления сжатия (рис. 2). Оптимальная температура контактно-реактивной пайки составляет 1150—1200 °С в атмосфере защитных газов или на воздухе. Использование флюсов не обязательно, так как восстановление окислов стали осуществляется углеродом графита.

При контактно-реактивной пайке сплавов железа с графитом происходит диффузия активных карбидообразу-ющнх компонентов сплава в зону спаев с образованием пограничных слоев, обогащенных карбидами этих элементов.

Оптимальный режим контактно-реактивной пайки графита плотностью 1,6—1,9 г/см3 с низкоуглеродистой сталью следующий: нагрев со скоростью более 100°С/мин до 1150— 1200 °С, выдержка при этой температуре 1—2 мин, охлаждение в печи или

Составы припоев, режимы пайки и свойства паяных соединений графита с металлами приведены в табл. 6. Характеристикой токоведущих конструкций является электропроводность зоны паяного соединения; в случае использования припоя состава (массовые доли), %: 80 Си, 10 Sn, 10 Ti. Электропроводность соединения примерно в 1,5 раза выше, чем при контактно-реактивной пайке.

Скорость охлаждения после пайки оказывает влияние на формирование первичной структуры шва, распределение компонентов, пористость, внутренние напряжения, возникновение горячих и холодных трещин в шве и околошовной зоне. На рис. 6 показано влияние скорости охлаждения на количество эвтектической составляющей в шве при контактно-реактивной пайке магния серебром. На основе приведенной зависимости можно назначать скорости охлаждения, при которых содержание хрупкой составляющей в шве минимально, добиться совмещения цикла пайки с термической обработкой паяного соединения.