автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Исследования и разработка технологии низкотемпературной диффузионной сварки с использованием промежуточных прокладок из ультрадисперсных металлических порошков

РАЫЕНСКОЕ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ SOPO МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им.К.3.ЦИОЛКОВСКОГО

На правах рукописи

ДЛЯ СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ Зкз.ЗЕ е?-^

Лшинский Анатолий Владимирович

УДК.621.791.011:621.762.01

ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРОКЛАДОК ИЗ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Специальности: 0.5.03.06 - Технология и машины сварочного производства 05.16.06 - Порошковая металлургия и композиционные материалы

АВТОРЕФЕРАТ даССЕРГАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Раиенское-Москва 1995

Работа выполнена в Раменскоы приборостроительном

конструкторском бюро (РПКБ)

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ш0РШ0Р0В М.Х.;

доктор технических наук, профессор АЛЕХИН В П ;

доктор технических наук, профессор МУСИН Р К.;!

Ведущее предприятие: ПО РПЗ

Защита состоится ^ЛЛХх Л. 1995г. на заседании

диссертационного . Совета ДР 063.39.01 при Московском Государственном авиационном технологическом университете им.К.Э.Ци олковского по адресу: 103767 г.Москва К-31, Петровка,27.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАТУ им.К.Э.Циолковского.

Желащие присутствовать на защите должны заблаговременн известить Совет письмами заинтересованных предприятий и органи заций на имя председателя Совета.

Телефон для справок: 200-07-61.

Автореферат разослан "Д/" ОЛь/^М 1995г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

ДР.063.39.01 доктор технических наук,

профессор _ ' ЪЬ^ А.А.Чакалев

-I-

Ьбщя ХАРАКТЕРИСТИК ■ РАБОТЫ.

Актуальность темы. Развитие современного приборостроения неразрывно связано с повышением качества и надежности приборов различного назначения. Эти приборы представляют собой сложные конструкции с большим числом прецизионных соединений разнородных материалов. От того, насколько правильно выбраны технологии сборки и соединения элементов'Конструкции между собой, зависят качество» стабильность работы и сроки-эксплуатации приборов. Особенно это актуально для тех изделий, которые работают в жестких условиях промышленной эксплуатации,.испытывая динамические.и . статические нагрузки при термопереиадах, влияние атмосферы с.повышенным содержанием влаги или органических и неорганических:примесей, наличие радиоактивного излучения-и т.д.

Диффузионная сварка обеспечивает получение 'прецизионных соединений сборочных единиц из разнородных материалов в единый рабочий узел, отвечающий самым высоким требованиям в части рав-нопрочности, вакууяплотности, устойчивости к термоциклам и т.д. В большинстве случаев наличие высоких температур и сжимающих усилий приводит к ухудшению исходных свойств материалов, что, в конечном итоге, ухудшает и рабочие характеристики приборов. Потому обеспечение'"высокой механической прочности соединений с одновременным исключением мякропластической деформации свариваемых материалов и сохранением исходным электрофизических сво"ста является актуальной задачей. Перспективным направлением ее решения является применение при диффузионной сварке промежуточных прокладок на основе ультрадисперсных порошков (¿'ДШ металлов и их смесей.

Особое значение в реализации такого технологического.процесса отводится технологии получения ультрадисперсных металлических систем, обладающих высокой активность» при термодеформа-

-2" ционном воздействии на них за счет минимального размера частиц порошка и максимальной развитости-свободной'поверхности. Важным

показателем- технологичности процесса сварки также являе хп вид и

(

способ нанесения промежуточной- прокладки на свариваемые поверхности: свободно несыпанный. УДЛ,. заранее спрессованный образец с последующим предварительным перед сваркой отжигом или без него, прокатанная пориста* лента и др.

Необходимость решения важных задач в различных отраслях промышленности,, снижения трудоемкости изготовления и повышения качества изделий различного назначения делает весьма актуальными вопросы' разработки низкотемпературной диффузионной сварки с использование» высокоактивных промежуточных прокладок.

Це£ь_работн: разработать научные основа применения смесей УДП в качестве промежуточных прокладок* обеспечивающих снижение . температура процесса, при диффузионной сварке разнородных материалов с одновременным исследованием особенностей получения высокоактивных металлических порошков и пористых лент из них.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: .'

- исследовать кинетику формирования соединений при низкотемпературной диффузионной сварке через двухкомпонёнтные прокладки с учетом. процессов, происходящих на границе промежуточная прокладка-основной материал и в прокладке в процессе ее спекания;

- исследовать особенности термического разложения двойных смесей формиатов никеля, меди и кобальта различного состава и определить оптимальные параметры ре*.шов получения смесей УДП с высокой развитостью поверхности;

- изучить особенности прокатки смесей УДП в пористые ленты с сохранением высокой развитости поверхности порошковых смесей;

- разработг ть и внедрить в производство технологии получения

■ -з- "

,войных смесей УДП, пористых лент на их основе и диффузионной :варки через порошковые пористые ленты при изготовлении преци-|ионных изделий различного назначения.

Научная новизна. Вопросы комплексного исследования к полугения высокоактивных УДП металлов, пористых лент из них для обра-юванйя сварных соединений через такие промежуточные прокладки федставляют новее направление в технологии диффузионной сварки !атериалов, что и определяет научную новизну работы.

Установлено, что перспективным способом интенсификации троцееса диффузионной сварки с обеспечением снижения температуры 1роцесса является использование в качества промажуточных прокла-юк даухкомпонентных смесей УДП металлов, получаемых терыичэс-т) разложением механических смесей формиатов этих металлов. В • условиях заданного снижения температуры нагрева деталей нехватка геплоты восполняется за счет поверхностной энергии, накопленной в порошковой прокладке за счет повышения дисперсности частиц и увеличения их удельной поверхности.

Показано, что максимальная механическая прочность сварных соединений разнородных материалов достигается с использованием механических смесей УДП металлов при соотношении компонентов смеси, соответствующем их максимальной взаимной диффузии.

Установлено, что дисперсность порошковых смесей, их удельная поверхность связаны главным образом с технологией производства порошков. В работе показано, что процесс получения УДП металлов и их смесей, обладающих высокой дисперсностью и развитой поверхностью^ необходимо проводить в динамическом режиме термического разложения формиатов металлов и их механических смесей в условиях:

- циклического изменения температуры разложения в интервале "температура пиролиза - две температуры пиролиза" (Тпи_+2Тпкр),

причем скорость охлаждения превышает скорости нагрева, обеспечивая тем самым разрыхление и дробление металлической фазы за счет возникновения дополнительных внутренних напряжений; - постоянного движения и перемешивания формиатов и образующей* ся металлической фазы при нагрева, пиролизе и охлаждении^ исключающим образование конгломератов.

Показано, что промежуточные прокладки из УДП в процесса сварки целесообразно применять в виде прокатанных лент, облада-щих строго определенными значениями толщины, пористости и шероховатости поверхности. Оптимальные соотношения между этими параметрами обеспечивают интенсивное протекание процессов объемной усадки и переноса массы в промежуточной прокладке, выхода дислокаций и вакансий в зону контакта, что, в конечном итоге, приводит к активации, схватыванию и объемному взаимодействии свариваемых поверхностей.

Установлено, что использование высокоактивных УДП при диффузионной сварке обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик, надежность и придание специальных свойств сварно» «у соединении при одновременном снижений параметров режима диффузионной сварки- температуры, сварочного давления и времени.

Практическая целость и реализация результатов. На оснований выполненного комплекса теоретических и экспериментальных работ создан рдд новых технологических процессов, обеспечивающих получение продукции более высокого качества, надежности, / •

стабильности, а'именно: г

- технологический процесс получения неразъемных соединений раак нородных материалов низкотемпературной диффузионной сваркой с использованием промежуточных прокладок с целью снижения венозных параметров - температуры, сварочного давления к времени;

- технологический процесс получения гомогенных смесей УДП нике

меди, кобальта различного состава термическим разложением свои1» ветствующих смесей формиатов;

- технологический процесс получения пористых порошковых лену е заданными значениями тождены, пористости, шероховатости поверхности при одновременном сохранении высокой активности прокапываемых УДП.

Разработаны оборудование и универсальные многопозиционн-нш устройства для диффузионной сварки конкретных деталей .и сборочных единиц приборов, а также устройства для термического разложения формиатов металлов и получения гомогенных смесей.

Полученные результаты легли в основу технологических процессов, внедренных в серийное производство прецизионных приборов на ряде предприятий авиационной промышленности. В отрасли действует ОСТ 180445-90 "Низкотемпературная диффузионная сварка, магнитных систем и сборочных единиц приборов с применением промежуточных прокладок. ШТ.

Проведена опытно-промышленная апробация раз; гботанных методик и технологий на изделиях атомной, электротехнической, нефтяной и автомобильной отраслей--промышленности.

Внедрение результатов данных исследований позволило снизить трудоемкости изготовления конкретных изделий, упростить конструкции, повысить коэффициент использования материалов, стабильность и надежность работы, эксплуатационные характеристики узлов и деталей приборов.

В диссертации обобщены результата работ, проводимых автором с 1975г. по настоящее время и посвященных исследованию, разработке и внедрению процессов диффузионной сварки разнородных материалов через промежуточные прокладки на основе УДП металлов и их смесей, а также процессов получения высокоактивных энергонасыщенных порошков металлов и пористых лент из них.

Апробадия -работа. По теме диссертации опубликовано 95 ра бот, в том числе I учебное пособие и 42 изобретения.Основные ре эультаты диссертационной работа докладывались и обсуздались на конференциях, коллоквиумах, симпозиумах и семинарах: П Европейский симпозиум по материалам и процессам, Финляндия,1991; "Высо котехнологичные соединения", Англия, 1991; "Низко- и высокотемш ратурная пайка и диффузионная сварка", Германия, 1992; "Нов® технологии России" в Корее,1993; в Норвегии,1994; в ЮАР, 1994, Германии, 1994,1995.Отдельные положения диссертации докладывалис! на многочисленных Всесоюзных, Всероссийских, отраслевых конференциях по порошковой металлургии и сварке.

На защиту выносятся разработанные основные научно-технические направления исследований и практической реализации процессов получения промежуточных прокладок, включающих производство смесей УДП металлов различного состава и прокатку их в пористые ленты, и применение при диффузионной сварке разнородных материалов; результаты исследований и испытаний сварных соединений в эксплуатации; рекомендации по направлениям совершенствования технологии диффузионной сварки с использованием! смесей порошков. ' " ,

Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов к приложения. Материал изложен на 172 страницах, содержит 37 рисунков и б таблиц, список литературы из 177 наименований на 17 страницах.

КРАТКОЕ. СОДЕЗгМЙИЕ • РАБОТЫ. -

ГЛАВА I. Анализ направлений развития технологии диффузионной сварки.

»

С учетом расширения номенклатуры свариваемых материалов

I необходимостью. снижения основное ¡параметров ,т{ррцарса ,:||ри феменном обеспечении равнопрочно ода,соединения,, ¡рассмотри уставные методы интенсификации г?родесса .диффузионной сварку. зсновании современных представлений о ¡трехстадийноя .характере зазвития процессов взаимодействия .контактных .поверхностей .мшено шбирать технологические .воздействия, ..которые интенсифицируют ре или иные физико-химические процессы в-контактной-эрне .■ на-каждой из .стадий.

Образованно физического контакта можно .мнген^^ЦЛровдть циклическим приложением сварочного давления, явед$ци&нДЗтДОда-5 они Я з зону соединения, наложением крутильных . код^бздиф ттд. Ьобое воздействие (физическое или химическое), обеследов^ющае зазрив и последующее восстановление связей поверхнос^гных атол^в, штенсифицирует рззвитиэ этапов на второй стадии. Наложение ^дг-штных и электростатических полей, облучение частицами с высокой »наргией и др. позволяют интенсифицировать ыассоперенос и релак-зацию напряжений дая реализации третьей стадии процесса взаимодействия.

Каждый из рассмотренных методов интенсификации процесса деффузионной сварки обладает одним или несколькими преимущества-т перед другими, И все-таки решить поставленную задачу в комп-гексе они не могут.

•Выход может быть найден за счет использования еще одного «зтода интенсификации,' обеспечивающего полное срабатывание меха-шческого и термического каналов активации - применение промежуточных прокладок, которые в процессе диффузионной сварки могут ¡ыполнять самые разнообразные функции и решать комплекс задач.

В качестве промежуточных прокладок применяют, как права-ю, пластичные металлы - золото, серебро, никель, медь, алюминий. I др. в виде фольги, проволоки, порошков, пленок, наносимых на

соединяемые «поверхности гальванически или напкиением.

Анализ литературных данных показал, что только порошковая промежуточная прокладка благодаря своей активности обеспечивает резкое снижение температуры и сварочного давления при диффузионной свайке разнородных материалов, при этом прочность соединения остается на уровне прочности свариваемых материалов.

Рассмотрены основы применения порошков в качестве промежуточных прокладок и особенности процессов их спекания между собой и припекания к соединяемым поверхностям. Сделан вывод, что, чем удаленнее пористое тело, состоящее из порошковых частиц, о* термодинамического равновесия, тем активнее протекают процессы его спекания.

Высокоактивная промежуточная прокладка характеризуется минимальным размером порошковых частиц и максимальной развитос-. »в их поверхности^ наличием структурных дефектов..

Из всех способов производства порошков только термическое разложение формиатов металлов позволяет получать УД11-металлов с заданными размерами частиц, удельной поверхности, отсутствием посторонних примесей. Использование прокладок иё У^Л никеля, полученного •термическим разложением формиата нйкеля,. обес печивает прочность соединения вв>200 МПа при параметрах режима: Т=530°С, Р=15-гО Ша, Ь=36 мин. Прокатка УДЯ никеля в порке /

таа ленты с определенными значениями толщины и исходной пористости поэволяетдолучать сварные швы с равномерной толщиной и плотностью и облегчает нанесение такой прокладки на свариваемые поверхности сложного профиля.

Следующим нагом в развитии технологии диффузионной свар" кя разнородных материалов должно быть применение в качестве у промежуточных прокладок смесей УДИ, например, никеля, кобальта, меди. Их «пользование позволит расширить как возможности про-

(веса, так и номенклатуру соединяв»«« материалов. за счет скисания термодеформационного воздействия на эти материалы и по-[учения сварных швов со С1р,ого заданными свойствами.

Отсутствие необходимых литературных данных по этому зопросу определило цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. Методика экспериментальных исследований.

Исследовали сварныэ соединения магнитнотвердых и маг-ш номягких материалов, широко применяемых в авиационном приг-Зоростроении, таких как сплавы КЩЙ25ВА, ЮНДК24Т2, ЮНДК35Т5, Ро-|1<М, армко-железо, пермаллои 50Н и 79НМ, сплавы 36 КШ и 42НХГЮ. В качестве промежуточных прокладок использовали двойные смеси УДП никеля, мэди, кобальта различного состава, получаемые термическим разложением механических смесей формиатов и • формиатов смесей.

Сварку экспериментальных образцов и отработку технологии соединения конкретлых изделий производили на установке СД8У-50 •вакууме 133,332*Ю~^Ла, а тагосе на специальной установке разработки РЛКБ.

Соединяемые поверхности образцов диаметром 12 и длиной 25 мм обрабатывали до Йа=2,5-1,25 мкм Смагнитномягкие материалы) и Ва=0,63-0,32 мкм (магнитнотвердые материалы). Далее образцы обезжиривали, промывали в техническом бензине и спирте. Перед сваркой образцы подвергали гальваническому никелированию до толщины слоя покрытия 9-15 мкм.

Термогравиметрический анализ смесей УДЯ осуществляли на автоматической установке "Дюпон-1090"(Франция). Дисперсность получаемых УДП определяли на автоматическом анализаторе изображений "Квантимет-720" по стандар№ой программе. Замер удельной , поверхности порошковых смесей производили методом тепловой де-

"го -

сорбции' азЬШ' на1 ¿'СтинОвке "Акусорб" с точность» ± 0,05 м^г.

ДвоЙШ' СЙёси" УДП' никеля, меди, кобальта прокатывали в пористые леноф на специальном прокатном стане ЮД-2200 с горизонтальным расположением рабочих валков (диаметр 25 мм) и ступенчатым переключением скоростей.

Кинетику спекания промежуточных прокладок в условиях, имитирующих диффузионную сварку, изучали на образцах ленты, которые' помещали между пластинами из сапфира, в интервале•температур' 1=400-€00°С, усилий сжатия' Р=5-20 Ша и времени выдержки 1=5-30' ЙШ.- Определяли объемную усадку &У/У , изменение тол-щиныС и" й'брйСтоста &с и с#роили? зависимости дУ/У (1), лУ/У (Р) * (состав прокладки)' # Др, при различных значениях Т, Р,' 4«

Металлографические и исследования про-

водили на сканирующем электронном микроскопе "Стереоскан 4-10" и оптическом микроскопе "Неофот-Я*.

Свойства спеченных прокладок й сварных1соединений.'оценивали по результатам механических испытаний на статическое растяжение на установке "йнстрон-1195" со скоростью, 2,0 мм/мин. Количество образцов для определения среднего значения ' й„составляло 8-10 шт.

Определение фазового состава полученных емёсей'УДО проводили методом рентгенофаэового анализа с применением рентгеновских аппаратов УРС-20 и УРС-60 в камере РКУ-П4 в медном Излучении, отфильтрованном никелевой фольгой. Фазовый состав ¥ккжв определяли на установке & ОН-2 в железном излучении.

Замер магнитных свойств деталей для определения влияния состава промежуточной прокладки на изменение электрофизических характеристик производили на баллистической установке БУ-3.

ГлАВА 3. Получение промежуточных прокладок на

основа смесей УДЛ никеля, меди, кобальта.

Термическое разложение смесей никеля, меди.кобальта. Смеси металлических порошков (никель + медь, никель + кобальт, кобальт+ + медь) в различных массовых соотношениях компонентов,10+90, 25+75, 50+50, ?5+25, 90+10 - готовили двумя методами. Первый -получение гетерогенной порошковой композиции, включающей механическое смещение формиатов, их гомогенизацию _и термическое разложение. Второй - получение УДЛ твердых растворов, предусматривающее приготовление формиата указанной смеси заданного состава и его пиролиз с образованием высокоактивного порошка и газообразных продуктов реакции. . ' ,

Анализ дериватограмм термического разложения смесей показывает, что почти для всех смесей их термическое разложение характеризуется тремя эндотермическими эффектами, которые связаны с процессами дегкдрвтлции и последовательного разложения каждого из компонентов. Установлено, что состав порошковых смесей влияет на кинетические закономерности процессов дегидратации и разложения, величину Буд частиц, их форму и размер.'

Процесс дегидратации формиатов смесей и механических смесей формиатов различного состава протекает примерно при одних и тех же температурах и за одно и то же время; отмечено, что с увеличением содержания в смесях кобальта температура дегидратации увеличивается.

Два следующих эндотермических пика соответствуют температурам термического разложения каждого из компонентов смесей. Как для формиатов смесей, так и для механических смесей формиатов, характерным является то, что первоначально происходит пиролиз формиата с низкой температурой разложения, а затем - с более высокой. Для

механических смеоей состава никель-медь характерны более высокие критические температуры (приблизительно на Ю°С), чем для формиатов

смесей. У остальных составов критические температуры разложения по--«

чти равны. Связано это со взаимным влиянием компонентов друг на /туга. Количество газообразных продуктов и скорость их удаления для всех составов двух типов смесей одинаковы. Только при пиролизе механических смесей с медью наблюдается металлизация частиц второй соли и тигля медью за счет образования летучей фазы меди при разложении. При пиролизе формиатов смесей эта летучая фаза не образуетсся, так как медь находится в твердом растворе со вторым компонентом.

Сравнение дериватограмм термического разложения смесей и каждого из компонентов в отдельности показывает, что скорости разложения чистых компонентов выше, чем скорости разложения смесей, причем у механических смесей формиатов эта скорость больше. Различие в скоростях пиролиза чистых формиатов и их смесей свидетельствует о том, что при термическом разложении механических смесей каталитическое' действие металла, полученного из менее термодинамически устойчивого компонента, менее выражено, "чем в случае термического разложения формиата смесей. Связано это с влиянием'площади контакта возникшего металлического зародыша со вторым компонентом - у формиатов смесей эта площадь больше. /

, Анализ фазового состава получаемых из формиатов смесей УДЛ на ргзличных стадиях термического разложения свидетельствует о том,

что восстанавливаете^'не сразу порошковый сплав заданного состава,а

/

процесс едет через образование .зародышей металлической фазы одного компонента; по мере появяенг металлической фазы второго компонента • (на скорости зарождения и роста которой оказывает каталитическое

'лияние зародыц первого компонента) происходит взаимодействие между . ! омтненташ с образованием твердого раствора. В смеси никель-медь такое взаимодействие наблюдается уже при Т _=200°С, в системе ни-

• - гз -

' кель-кобальт - при ТСр=270-280°С, в в-системе медь-кобальт при Тср= =220°С. Для того, чтобы диффузия между компонентами смесей прошла при столь низких температурах необходимо, _утоби взаимодействующие, металлы находились в особых условиях, обеспечивающих высокую диффузионную активность. Метод приготовления формиата смеси обеспечивает условия для низкотемпературной диффузии.

Металлические порошки, полученные пиролизом смесей представляют собой частицы неравновесной форШ" со сложной развитой поверх-нс?тью. Очевиднр, что при пиролизе формиатов смесей его продуктами являются твердые растворы. После термического разложения механических- смесей получаются практически чистые компоненты без заметного

взаимодействия между ними, причем каждый из компонентов отличается

*

, друг от друга собственной структурой час'тац.

На основании дериватограмм разложения расчитаны величины энергии активации £ процессов пиролиза механических смесей и формиатов смесей различного состава.

Энергия активации процессов пиролиза механических смесей состава никель-медь повышается с увеличением содержания никеля. Для состава никель-кобальт характерно уменьшение значений Е с повышением содержания никеля. Для смесей кобальт-медь увеличение £ на'блюдается с увеличением содержания кобальта. Объясняется это тем, что для каждого из формичтов, составляющих механическую смесь, значение Е при их термическом разложении возрастает в ряду и «с Со.

Аналогичная зависимость характерна и для формиатов смесей, но по абсолютному значению Ё для каждого конкретного состава смесей энергия активации процесса пиролиза формиатов смесей больше, что связано с образованием твердж растворов уже в процессе пиролиза.

Экспериментально установлено, что замена инертной атмосферы (гелий) на восстановительную (водород) не существенно влияет на кинетические закономерности разложения, • а величина £ при пиролизе, в водороде несколько выше, чем в гелии.

В ходе исследований установлено, что удельная поверхность УДП, полученных из формиатов смесей, ниже, чем порошков из механических смесей. /

' В ряде случаев для получения смесей УДИ с определенными характеристиками и для снижения энергозатрат предложено в смеси формиатов, разлагающиеся по эндотермической реакции, добавлять формиат металла, разлагающийся по экзотермической реакции, а соотношение компонентов смеси устанавливается из условия

& дН; ОС

1 — где

«»-число соединений, разлагающихся по эндотермической реакции;

' л- •

к-число соединений, разлагающихся по экзотермической реакции; А;-количество 1-ого'вещества, разлагающегося по эндотермической реакции, г/моль;

(Заколи чес те о ¿.-ого вещества, разлагающегося по вкзотермичэской

реакции, г/моль; .

^¿-энтальпия химической реакции 1-ого вещества,. нДд/моль; лНрэнтальпия химической реакции ^-ого вещества, кДж/моль. ■{'

Температура процесса ограничивается температурой, 'При которой разлагается формиат с экзотермической реакцией; время процесса лимитируется скоростью протекания эндотермической реакции.

При соотношении компонентов <7 эффекта ускорения реакции

и снижения температуры, пиролиза смесей порошков практически не наб/ - ^ ■ ■ людается. фи выбраннЬм соотношении компонентов происходит резкое

снижение температуры пиролиза и быстрое протекание процесса, причем,

чем выше вше количественное содержание компонентов, разлагающихся с

экзотермически» эффектом, тем ниже температура пиролиза, выше скорость

протеке ,'ия реакции и больше количество выделяемого тепла. Последний

фактор может оказать отрицательное влияние на дисперсность частиц и

их удельную поверхность вследствие отжига структурных дефектов металлических частиц, которые образуются на начальных стадиях термического разложения. Поэтому верхний предел, ограничен 3, учитывающий и потери тепла, идущие на нагрев устройства для пиролиза.

Для повышения дисперсности порошков и увеличения их удельной поверхности предложено выдержку в процессе пиролиза производить с циклическим изменением температуры в интервале ТПИр-2ТП(ф, причем скорости охлаждения больше, чей скорости нагрева. Высокие скорости нагрева в процессе термического разложения обеспечивают быстрое протекание реакции и обильное гчэоввделение, что в значительной мере способствует разрыхлению и дроблению образующейся металлической фчзы. Частицы металлического порошка имеют высокоразвитую поверхность и еще не успевают коагулировать. ;1ри скоростях охлаждения, превышающих скорости нагрева, дефекты строения частиц порошка, полученные прищгрепя, сохраняются, т.к. не происходит их отжига, я за счет большого градиента температур в нем возникают дополнительные внутренние напряжения; также способствующие повышению дисперсности и дефектности.

Такая технология обеспечивает получение УДЛ с размером частиц 0,008-0,01 мкм. Для полной и точной ее реализации разработано специальное устройство типа "сфера", которое обеспечивает не только термоциклировшше, но и постоянное движение и перемешивание формиатов в процессе нагрева, термического разложения и охлаждения полученного УДП металла или смесей металлов.

Прокатка смесей УДЛ никеля, меди и кобальта в пористые ленты. Операция нанесения УДП на свариваемые поверхности не является технологичной (не обеспечивается равномерность нанесения слоя УДЯ по толщине и массе) и трудно поддается механизации. Такая прокладка может стать причиной нестабильности структуры и свойств сварных соединений и низкого их качества. Наиболее приемлемым видом промежуточной прок-

ладки, исключающим вышеуказанные недостатки, является пористая лента, получаемая прокаткой металлического УДП.

Исследовано влияние исходных толщины и пористости прокатанной ленты на прочность сварных соединений и показано, что эта зависимость носит экстремальный характер, а оптимальными являются толщины бО-ЬО мкм и пористость 50-65/5.

Исследовано влияние скорости прокатки Упр на изменение ¡ЭуД. Зависимость УПр) также носит экстремальный характер с четко '

выраженными максимумом и минимумом. Максимальное значение 8УП=13,9& 2

ы /г соответствует скорости прокатки УПр=190 мм/мин, при этом потеря составляет Ь,о%, что связано с образованием общих границ

I/ А

холодного схватывания между частицами УДП под действием сил прокатки. Скорость УПр=190 мм/мин выбрана в качестве оптимальной. Следует отметить, что УДД меди прокатывается в пористые ленты легко на различных УПр, в то время как УДЯ кобальта начинает формироваться в ленту при УПр<20 мм/ыин, но и в этом случае лента имеет дефекты. Смеси УДП никеля, меди и кобальта прокатываются по-разному. Механические смеси никель-медь разного состава прокатываются без ограничений, но чем выше содержание никеля, тем большущ- толщину' имеет лента {при А^р=сеп££). фи содержании УДП' кобальта в механической смеси с УДП никеля от 50£ и выше не удается прокатывать смесь в ленту, как на оптимальных так и на других. С уменьшением

содержания'УДД кобальта смесь прокатывается, но при этом увеличивается толщина ленты. УДП ксЩальта в механической смеси с УДП меди оказывает такое же влияние на характер прокатки, что и в случае со смесью с УДП никеля. Содержание' УДП кобальта свыше 75$ не обеспечивает лентообраэование, и чем больше в смеси УДП меди, тем больше тол-чина ленты. • •

УДП смесей, полученные из формиатов смесей, практически не прокатываются в ленты. Видимо, на процесс прокатки смесей УДП оказы-

вают влияние не'только дисперсность частиц, но и их структура, развитость поверхности, пластичность металла и т.д.

Вполне понятно, что в процессе длительного хранения порис- " той прокатанной ленты из-за высокой развитости поверхности порошковых частиц возможна потеря ее активности за счет адсорбированных из окружающей среды паров влаги, масел, пыли и т.д. Тем самым ухудшается качество сварных соединений.

В РЛКБ разработаны технология нанесения защитного покрытия и устройство длр ее реализации.

В целом результаты исследований, описанные в данной главе, позволили изучить кинетические закономерности процесса термического разложения механических смесей формиатов и формиатов смесей, и оп-, ределить основные принципа, обеспечивающие получение смосей УДЛ с заданными размерами частиц (с!<0,01 жм) и удельной поверхности ( б™=15-Т0 м^/г), что необходимо в дальнейшем для реализации кон к-ре тих технологий. Также установлено, что смеси УДЛ, полученные из механических смесей формиатов, прокатываются в пористее ленты намно- ' го лучше смесей УДЛ, полученных из формиатов смесей при одних и тех же условиях прокатки.

ПЦЗЛ 4. Исследования кинетики образования соединений Ьфи сварке через прокладки на основе смесей . УДЛ никеля, меди, кобальта.

Кинетика спекания промежуточных прокладок на основе смесей УДЛ никеля, меди, кобальта. Исследуемые двойные порошковые смеси никель-медь и никель-кобальт относятся к системам с неограниченной взаимной растворимостью, а смеси медь-кобальт - с ограниченной взаимной растворимостью. Для первой системы в результате спекания характерно образование одной фазы - твердого раствора компонентов. У вто-рой системы, в зависимости от концентрации, образуются либо одна (в

. ie -

области полной взаимной растворимости) либо две фазы - насыщение твердого раствора и избыточной фазы второго компонента.

Кинетику спекания под давлением (аналогично диффузионной свчрко) изучали как на образцах из пористых прокатанных лент из гмесей УДД (это, в основном, ЗД1 из механических смесей формиатоб), так и прессовок из смесей УДД, полученных пиролизом формиатов смесей. Образцы нагревали с постоянной скоростью в интервале.Т=400 --ЬС0°С в вакууме, приклндывяли давление сжатия Р=5-20 wu'Ia. Длительность спекания (сварки) при заданных Т и Р варьировали от 5 до 30 мин.

Прокладка из смеси ЗД1 двух металлов, способных к взаимодействию друг с другом, наряду с избыточной свободной энергией, обусловленной развитой поверхностью составляющих ее дисперсных частиц и наличием дефектов в структуре, обладает еще и избыточной энергией, связанной с возможностью образования сплава. Лоэтому при спекании двухкомпонентных порошковых прокладок должны протекать в сущности ' два процесса - объемная усядка л V/V прокладки и формирование сплава.

Оценить величину вклада в изменение свободной энергии системы за счет сокращенияшющяди поверхности, разделяющей частицы порошка в образце, с величиной вклада, обусловленного смешением компонентов при образовании сплава, можно следующим образом. Изменение энергии в .спекаемом образце можно представить как

Ё0 - й Е « Е, где-

Eq- поверхностная энергия образца до спекания; дЕ - изменение свободной энергии образца при спекании; Е - поверхностная энергия пор спеченного образца. Изменение свободной энергии д Ё происходит за счет вклада свободной энергии поверхности образца и энергии образования сплава:

аЕ к Есв + Есп- 4 Ь свою очередь поверхностная энергия Есв= SA + • SB , где ^ и (у

-19- удельные поверхностные энергии чистых металлов; 5* и -суммарные площади поверхностей частиц компонентов в образце до спекания.

Для упрощения расчета Есв не будем принимать во внимание уменьшение свободной поверхности частиц УДП, обусловленное образованием металлических контактов в результате прокатки смесей.

Если £Л= Мц-'счГГд , где число частиц порошка

компонента А в смеси, - радиус этих частиц, а = Щ/Ц 5д и

(д =6/5^ -Зуп» где ^а - масса порошка компонента А, УА объем

I

одной частицы, Д- плотность чистого металла компонента А,

8уд - удельная поверхность смеси УДП, а 'д~ЯГ-/д3 » то ® результате преобразований получим

т е вклад поверхностной знергни в процессе спекания двойных систем зависит от величины удельной поверхности УДП и концентрации компонентов в смеси, причем", чем выше концентрация компонента с большей величиной удельной поверхностной энергии, тем значение Есв выше.

Для расчета энергии образования сплава Есп в двухкомпо-нентной системе можно воспользоваться уравнением

Есл= аН? ~ Т , где

дН® и дБ® - изменение энтальпии и энтропии системы в резух тате смешения компонентов при температуре Т.К.

Исследовали концентрационную зависимость объемной усадки дУ/У двухкомпонентных смесей систем никель-кадь, никель-кобальт, медь-кобальт, полученных различными методами.

Небольшие добавки УДП никеля в механическую смесь с медью

- аз -

способствуют уменьшению скорости усадки. Во всем диапазоне исследуе-

*

мых температур на кривых имеется резко'выраженная область, в которой усадка не зависит от концентрации и практически (^стаег-я постоянной, причем, чем ниже температура, тем эта область концентраций шире.' Усадка а V/t/ смеси с содержанием "^5-90% меди выше, чем aV/V с 75-90f? никеля, что связано с более высокой деформационной способностью меди по срасненио с никелем,

• Кромэ того, явление снижения усадки.в данном случав обусловлено и эффектом Френкеля: медь и никель имеют значительную разниц в парциальных коэффициентах диффузии, что вызывает образование диффузи-' онной пористости в частицах меди и увеличение размера Частиц никеля . из-за преобладания притока атомов м'ади над оттоком атомов никеля.

Кривые концентрационной зависимости tV/V смесей УДП системы никель-медь, полученных из формиатов смесей, носят тот же характер, что и в вышеописанном случае; Только количественно объемная усадка этих образцов почти в 1,5 раза ниже. Объяснение полученному заключается в том, что при спекании механических смесей УДП различной концентрации из двух фаз исходных чистых металлов образуется новая фаза - твердый раствор. При спекании же смесей УДП, полученных из формиатов смесей, мы уже имеем исходную фазу твердого раствора компонентов, образовавшегосялри пиролизе формиата'смесей, т.е. фактически при спекании происходит взаимодействие твердого~растворд__с твердым раствором, а это существенно влияет на объемную усадку образцов.

Как видно из концентрационных зависимостей ¿V/V для механических смесей и формиатов смесей системы никель-кобальт, с увеличением содержания Со в смеси jсадка уменьшается и достигает своего.минимума при 25$ никеля. Обнаруженную зависимость можно связать с интенсивностью диффузии в стшэвэх системы никель-кобальт. По этим данным коэффициенты диффузии кобальта"и никеля в сплавах уменьшаются с увеличением доли никеля и становятся минимальными при содержании 20-

- ?! -

-25$. Дальнейшее повышение его доли в твердой растворе увеличивает коэффициенты диффузии как кобальта, так и никелв. Для смесей системы никель-кобальт очевидным является то, что усадка УДЛ из формиатов смесей меньше, чем усадка УДЛ из механических смесей.

Для концентрационной зависимости образцов системы ко-

бальт-медь характерно наличие минимума в области малых содержаний меди (10%). Дальнейшее повышение ее содержания в композициях увеличивает усадку, максимальнее значение которой достигается у образцов нз УДЛ чистой меди. Усадка образцов из УдЛ механических смесей формиатов, количественно больше усадки образцов УД11 из формиатов смесей.

Поведение образцов УДЛ системы медь-кобальт при спекании в области возможного существования гомогенного твердого раствора определяется концентрацией входящих компонентов: по мере увеличения содержания кобальта и степени насыщения твердого раствора усадка уменьаа-ется,. что можно объяснить стабилизацией структуры и повшением ее сопротивления деформационным процессам под действием сил уплотнения. Минимум усадки при этом соответствует предельному содержании кобальта в сплаве, при котором еще сохраняется однофазная структура.Также можно предположить, что усадка уменьшается и с понижением коэффициента диффузии по мере увеличения содержан<*ч меди в кобальте. При повышении концентрации меди в смеси при температурах спекания существует вторая фаза - твердый раствор на основе меди - обладающая более высокой деформационной способностью в сравнении с твердым раствором на основе Со. С увеличением содержания этой фазы увеличивается и ус дка, на величину которой оказывает влияние и рост коэффициента диффузии при повышении содержания меди в смеси.

Ори спекании пористых лент и прессовок из смесей УДП никеля, меди, кобальта мы имеем дело с огромным числом перемен ьос характеристик - дисперсность и удельная поверхность частиц УДЛ, различная'концентрация компонентов, различная деформационная способность'металлов

и др. Поэтому, если сравнивать. Ä//V при спекании смесей при Т= =Ь00°С, Р=0 »¡.Ь, t=30 мин с «V// при их спекании уже с приложением Р»20 ¡.IIa, можно отметить, что усадка под действием давления для всех смесей увеличивается в 2-3 раза.

Приложенное внешнее давление на различных этапах спекания оказывает .различное влияние на процессы, происходящие в прессовках. На начальной стадии сжимающее усилие способствует увеличению скорости усадки, когда благодаря высокой исходной'пористости прессовок öcy-щестеляется практически незаторможенное граничное проскальзывание частиц УДЯ, сопровождающееся залечиванием наиболее мелких пор. Со временем скорость процесса убывает, взаимное соскальзывание пороапнок тормозится соседними порошинками. Это торможение может срелаксиро-вать вследствие преобразования формы порошинки вблизи места торможения с целью приспособления ее формы к форме окружающих порошинок. Суммарный объем пор уменьшается, в основном, за счет исчезновения мелких пор; средний рчзмер пор при этом меняется незначительно. На следующем этапе давление практически не приводит к уплотнению и лишь способствует протеканию процесса коалесценции пор, при котором они растут без изменения их суммарного объема в прессовке. Вследствие уменьшения общего числа пор под влиянием,внешнего давления ускоряет-сяпроцесссобирательной рекри сталл и зации.

Для двухкомпонеитньогмеханическгасм^ характерна максимальная величина усадки по сравнению с усадкой~сме сей----------

других составов. Наибольшую усадку имеет смесь lOfclli -90$) н , когда скорость усадки может достигать lZt/тн и она практически исчерпывается за 15-20 мин, и наступает'насыщение. Ход кинетических кривых усадки показывает, что с увеличением содержания в смеси компонента . никеля скорость усадки остается весьма значительной на протяжении всего процесса спекания. Замедление насыщения процесса усадки в этом случае связано с образованием; дополнительной диффузионной пористости,

поскольку действие эффекта Френкеля становится все более ощутимый с увеличением межфазной поверхности для составов с большим содержанием никеля. Усадка образцов, полученных из формиатов смесей системы никель-медь, носит аналогичный характер, только численные значения ниже, что вызвано, по-видимому, отличием в структуре частиц порошка.

Кинетические кривые усадки смесей системы никель-кобальт свидетельствуют, что увеличение содержания кобальта в смеси приводит к снижению дУД' . Смеси с большим содержанием Со имеют и более развитую поверхность, которая способствует достижению значительных скоростей усадки в первые минуты процесса спекания и быстрого ^асыи.ния. Из-за высокого сопротивления деформации Со прикладываемых усилий сжатия недостаточно^ чтобы увеличить усадку. Это достигают, повышая количество никеля в смеси, правда, в эЧ'ОМ случае наблюдается замедление насыщения процесса усадки. Для смесей твердых растворов системы ни~ кель-кобальт кинетика усадки носит тот же характер, но с меньшими значениями К/. . •

Кинетика усадки смесей-УДП системы медь-кобальт показывает, что благодаря высокому содержанию Со в смеси, и, следовательно, высокой развитости поверхности его частиц, и малому количеству меди, обладающей большой деформационной способностью, достигаются значительные скорости усадки в начале процесса спекания и затем быстрое насыщение усадки. '

Механические испытания образцов промежуточных прокл&док | спв*» ченных на режимах диффузионной сварки, показывают, что их прочность варьируется в самом широком диапазоне значений и зависит от*многих факторов, в частности, от состава и основных параметров режима сварки." С повышением температуры спекания на каждга Ю0°С (при Р=20 Ж1а и 1=30 мин) прочность образцов из механических смесей увеличивается на 20-40& у системы никель-медь, на 10-20% у системы ни: ;ль-кобальт, на 20-ЗСЙ у системы медь-кобальт. У образцов из смесей твердых раст-

воров прочность намного ниже, .особенно состава никель-кобальт и

<

' медь-;кобальт с содержанием кобальта свыше 25%.

•¡фактографическими исследованиями установлено,-что, например, для состава 90%Си -10ЙСо образец имеет типичный признак вязкого раэ-• рушения -чашечный излом, что свидетельствует об интенсивных диффузионных связях между порошковыми частицами прокладки. С увеличением содержания в смеси Со до 25% излом имеет локальный чашечный характер, по-видимому, только в местах скопления медных частиц. При содержании 905бСо разрушение хрупкое. Образцы составов -50&Си и

-25?£Си имеют чашечный излом, что означает высокую пластичность прокладки. Счувеличением температуры спеканйя .прочность образцов растет

в результате повышения пластичности прокладки, что, в свою очередь,

\. -

обусловлено, укрушением исходных частиц лорояка за счет слияния пор.

Кинетика образования сварного соединения через порошковые промежуточные прокладки. Работоспособность соединения, полученного диффузионной сваркой через порошковые промежуточные прокладки, определяется как прочностью спеченной порошковой прокладки, так и прочностью ее. соединения с поверхностью сваривь^мых материалов,

• Параметры режимов диффузионной сварки через промежуточные прокладки в большинстве случаев не учитывают влияние шероховатости поверхности прокладки на формирование сварного соединения, а учет влияния соотношения шероховатостей поверхностей прокладки и свариваемых материалов" вообще до этого не производился.

Согласно теории трехстадийности образования сварного соединения, чем больше активных центров образовалось на свариваемых поверхностях, тем быстрее и качествейне происходит формирование соединения.-Наиболее интенсивно процессы припекаяия промежуточной прокладки к свариваемым поверхностям протекает в случаях, когда в качестве прокладки используется УДД в свободно насыпанном виде. Благодаря наличию дефектов, приобретенных й процессе пиролиза формиатов, и высокой раз-

витости поверхности частиц, У^х] обладает максимальной активностью не только при низкотемпературном спекании частиц между собой, но и является инициатором ускоренного образования активных центров на свариваемых поверхностям при пониженных температурах.

Менее интенсивно эти процессы протекают при использовании прокладок в виде металлической фольги, чья активность при образовании сварного соединения аналогична взаимодействию свариваемых поверхностей компактных металлов.

В случае диффузионной сварки через пористые порош^вые ленты потенциальными источниками активных центров являются дефекты частиц УДП, заложенные в процессе пиролиза и возникшие при прокатке, а также шероховатость"поверхности ленты, определяемая развитостью поверхности отдельных порошинок. Чем выше шероховатость ленты, тем выше активность такой прокладки, проявляющаяся при относительно низких температурах, и тем больше она приближается fj активности свободно насыпанного УДП..

Настоящими исследованиями установлено, что интенсифицировать процесс низкотемпературной диффузионной сварки через порошковую ленту можно при следующем соотношении высот неровностей профиля поверх--ности Прокладки и свариваемых материалов:

рпр

1,0 < ---§- < roo-

С ^ ' где.

высота неровностей профиля поверхности прокладки, мкм; -' высота неровностей профиля поверхности свариваемых материал-т, -

MKM, -1

Как правило, R™ изменяется в пределах от 0,02-0,01 до 0,5- • -1/25 мкм, в то время как не менее 2,5-1,25 мкм.

При <1,0 прокладка имеет минимальную поверхностную

"активность, процесс формирования сварного соединения иде ' медленно. В плоскости контакта, представляющей собой границу раздела,-стабили-

- 26 - ч

» • - ' , -

эируётся межзеренная граница..Для повышения прочности соединения необходим дополнительный отжиг, обеспечивающий миграцию границ раздела, как это делают при сварке компактных материалов.

При цлр/Й^ЮО вследствие значительной шероховатости прокладки ее активность приближается к активности свободно насыпанных , УДЛ. Частицы порошка заполняют все несплошности поверхности сварива-. емого металла, увеличивая площадь физического контакта. На участках , схватывания по мере деформации частиц порошка обеспечивается требуемая механическая прочность.

' . При ЮО вследствие значительной шероховатости прок-

. ладки в зоне соединения остается множество несплошностей, для залечи. вания которых необходимо увеличить время выдержки при температуре • сварки. Эт'<?_снижает интенсивность формирования соединения, хотя на участках схватывания по мере деформации микровыступов обеспечивается . требуемая механическая прочность-.

Следовательно, при сильно упрочненной, плотной, "гладкой" поверхности прокладки полностью не используется активность частиц УДЛ \ при их припекании к свариваемым поверхностям, в то время как слабо ' упрочненная и шероховатая прокладка активизирует процессы взаимо. действия со свариваемыми поверхностями. • . .;■ • "

На начальной стадии происходит уплотнение порошкового слоя и заполнение частицами порошка неровностей поверхности гэариваемого

■ 0 -

■ материала.. Отдельные порошинки в местах соприкосновения с выступами ' поверхности деформируются с образованием участков взаимодействия. , Образование соединения происходит в плоскости соприкосновения частиц : порошкового слря с поверхностей компактного металла. Объемные процессы переноса иасс в порошковых частицах трансформируются в зоне соединения в плоскостные и точечные, и представляют собой выход в зоьу соединения линейных и точечных несовершенств. Учет возможности обра-зования'-традцента концентраций вакансий, бивекяясий и других несо-.

вершенств в порошковом слое д .ет возможность предположить, что, на стадиях развития процесса соединения перенос масс в зону соединения осуществляется, в основном, путем дислокационного переползания атомов по вакансиям. Выход дислоцированных атомов на контактную поверхность активирует их путем разрыва насыщенных связей. Яри наличии определенного количества несовершенств в поверхностных слоях компактного металла вполне возможно развитие микропластической деформации этих слоев с образованием активных центров. Наличие активных гент-ров со стороны обеих соприкасяемых поверхностей облегчает,образование сварного соединения.

Прочность соединений, полученных через прокладку из механических смесей УДЯ состава никель-медь при Т=400°С, колеблется в диапазоне 20-50 МЛа в зависимости от соотношения компонентов. С увеличением1 температуры прочность растет и зависимость приобретает волновой характер, .когда максимум прочности соответствует составу 25%Н|~75^Си, а минимум - 75%Ж -25%0ц . Излом у этих образцов носит чашечный характер и присущ соединениям, полученным при Т»550°С.

, У соединений, сваренных через прокладку из механических сме,-сей состава никель-кобальт, прочность повышается с увеличением содержания никеля в смеси.

Увеличение содержания кобальта в механических смесях УДЯ состава медь-кобальт резко уменьшает прочность сварных соединений.

11спользование прокладок в виде смесей УДП из твердых раствсь ров состава никель-медь позволяет получать соединения с прочности на 25-35% ниже, чем при сварке через механические сноси, а Характер зависимостей тот же. Составы прокладок никель-кобальт и медь-кобальт из твердых растворов обеспечивают прочность соединений на уровни 10-35 МЛа, а с увеличением содержания Со соединения практически отсутствуют.

Сравнивая кинетические кривые усадки пористс.1 двухкомлонент-

ной порошковой прокладки с ходом кривых прочности прокладок и проч-^ носуи соединения прокладки с основным металлом, можно обнаружить их

аналогичный характер, что говорит об идентичности процессов, гтроис-

*

ходящих как в самой порошковой прокладке, так к в зоне ее контакта со свариваемой поверхностью в процессе сварки. Яри этом высокая механическая прочность соединений достигается при сварке через УДЙ из' механических смесей форматов при соотношении компонентов смеси, соответствующем максимальной их взаимной диффузии. . ,. '

ГЛАВА 5. Технология диффузионной сварки разнородных материалов через прокладки на основе смесей

' УДЯ никеля, меди и кобальта.

' V . " :

Диффузионная сварка магнитных материалов. Выполненные исследования позволили сформулировать основные требования к соединению магннтаотвердых материалов с магнитномяРкими, согласно которым значения основных параметров режима сварки - температура я сварочное давление - должны быть ограничены. С одной стороны, максимальная температура не должна превышать температуру начала изменения магнитных свойств - точку Кюри {для сплавов типа ЩиД Тс=»623 К). С другой стороны, данные по кинетике спекания пористой прокладке и кинетике образования сварного соединения показывают, что сварной шов может иметь поры, ¿1есплошности, вызванные недостаточной завершенностью процесса спекания ленты. Такие дефекты отрицательно влияют на выходные характеристики магнитных систем прецизионных приборов.

Для исключения вышеназванного между свариваемыми поверхностями деталей размещают прокладку из смеси УДЛ никеля и кобальта, соотношение которых соответствует соотношению их в магнитнотвердом сплаве. Использование такой прокладки позволяет получить в зоне соединения прослойку с магнитными характеристиками, близкими к магнитным 'характеристикам йагнитнотвердого сплава.

Сварку деталей из магнитных материалов' осуществляв? путем их нагрева до Т=0,6-0,ТК магнитнотвердых материалов, охлаждения до 250°С и повторного нагрева до прежней температуры. Многократное повторите циклов позволяет достигнуть максимального уплотнения промежуточной прокладки. Благодаря циклическому изменению температуры в порошковой прокладке возникают искажения кристаллической решетки, обеспечивающие уплотнение прокладки, т.о. снижение ее пористости. Нижний предел в этой интервале выбран исходя из того, что именно при этой температуре наблюдается эффект низкотемпературной рекристаллизации для УДП и их смесей. /

Параметры режима сварки варьируются в зависимости от габаритов деталей и требований к узлу, но в основном принимается следующие! Т=530-570°С, Р=5-20 Ш1а, 1=30 мин. Скорость нагрева 20-30°С/мин, скорость охлаждения - не более 20°С/мин.

ч Ч

. Металлографическими исследованиями установлено, что после

сварки Толщина прокладки является равномерной по всей зоне соеди-

/

нения, без дефектов и составляет не более 20 мкм. Прочность сварных соединений превышает прочность постоянных магнитов.

Испытания магнитных систем^ изготовленных по данной технологии, показали:, а) обеспечивается надежность крепления магнитных систем' к объекту в горизонтальной и вертикальной плоскостях в диапазоне частот (0,5-25)Гц, амплитуд ¿(0-2) мм при ускорении до 49 М/с^; б) стабилизируется силовая характеристика в диапазоне температур эксплуатации (-20 ♦ +400)°С.

Кроме того, использование диффузионной сварки через Порошковые прокладки позволил, упростить конструкции магнитных систем, резко снизить металлоемкость и трудоемкость их иг-'отовления.

Для реализаций данной технологии- в промышленности разработана и используется специализированная многоместная оснасиа для сборки и сварки магнитных- систем, использующая эффект цанги-. '

Диф$.узионная сватжа тнстгрумеита.- Прочность соединения твер-" ды? сплавов со сталями вошногом зависит от качества подготовки соединяемых поверхностей, и прежде всего от отклонения их от параллельности и шероховатости. Поэтому их сварка'ведется через пористые усаживаемые промежуточные прокладки, обеспечивающие сведение к минимуму отклонение габаритных .размеров от требуемых.

фи изготовлении режущего ¡инструмента и ^штампов сварку твердого сплава ВКб (состав 94^/0 т>'6%(1о) со сталями 35 и У8 производили через прокладку состава Этот »же состав использован при сварке сплава БК20 ( состав;203бСо). Параметры режима сварки ;Т=850-900°С, Р=10-Г5 КПа, ^ -30 «сяк. I прочность на ря зрыв 6^=600-900 МПа, разрушение происходит-по твердому-сплаву.

Яри сварке твердого сплава со етадеши с «отользевадаем прокладок из смесей УДП никеля и кобальта в результате взяажной диффузии соединяемых элементов образуется переходная -зона, <в -формировании которой принимают участие практически-все элементы соединяемых материалов. Наибольшую активность в формировании переходной зоны проявляет никель, который способен диффундировать в сплав на 25 -30 мкы. В результате этого, с одной стороны, происходит замещение Со в сплава на никель; зерна карбвда вольфрама при этом частично растворяются в никеле, с другой стороны - происходит интенсивное развитие диффузионных процессов между кобальтом в сплаве и кобальтом в прокладка.

основные вывода. •

I. Анализ литературных данных, изучение особенностей применяемых материалов, требований к технологии их соединения свидетельствуют, что разрабатываемая технология должна быть прецизионной (для получения соединений без накопленной остаточной макроскопической деформации), осуществляться при невысоких температурах ( для

предотвращенця необратимых пс терь исходных электрофизических характеристик), окончательной (без последующей тврио- и механической , обработки) и обеспечить изготовление изделий высокого качества с заданными свойствами, Ковесташ технологические процессы склейки, пайки и диффузионной сварки в ряде случаев не гарантируют требуемую прочность, реализуются при высоких температурах или связаны с объемной деформацией соединяемых материалов. Для этого перспективно использовать высокоактивные порошковые промежуточные прокладки.

2. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили коордкнально решить проблему получения низкотемпературного диффузионного соединения разнородных материалов. Показано, что в условиях заданного снижения температуры нагрева деталей нехватка теплоты в зоне контакта прокладки со свариваемыми поверхностями восполняется за счет поверхностной энергии, накопленной в высокоактивной порошковой промежуточной прокладке. Расчеты показали, что надлежащее качество соединений можно получить при плотности поверхностной энергии в сечении сварного шва не менее 78,4"Дж/ш|"\ При соблюдении заданных условий формирование соединений протекает с.общими законами твердофазного спекания УДЛ и их припекания к свариваемым поверхностям.

3. Для повышений запаса поверхностной энергии (а значит, для повышения дисперсности и увеличения удельной поверхности) в смесях УДЛ необходимо применять динамический режим, заключающийся

в том, что в процессе пиролиза формиатов проводится терыоциклирова-ние в диапазоне ТПИр+2ТПИр, причем скорость охлаждения выше""скорос-ти нагрева, и постоянное перемешивание реакционных масс, Разработ-; ка и внедрение технологического процесск, основанного на этом принципе, обеспечило получение УДЛ с Б >15.м^/г.

«У п

4. Для получения сварного шва с равномерной толщи 'ой и пяс-чостью и облегчения нанесения промежуточных прокладок на свари-

• -32- . ч

ваеыыэ поверхности сложной конфигурации целесообразно использовать" ее „в виде пористой ленты, получаемой прокаткой УДП смесей. При атом шероховатость поверхности ленты а шероховатость свариваемых поверхностей должна находиться в строго определенном*соотношении. Установлено такжн, что зависимости прочности сварных соединений от толщины и пористости прокладки носят экстремальный характер.

5. Максимальная механическая прочность сварных соединений может быть получена при использовании промежуточной прокладки, Частицы порошка которой имеют размер менее 0,01 мкм и удельную поверхность не ниже 15м2/1г, и представляет собой УДП, полученный из механической смеси формиатов при соотношении компонентов, соответствующем их максимальной взаимной диффузии.

\

6.\На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны и внедрены в производство технологические процессы соединения магнитнотвердых и магннтномягких материалов, твердых сплавов со сталями низкотемпературной диффузионной сваркой через высокоактивные порошковые прокладки бех изменения исходньрс свойств ■материалов., без «х макроскопической деформации.

7. Разработан « действует в отрасли авиационного приборост-

-1

роения ОСТ 180445-90 "Низкотемпературная диффузионна» сварка магнитных систем я сборочных единиц приборов с применением промежуточных прокладок. ТГП".

8.. На основании проведенных расчетов и экспериментальных исследований определены необходимые конструктивные решения оборудования и их узлов для реализации разработанной технологии получения прецизионных сварных соединений, получения смесей УДП с высокими дисперсностью и удельной поверхностью, а также специализированного оборудования и узлов для прокатки порошковых лент с нанесением на их поверхность защитных покрытий.

- за -

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Каракозов Э.С., Паиаетов В,Г., Тарлавский В.Э., Люшинс-кий A.B. Диффузионная сварка магнитных материалов через пористые прокладки из прокатанных лент. Сварочное производство, №10, 1964, с.16-20.

2. Каракозов Э.С., Люшинский A.B., Ланаетов В.Г. Установка и оснастка для диффузионной сварки магнитных материалов. Сварочное производство, )Р5, 19Ь7, с.22-23. ,

3.Люшинский A.B., Каракозов Э.С. Диффузионная сварка j. инородных материалов с применением пористых промежуточных прокладок. В сб."Научно-технические достижения", №3, 1989, с.3-6.

4. Люшинский A.B. Перспективы применения диффузионной сварки в приборостроении. Авиационная промышленность,ИО, 1969,. с.25-27.

5. Люшинский A.B. Диффузионная сварка разнородна материалов через смеси ультрадисперсных порошков металлов. В сб."Научно-технические достижения", *2, 1990, с.16-19,

6. Люшинский A.B. Получение ультрадисперсных порошков металлов. В сб."Научно-технические достижения",Ш, 1990, с.17-19.

'7. Люшинский A.B., Хохлачева Н.М., Падерно В.Н. Получение тонких пористых лент и кинетика их спекания. Порошковая металлургия, М, 1991, с.20-24. ' ' '

в.Люшинский A.B. Сварка в приборостроении. Учебно-метод.по-.• собие ,-М. Отраслевая библиотека "Технический прогресс и повышрчг^ квалификации", ЦИЖК mAil, 1992 , 86с; ~ - '

9. Хохлачева Н.И., Люшинский A.B., Падерно В.Н. и др.Получение и исследование смесей ультрадисперсных порошков меди, никеля, кобальта. Порошковая металлургия, .W, 1992, с.5-9. •

10. Люшинский A.B. Диффузионная сйарка через промежуточные прокладки на^основе смесей УДП металлов. Часть I. Получение промежу-,

- Заточных прокладок на основе УДД никеля, меди, кобальта. Сварочное производство, №11, 1992, с.22-27.

11. Люшинский A.B. Диффузионная сварка через промежуточные прокладки на основа смесей УДЯ металлов. Часть *2. Кинетика спекания под давлением порошковых: промежуточных прокладок. Часть 3. Кинетика образования сварного соединения через порошковые промежуточные прокладки. Там же, »12. 1992, с.16-22.

12. Толстая М.А., Хохлачева Н.М.,,Люшинский A.B. и д^з. Получение и свойства лент, изготовленных из УДИ никеля и кобальта.'В сб.

• "Мелкозернистые порошковые материалы", Киев, ЙПМ АН УССР, 1966, с.161-165. ' .

13.Люшинский A.B., Каракозов Э.С., Ланаетов В.Г., Власор £.Н. Диффузионное процессы при сварке через пористые промежуточные прокладки. В кн "Достижения и перспективы развития.диффузионной сварки", Тезисы докладов 12 ЗНГК, М : ЩЦТЛ, 19Ш1, с.82.

14. Люшинский A.B., Хохлачева Н.М., Каракозов Э С. Формирование свойств промежуточных прокладок для диффузионной сварки разнородных материалов. В кн.:"100 лет методу Славянова и проблемы со' временной сварки". Тезисы доклада ВНТК, Пермь, Ш1И, 1968, с.84.

15. Люшинский A.B., Каракозов Э.С., Хохлачева Ч.М. Промежуточные прокладки для диффузионной сварки разнородных материалов. В сб."X Всесоюзная конференция по сварке разнородных материалов", киев,'ИЗС.им.Яатона, 1990, с.64-65. ' - , .

16. Люшинский A.B., Каракозов Э.С., Хохлачева Н.М.,Левина В.В. Применение улмрадиспэрсных систем при диффузионной сварке материалов. В кн."П Всесоюзная Ю "Физикохимия ультрадисперсных систем", Юрмала, 198-9, с. 166-167.. - |

' 17, Люшинский A.B. Особенности прокатки УДП металлов. В кн. "ХУД ВНТК по проблемам порошковой металлургии", Киев, 'МЫ АН iCCP, -1991, ¿,40.

16. Лшинский A.B., PuiOHKOB Д И , Левина З.В. влияние состава промежуточных прокладок на структуру зоны соединения. В кн. "Достижения и перспективы развития диффузионной сварки" (материалы ХШ БНТК. U.: ¡ДОЛ, 1990, с 94-96.

19. Лшинский A.B. Порошковые промежуточные прокладки в тех- • нологии диффузионной сварки. Там же, с.96-97.

20. A.c. Ш4220 - Способ диффузионной сварки магнитных материалов -Каракозов Э.С., Ланаетов В.Г., Власов E.H., Лвшинск'-Ч A.B.

- не публикуется,

2Г. A.c. И051632 - Устройство для сдавливания деталей при диффузионной сварке - Ланаетов В.Г., Лшинский A.B., Ставро'в A.M., Гарбузов В.Н.- не публикуется.

22. A.c. №1104749 - Устройство для подачи порошка в валки прокатного стана - Каракозов З.С., Ланаетов Б.Г., Митин 5.С., Лю-аинский A.B.- не публикуется.

23,. А. о. 1ОД495П (СССР) - Способ получения высокодисперсных порошков металлов ц устройство для его осуществления - Ланаетов В.F., Люшинокий A.B., Гарбуаов В.Н. - .не публикуется.

24. A.c. JP222998 (Ч01Р) - Способ диффузионной сварки магнитных материалов - Каракозов 3J3., Ланаетов В.Г., Власов E.H., Люшин-ский A.B. и др.- 1984г1

25. A.c. №1309433 (СССР) -Способ диффузионной сварки магнитных материалов - Ланаетов В.Г., Лшинский/A.B. - не публикуется.

26. A.c. №1380083 (СССР) - Способ получения порошков метилов - Лшинский A.B., Хохлачева Л.Мд, Тарлавский B.c. и др. не публ,

27. A.c. №1417306 (СССР) - Способ изготовления ленты из дисперсных металлических порошков и устройство дтя его осуществления -.Лшинский A.B., Караэдзоз 3.Ç,, ^арлавский В.Э. - не публикуется.

28. A.c. Jfï4F9№ (ССОР) з Способ вдгр^оадения пористой дед» •гы на основе УДЛ НИЖШ - Люшинокий А ,В,,• = Ht ПуЙДР-

-3$ - V

29. А.с.№1416019 (СССР( - Способ диффузионной сварки через * промежуточные прокладки - ТарлавскиЙ В.Э., люшинский A.B. и др,

30. А.с.№1432910 (СССР) - Способ получения У/Ч и устройство для его осуществления -.Явлинский A.B.»Фролов А.46. - не публик'.

31. А.с.№1455509 (СССР) - Способ диффузионной сварки через промежуточные прокладки - Люшинский A.A. - не публикуется.

32. А.с.№1451992 (СССР) - Способ получения металлических порошков - Люшинский A.B., ТарлавскиЙ В.Э.'," Гарбузов В.Н,- не публ.

. > '

33. А.с.№1497671 (СССР) - Способ диффузионной сварки магнитных материалов - Лшинский A.B., Каракозов Э.С., Хохлачева Н.М.

\34.. А.с.№1460855 (СССР) - Способ-диффузионной сварки оптических материалов - Каракозов Э.С., Лшинский A.B. и др.- не публ.

35.. А,с.№1522369 (СССР) - Компактная прокладка - Тихонова И, Трифонов В.А., Лшинский A.B. и др. -'не публикуется.

36. А.с.№1561363 (СССР) - Устройство для диффузионной сварки - Лшинский A.B., ТарлавскиЙ В.Э., Казаков В.К,- не пуликуется.

37. A.C.M65I5I5 (СССР) - Способ соединения монокристалли-v ческих материалов с металлами и между собой - Благов Н.Ю., Нанае-

тов В Г., Люшинский A.B., Ефимов Е.И., Ымтин Б.С. - не публикуется.

36. А:с.№1704365 (СССР) -.Ус- товка диффузион-'ой сварки -лшинский A.B., Степанов Ю.Ф - не публикуется.

39. A.c.*l;ü06ö6 (СССР) - Устройство для диффузионной сварки - люшинский A.B..-у-не пуб" икуется.

40. П.р. по заявке Н5дг636 - Способ диффузионной сварки керамики - Люшинский A.B. - ,

•i ' 41. П.р. по заявке Мб36294 - Способ диффузионной сварки -Люшинский A.B., Ршонков-Д.И,., Левина З.В.

42. Д.р. по: заявке №4936097.- Способ диффузионной сварки ме-; таллов -.'Люшинский А.В, Каракозов Э.С., Рыжонков д.И., Левина В.В. ; - ь 43; Я .р. по заявке lJ U/P322P/3260I2 (германия) - способ полу-

чения ультрадисперсных металлических порошков и устройство для его осуществления - Лшинсхий A.B., Фролов А.Ф.

44. П.р. по заявке tJpV • SS9-89 (ЧСФР) - Способ получения ультрадисперсных металлических порошков и устройство для его осуществления - Люшинский A.B., Фролов А.Ф.

45. П.р. по заявке >JWP323K/2959530 (Германия) - Способ диффузионной сварки магнитных материалов - Люшинский A.B., Ланаетов В.Г.

46. Яр. по заявке flPV ^979-66 СЧСФР) - Способ диффузионной сварки магнитных материалов -Люшинский A.B., Панаетов В.Г.

4". Я.Р. по заявке F"6950 (Болгария) - Способ диффузионной сварки магнитных материалов - Люшинский A.B., Панаетов З.Г.

46. Л.р. по заявке fJWPB22P/33527I4 (Германия) - Способ получения прокатанной ленты из дисперсных порошков металлов и устройство для его осуществления - Люшинский A.B., Каракозов Э.С., Тар-лавский В,Э.

49. Л.р. по заявке KpV 6639-89 (ЧСФР) - Способ получения прокатанной ленты из дисперсных порошков металлов и устройство для его осуществления - Люшинский A.B., Каракозов Э.С., Тарлавский В.Э.

50. Л.Р. по заявке .№90546 (Болгария)- Способ получения прокатанной ленты из дисперсных порошков металлов и устройство для его осуществления - Люшинский A.B., Каракозов Э.С., Тарлавский З.Э.

51. Л р. по заявке tíWP322P/3352747 (германия)- Способ изготовления пористой ленты - Люшинский A.B., Гарбузов В.Н.

52. Л.р. по заявке 6640-69 (ЧСФР) - Способ изготовления пористой ленты - Люшинский A.S., Гарбузов В.Н.

53. Л.р. по заявке JF90547 (Болгария) - Способ ..изготовления^ пористой ленты - Люшинский A.B., Гарбузов В.Н.

54. DiiXuaicn welding oí metallic and non-metallic materials by meanз oí íine metal powder.-BABS 6th. International conference "High technology joining", 1991, England,