Спосіб з'єднання металевих і/або металокерамічних виробів і паста для його здійснення

B23K103/16 - Пайка або розпаювання; зварювання; плакування або нанесення покриттів пайкою або зварюванням; різка шляхом місцевого нагріву, наприклад газополум'яна різання; обробка металу лазерним променем (виготовлення виробів з металевими покриттями екструдуванням металу B21C 23/22; нанесення облицювання або покриттів литтям B22D 19/08; лиття зануренням B22D 23/04; виготовлення складових шаруватих матеріалів шляхом спікання металевого порошку B22F 7/00; пристрої для копіювання та регулювання на металообробних верстатах B23Q; покриття металів або матеріалів металами, не віднесеними до інших класів C23C; пальника F23D)

 

Винахід відноситься до області хімічного машинобудування і може бути використане для дифузійного зварювання деталей з нікелю, заліза і кобальту при температурах набагато нижче температур плавлення зазначених металів. Спосіб включає ряд основних операцій: нанесення на сполучаються місця спеціальної пасти, сушку і прокалку на повітрі, при цьому паста твердне, міцно цементуючи вироби. Подальше відновлення цементного каменю пасти воднем до металу і власне дифузійна зварювання завершують процес. Паста складається з суміші порошків з'єднується металу та його оксиду, а також з сполучного у вигляді водного розчину фосфорнокислой солі амонію. При цьому порошкова складова береться з двох фракцій при наступному співвідношенні, про. %: метал великої фракції -0,125 + 0,1 мм - 65-75; оксид дрібної фракції 1,5 мм - 25-35 . Розчин фосфорнокислой солі амонію густиною 1,05-1,1 г/см3різної основності береться для реалізації бажаного часу схоплювання. В результаті з'являється можливість зварювати порожнисті, пористі, тонкі ажурні вироби як внахлестку, так і встик. 2 c. і 1 з.п. ф-ли.

Винахід відноситься до області хімічного машинобудування і мающих при високих температурах в неагресивно-окислювальних і окислювально-відновних середовищах.

Переважна сфера використання - у виробництві високотемпературних паливних елементів і хімічних джерел струму, зокрема при виробництві газодиффузионних електродів і їх монтажі в електродних блоках ТЕ або ХІТ. Може використовуватися в ювелірній справі та електроніці для зварювання тонкостінних і ажурних деталей, що допускають нагрівання до 700 - 800oC.

Відомий спосіб дифузійного зварювання, згідно з яким дифузійне зварювання відбувається при здавлюванні зачищених поверхонь однорідних або різнорідних металів без їх розплавлення за рахунок взаємного переміщення атомів, іонів, молекул, їх комплексів через зону розділу і звуження її до зникнення, що проводиться для прискорення при підвищених температурах (К.К.Хренов. Зварювання, різання і паяння металів. М.: 1973).

Відомий спосіб дифузійного зварювання, що відрізняє її від звичайних різновидів капілярної пайки тим, що затвердіння паянного шва відбувається за рахунок випаровування з нього плавнів, тобто підвищення тугоплавкости залишкового припою або навпаки дифузії в нього присадок, які здійснюються тим або іншим способом, що підвищують його тугоплавкість, а не за рахунок зниження температури після закінчення пайки.

Після затвердіння пр�ням тиску і збільшенням витримки в дифузійну зварювання. Важливою особливістю капілярної дифузійної пайки є відсутність потреби здавлювання, необхідного при дифузійного зварювання (Н.Ф.Лашко, С.В.Лашко. Дифузійна пайка кольорових металів та її можливості, Кольорові метали, 1964, N 8, с. 86 - 90).

Наведені тлумачення процесів дифузійного зварювання і пайки авторами 60 - 70 років отримали у авторів 80 років видозміни і уточнення. Аналіз матеріалів Всесоюзної конференції, проведеної в 1987 р. Московським Будинком науково-технічної пропаганди їм. Ф. Е. Дзержинського за дифузійного зварювання (МДНТП "Досягнення і перспективи розвитку дифузійного зварювання". - М.: 1987, стор 170) показав, що зникло поділ на дифузійну зварювання та пайку, а ці процеси поєднані як дифузійна зварювання.

Оскільки дифузійна зварювання різнорідних металів успішніше йде при утворенні твердих розчинів, а не інтерметалідів в зоні контакту, то застосовуються прокладки з одного, двох і більше металів, щоб отримати потрібні поєднання.

Температура дифузійного зварювання повинна бути 0,95 Т. пл., тиск - на межі повзучості основних металів, час витримки повинно обмежувати деформацію технічно допустимими межами, процес проводиться в хорошому вак� А.Г.Браун. Інтенсифікація процесу дифузійного зварювання шляхом застосування порошкових проміжних прокладок ("Автоматичне зварювання", 1982, N 10, стор 67 - 69), згідно з яким прокладка з нікелевого порошку ПНЭ-1 з розмірів частинок 70 мкм знижувала температуру дифузійного зварювання нікелевих компактних зразків приблизно на 250K.

Відомі паста для з'єднання металокерамічних виробів і спосіб її застосування (SU а.с. N 173417, B 23 K 2/16, 21.07.65).

В зазначеному способі для отримання міцного з'єднання металокерамічних виробів поверхні, за якими проводиться припекание, попередньо зачищають наждачним кругом і знежирюють, потім їх покривають рівним шаром пасти товщиною 2 - 3 мм, з'єднують і скріплюють струбциною, штоком. Сила притиснення повинна бути такою, щоб всі порожнечі і нерівності між припекаемими поверхнями заповнювалися пастою. Припекание виробляють при 1173 - 1273oC з витримкою 1 - 2 години в захисній атмосфері. Паста складається з карбонільних порошків металів, наприклад, заліза, з добавкою 5% за обсягом диаммонийгидрофосфата, замішаних на гліцерині, воді або спирті.

Однак цей спосіб і паста не дозволяють з'єднувати компактні деталі з компактними. Крім того, судячи з опису операцій виЕоединение тонкостінних і ажурних деталей, так як необхідна зачистка наждаковим колом і нанесення шару пасти 2 - 3 мм на обидві сполучаються поверхні.

Нарешті, з'єднуються деталі повинні сильно здавлюватися під час припекания, а температура припекания дуже велика, що неприпустимо для пористих газодиффузионних електродів і порожнистих деталей.

Винахід передбачає розширення можливостей способу і спрощення технології його виконання, а саме: створення способу з'єднання деталей з нікелю, кобальту і заліза, а також пасти для його здійснення, що дозволяють з'єднувати компактні деталі з компактними, масивні і/або ажурні деталі як внахлестку, так і встик.

Спосіб здійснюється наступним чином.

Деталі з нанесеною на сполучаються місця пастою сушать і прожарюють на повітрі, поступово підвищуючи температуру до 250 - 350oC, при цьому через змінених властивостей пасти, вона схоплюється, міцно цементуючи з'єднуються деталі. Операція припекания проходить через стадію відновлення при 500 - 700oC і безпосередньо через стадію дифузійного зварювання при 800 - 900oC, кожна з яких здійснюється протягом 1 години.

Для з'єднання використовують пасту, що складається з суміші порошків з'єднується металлЂавляющая береться з двох фракцій різного складу і крупності при наступному співвідношенні об.%: Метал великої фракції (-0,125+0,1 мм) - 65 - 75 Оксид металу дрібної фракції (1,5 мм) - 25 - 35 Таке співвідношення зумовлює відому закономірність в порошковій металургії; у цьому випадку більш великий жорсткий порошок утворює безусадочний скелет, а дрібний практично повністю заповнює його межчастичние зазори.

Порошок дрібної фракції береться у вигляді оксиду з'єднується металу, а в якості затворяющей рідини використовують водний розчин будь фосфорнокислой солі амонію густиною 1,05 - 1,1 г/см3. Так як триаммонийфосфат вже при слабкому нагріванні переходить в диаммонийгидрофосфат, який при 70 - 80oC переходить в моноаммонийгидрофосфат, а останній вище 200oC розкладається з утворенням конденсованих фосфатів амонію і конденсованих фосфорних кислот, взаємодія яких з оксидами металів дає клейку масу, кристаллизующуюся надалі, що і призводить незалежно від вихідної солі до затвердіння пасти.

Однак при використанні трехзамещенной солі охоплення при кімнатній температурі відбувається протягом кількох діб, двухзамещенной - декількох годин, однозамещенной - кількох хвилин, що зручно користуватися.

Спосіб застосовується для нікелю, заліза, кобальту і для його виконання�акція будь-якого з названих металів виготовляється пресуванням їх карбонільних порошків в брикети при питомому тиску 0,5 Т/см2, спіканням у водні при -750oC, дробленням брикетів і розсіюванням по фракціях. Порошок, який пройшов сито 0,125 мм і затриманий ситом 0,1 мм, йде для приготування пасти.

Дрібна фракція виготовляється мокрим помелом оксидів скріплюються металів NiO, CoO, Fe і Ni2O3, Co2O3, Fe2O3до середньої зернистості 0,15 мкм (Праці Інституту електрохімії УФАН СРСР, 1962, вип. 3, стор 179, Степанов Р. К. , Клєвцов Л.П. "Визначення питомої поверхні та середнього діаметру частинок порошків в сталому режимі фільтрації газу"). Якщо однаковість металів шва дифузійно зварюваних металів не має значення, то можна нікелевим присадним матеріалом дифузійно зварювати всі охоплюються способом метали.

Необхідну кількість суміші великої та дрібної фракції розчиняється водним розчином тієї чи іншої фосфорнокислой солі зазначеної щільності до отримання пасти або густої фарби консистенції (в залежності від масивності деталей та виду сполучення), які наносяться на скріплюються внахлестку або встик деталі.

Зважаючи цементно-подібного схоплювання паст з нікелевих, кобальтових або залізних інгредієнтів після сушіння та прокалки на повітрі при 250 - 350оолнительной фіксації, а саме: відновлення залишкових оксидів в проточному водні протягом години при температурі 500 - 600oC, потім стільки ж при 700 - 800oC (нікель, кобальт) і 900oC (залізо) для протікання власне процесу дифузійного зварювання.

Приклад 1.

Для з'єднання компактних або компактних і пористих або пористих і пористих нікелевих деталей береться 70% насипному обсягом порошку нікелю фракції (-0,125 + 0,1) мм та 30% насипному обсягом закису нікелю мокрого помелу у дистильованій воді до середньої зернистості 0,15 мм і зачиняється розчином фосфорнокислого амонію, наприклад диаммонийгидрофосфата густиною 1,1 г/см3.

Підлягають з'єднанню деталі чистять і знежирюються будь-яким з підходящих для них способів, поміщаються на підкладку і тимчасово фіксуються в потрібному положенні, потім шпателем або кистю наноситься на сполучаються поверхні або шви паста у вигляді шару (внахлестку) або валика (стик) товщиною 0,5 - 1 мм

Після нанесення на шви необхідної ширини і товщини валиків (товщина в залежності від розмірів з'єднувальних деталей може бути більше і менше зазначеного інтервалу), візуальної перевірки та усунення дефектів, деталі на підкладці надходять на сушіння спочатку до я видалення кристалізаційної води.

Після прокалювання зцементовані деталі відновлюються в проточному водні при приблизно 600oC протягом години, потім температура підвищується до приблизно 800oC і ще протягом години проводиться власне дифузійна зварювання. Підвищення температури проводиться поступово, при цьому відбувається відновлення воднем залишкових оксидів металів цементного каменю, йде спікання і усадка металлизованного валика і відновлення фосфорнокислих солей нікелю до металу і фосфору, який легко переганяється і несеться воднем, почасти сплавляючись з нікелем (<4 мас.%). Валик шва дифузійного зварювання виходить мікропористий, що для газодиффузионних електродів сприяє эквипотенциальности на поверхні.

Однак легко можна модернізувати know-how спосіб, щоб отримати дзеркально оплавлений герметичний шов.

Приклад 2.

Для з'єднання пористих, пористих і компактних або компактних залізних деталей береться 75% насипному обсягом залізного порошку фракції (-0,125 + 0,1 м) і 25% за насипному обсягом окису заліза мокрого розмелювання в дистллированной воді фракції 0,15 мкм і зачиняються розчином однозаміщеного фосфорнокислого амонію густиною 1,1 г/см3.

Поданипуляций поміщаються на підкладку, тимчасово скріплюються в потрібному положенні і на сполучаються місця шпателем або кистю наноситься шар (внахлестку) або валик (стик) пасти відповідної консистенції. Після візуальної перевірки та усунення исправимого шлюбу деталі піддаються сушці з повільним підйомом температури спочатку до 120oC, а потім прокалке з поступовим підвищенням температури до 350oC. Після прокалювання міцність цементного каменю сильно зростає, наприклад у випадку кристалізації аморфного FePO4при доведенні температури прокалки до 700oC, руйнівне напруження при стиску цементного каменю на основі закису заліза досягає 80 МН/м2. Тому годинну металізацію цементного каменю в проточному водні при 700oC і припекание (дифузійну зварювання) протягом години при 900oC вдається проводити без яких-небудь додаткових скріплень.

Відновлення фосфорнокислого заліза аналогічно нікелю йде до металу і фосфору, який в основному випаровується. Матеріал шва і валика мікропористий, його усадка, як і усадка цементного каменю на стадії схоплювання, не більше 1,5%.

Можна (аналогічно нікелю) модифікацією know-how отримати герметичний, дзеркально оплавлений шов.

Использованиеение асортименту деталей, що з'єднуються, так як можна з'єднувати пористі, компактні і пористі, компактні і компактні як грубі масивні, так і ювелірні, тонкі, ажурні і порожнисті вироби як в напустку, так і встик; - зниження температури припекания на 100 - 120oC, можливість з'єднання тонких, ювелірних, ажурних і порожнистих виробів, оскільки не потрібно тиск на валики швів ззовні, а воно розвивається у самому шві або валику за рахунок схоплювання і ущільнення паст (руйнівний тиск на стиск досягається 25 МН/м2- цемент на основі NiO, і 80 МН/м2на основі FeO, на основі CoO 4,8 МН/м2але для відриву від сталі); - високі міцнісні властивості цементів, що утворюються з відповідних паст після прокалювання дозволяють подальше припекание деталей і виробів у водневій печі проводити нескрепленними.

Формула винаходу

1. Спосіб з'єднання металевих і/або металокерамічних виробів з нікелю, кобальту, заліза, який відрізняється тим, що сполучаються поверхні спочатку очищають, наносять на них пасту, що складається з суміші порошків з'єднується металу та його оксиду, а також з фосфатного сполучного, після чого виріб просушують, прожарюють на повітрі при 250 - 350oЗ, а потім восстествляют в потоці водню і кожну протягом години.

2. Паста для з'єднання металевих і/або металокерамічних виробів з нікелю, кобальту, заліза, відрізняється тим, що вона складається із суміші порошків з'єднується металу та його оксиду, а також з сполучного у вигляді водного розчину фосфорнокислой солі амонію, при цьому суміш порошків складається з двох фракцій у наступному співвідношенні, мас.%: метал великої фракції -0,125 + 0,1 мм - 65 - 75; оксид металу дрібної фракції 1,5 мм - 25 - 35.

3. Паста по п. 2, яка відрізняється тим, що водний розчин фосфорнокислой солі амонію має різну основність і щільність 1,05 - 1,1 г/см3.

 

Схожі патенти:

Спосіб з'єднання деталей з різнорідних матеріалів

Винахід відноситься до способів з'єднання труб з різнорідних матеріалів і може бути використане при з'єднанні труб, виконаних з матеріалів, які не можуть бути з'єднані між собою за допомогою зварювання або сполучних елементів, зокрема в энегргитическом і хімічної машинобудуванні

Спосіб дифузійного зварювання різнорідних матеріалів

Винахід відноситься до дифузійного зварювання різнорідних матеріалів, зокрема до зварювання молібдену зі сплавами на основі нікелю, заліза або кобальту, і може бути використано в авіаційній та інших галузях промисловості

Спосіб дифузійного зварювання алюмінієвих сплавів через проміжну прокладку

Винахід відноситься до технології дифузійного зварювання і може бути використане при виготовленні високоефективних компактних теплообмінних апаратів, наприклад, матричних, для різних галузей машинобудування і теплоенергетики

Спосіб дифузійного зварювання

Винахід відноситься до зварювання в твердій фазі, може знайти застосування при виготовленні елементів ВМД, працюючих в умовах високих статичних і втомних навантажень

Спосіб зварювання тиском

Винахід відноситься до зварювання тиском переважно деталей із відрізняється формою поперечного перерізу і може бути використане в різних галузях машинобудування

Спосіб дифузійного зварювання

Винахід відноситься до зварювання тиском , зокрема до дифузійного зварювання безвольфрамових твердих сплавів зі сталями , і може бути використане для виробництва інструменту, швидкозношуваних деталей типу волок, фільєр, торцевих ущільнень та ін

Спосіб нагріву виробів, переважно радіаторів системи охолодження двигунів внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до області нагріву у високочастотному полі індуктора виробів, наприклад радіаторів системи охолодження двигунів внутрішнього згоряння, під пайку
Up!