автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Получение и исследование слоистых композиционных материалов на основе диффузионного соединения разнородных металлов и сплавов

На правах рукописи 00501в38'

ФОМЕНКО Оксана Юрьевна

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ДИФФУЗИОННОГО СОЕДИНЕНИЯ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

05. 16. 06. «Порошковая металлургия и композиционные материалы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 МАЙ Ш1

Красноярск 2012

005016387

Работа выполнена на кафедре «Материаловедения и технологии обработки материалов» ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Михеев Анатолий Анатольевич

Официальные оппоненты:

Лямкин Алексей Иванович, доктор физико-математических наук, профессор; Сибирский федеральный университет / кафедра «Нанофазных материалов и на-нотехнологий», заведующий кафедрой

Прокопьев Сергей Викторович, кандидат технических наук, доцент; Сибирский государственный аэрокосмический университет им. акад. М.Ф. Решетнева / кафедра «Сварка летательных аппаратов», доцент кафедры

Ведущая организация: ОАО «Красмаш» (г. Красноярск)

Защита состоится «25» мая 2012 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.099.19 при Сибирском федеральном университете по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26 в ауд. УЖ 115.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Сибирского федерального университета».

Автореферат разослан 24 апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Виктор Ефимович Редькин

Актуальность работы

Получение слоистых композиционных материалов (СКМ) для деталей и узлов машин, конструкций из них, на основе металлических материалов, является актуальной проблемой для машиностроения, металлургии, авиационно-космической, радиотехнической и других отраслей промышленности. Одним из путей решения которой является получение СКМ диффузионным соединением, позволяющим создавать конструкции из материалов со свойствами, недостижимыми другими способами соединения. Основной вклад в формирование и развитие теории и практики диффузионного соединения внесли такие ученые, как Шоршоров М.Х., Гегузин Я.Е., Балыпин М.Ю., Каракозов Э.С., Казаков Н.Ф, Кошошков Г13. и др.

Большинство СКМ, полученных диффузионным соединением, хорошо изучены, при этом основное внимание уделено прочностным и эксплуатационным свойствам.

Недостаточно исследованы процессы объемного диффузионного взаимодействия и фазообразования в переходной зоне. Практически отсутствуют данные по коэффициентам взаимной диффузии химических элементов при температуре соединения и критерии достаточности для ширины переходной зоны, необходимых для проектирования и создания СКМ с заданными прочностными свойствами. А также отсутствует методика расчета основных параметров технологических режимов, которая позволила бы сократить объем расчетных и экспериментальных работ на стадии подготовки производства СКМ диффузионным соединением.

Поэтому исследования физико-химических процессов на границах раздела в СКМ, микроструктуры и распределения химических элементов в переходной зоне являются актуальной задачей при создании конструкций из разнородных металлов и сплавов и разработке методик расчета технологических режимов.

Целью диссертационной работы является получение и исследование слоистых композиционных материалов с заданными прочностными свойствами на основе диффузионного соединения разнородных металлов и сплавов: БрХ08-{№-Р)-БрХ08; М1-сталь 45; ВТ14-7гКе;ВТ14-Та-^едьМ1-12Х18Н10Т.

Основные решаемые задачи:

— получение СКМ диффузионным соединением тугоплавких материалов с пластичными материалами и тугоплавких с тугоплавкими и исследование их микроструктуры;

— исследование фазообразования и диффузионных процессов на границе раздела соединений металлических материалов;

— изучение концентрационного распределения химических элементов в СКМ и определение ширины переходной зоны;

— расчет коэффициентов взаимной диффузии в переходных зонах соединений металлических материалов;

— изучение механических свойств СКМ;

— определение критерия достаточности для ширины переходной диффузионной зоны при проектировании и создании СКМ с заданными прочностными свойствами;

— разработка инженерной методики расчета времени изотермической выдержки при получении СКМ диффузионным соединением металлов и сплавов.

Методы исследования

Для решения поставленных задач использовались методы оптической и электронной микроскопии; энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа, стандартизованные методы испытаний и исследования механических свойств.

Научная новизна

1. Исследованы процессы объемного диффузионного взаимодействия на межфазных границах СКМ и рассчитаны коэффициенты взаимной диффузии

химических элементов Cu-Ni, Fe-Cu, Ta-Ti, Ti-Zr по ширине переходных зон СКМ.

2. Впервые установлены зависимости коэффициентов взаимной диффузии от концентрации химического элемента для СКМ: БрХ08-(№-Р)-БрХ08, М1-сталь 45, BT14-ZrRe, ВТ14-Та, включая крайние участки переходной зоны с минимальной концентрацией компонентов.

3. Установлен критерий достаточности для ширины диффузионной переходной зоны при проектировании и создании новых СКМ на основе тугоплавких металлов и сплавов с заданной прочностью соединения.

Практическая значимость

1. Получены СКМ: БрХ08-(№-Р)-БрХ08; М1-сталь 45; BT14-ZrRe; ВТ14-Та-Медь М1-12Х18Н10Т диффузионным соединением разнородных металлов и сплавов.

2. Получено авторское свидетельство на программу для расчета коэффициентов взаимной диффузии химических элементов по ширине переходной зоны, которая апробирована на СКМ: БрХ08-№Р-БрХ08; М1-сталь 45; ВТ14-ZrRe; ВТ14-Та.

3. Разработана методика расчета времени изотермической выдержки при получении СКМ методом диффузионного соединения металлов и сплавов, которая позволяет значительно уменьшить количество необходимых экспериментов при создании новых СКМ.

4. Основные результаты работы используются в учебном процессе СФУ при изучении дисциплин «Методы структурного анализа, контроль качества материалов и изделий», «Механические и физические свойства материалов и изделий».

Достоверность полученных результатов базируется на основных положениях физики твердого тела, материаловедения, а также обеспечивается использованием современных методов исследований и обработки полученных результатов.

Личный вклад автора

Общая научная идея, цель и задачи исследований, методики исследований предложены и сформулированы совместно с научным руководителем. Автором проведены экспериментальные исследования, проанализированы результаты исследований, предложена методика расчета времени изотермической выдержки при получении СКМ диффузионным соединением металлических материалов. При участии автора разработана программа для расчета коэффициентов взаимной диффузии химических элементов.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука» (Красноярск, 2007, 2010), на VI Московской Международной конференции «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов» (Москва, 2009), на XIII Международном междисциплинарном симпозиуме "Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах" ОМА-13, (Сочи - п. Лоо, 2010).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 3 статьи в периодических изданиях по списку ВАК, 3 тезисов докладов на Международной и Всероссийских конференциях, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации

Диссертация объемом 105 страниц состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 36 рисунков, 17 таблиц, список литературы включает 123 наименований литературных источника.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, поставлены цель и задачи, показана научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведен обзор и анализ научно-технической литературы по СКМ и диффузионному соединению металлов и сплавов. Рассмотрены области применения СКМ, достоинства и недостатки, основные параметры технологического процесса диффузионного соединения. Основной вклад в формирование и развитие теории и практики диффузионного соединения внесли такие ученые, как Шоршоров М.Х., Гегузин Я.Е., Бальшин М.Ю., Каракозов Э.С., Казаков Н. Ф., Конюшков Г. В.

Изучена классификация промежуточных прослоек, применение которых позволяет компенсировать разницу в коэффициентах термического линейного расширения материалов СКМ, исключить образование интерметаллидов, снизить температуру и давление процесса получения диффузионного соединения, особое внимание уделено использованию никель-фосфорных прослоек. Рассмотрены основные стадии образования диффузионного соединения (по Ю. Л. Красулину, Г. В. Конюшкову, Р. А. Мусину) - формирование физического контакта, активация контактных поверхностей и развитие объемного взаимодействия. Проанализирована кинетическая схема процесса диффузионного соединения, позволяющая систематизировать результаты исследований в этой области, а также проанализированы графические методы Матано и Холла для определения коэффициентов взаимной диффузии.

Во второй главе приведена методика получения СКМ диффузионным соединением на универсальной вакуумной установке мод. СДВУ50. Представлена обобщенная методика изготовления шлифов на комплексе подготовки образцов для исследований методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного микроанализа, включающем: высокоскоростной линейный прецизионный отрезной станок IsoMet 5000 для резки образцов; установку Beta Grinder-Polishes для изготовления шлифов; установку Precision Etching Coating System для выявления микроструктуры методом ионного травления. Микроструктуру изучали на оптическом микроскопе NIKON ECLIPS LV 100 при увеличении от хЮО до х2500, в сканирующих электронных микроскопах

(СЭМ) HITACHI ТМ1000 и JEOL JSM 7001F при увеличениях от хЮО до х50000. Распределение химических элементов в переходной зоне соединений определяли с помощью энергодисперсионного спектрометра фирмы Oxford Instruments, входящего в состав СЭМ JEOL JSM 7001F.

Также в главе представлены методика определения микротвердости царапанием алмазным наконечником (ГОСТ 21318-75); методика испытаний на растяжение (ГОСТ 1497).

В третьей главе приведены характеристика металлических материалов, режимы изготовления образцов и результаты исследования СКМ тугоплавких металлов и сплавов с тугоплавкими и пластичными (таблица 1), полученных диффузионным соединением.

СКМ БрХ08—(Ni-P)-BpX08, М1-сталь 45, BT14-ZrRe выбраны как модельные, результаты исследования этих композитов используются в расчетах коэффициентов взаимной диффузии химических элементов и продолжительности процесса диффузионного соединения. СКМ БрХ08-БрХ08 получен через прослойку Ni-P, способствующую снижению температуры соединения. СКМ ВТ14—Та-Медь Ml-12 Х18Н10Т применяется в промышленности.

На полученных СКМ на приборе ПМТ-ЗМ определена микротвердость соединяемых материалов и переходной зоны (рисунок 1). Так как ширина переходной зоны меньше или соизмерима с диаметром отпечатка индентора, использовался метод царапания (ГОСТ 21318-75), нагрузка на индентор была выбрана минимальной и составляла для образцов: БрХ08-(№-Р)-БрХ08 - 3 г, ВТ14-Та, BT14-ZrRe - 2 г.

Микротвердость переходной зоны СКМ БрХ08—(№Р)-БрХ08 превышает микротвердость соединяемых материалов, что объясняется наличием в переходных зонах СКМ химических соединений Ni3P, Cu3P, имеющих более высокую микротвердость, чем соединяемые материалы.

Микротвердость переходной зоны больше микротвердости соединяемых материалов в СКМ ВТ14-Та, так как в переходной зоне образуются твердые растворы на основе модификаций а-, р-Тл и Та.

Таблица 1 — Технологические режимы получения СКМ

№ СКМ, химический состав Режимы диффузионного соединения

температура, К время изотермической выдержки, мин давление, МПа

Модельные СКМ

1 БрХ08-(№-Р}-БрХ08 (Си-0,8%Сг)-(Ы1-Р)—(Си-0,8%Сг) 1033 10 10

2 М1-сталь 45 (99,9%Си) - (99,55%Ре-0,45%С) 1123 10 5

3 ВТ14-ггЯе (90%П-5%А1-2%У-3%Мо) -(97,45%2г-2,55%Яе) 1273 10 10

СКМ, применяемый в промышленности: ВТ14-Та-Медь М1-12Х18Н10Т

4 ВТ14 - Та (90%Т1-5%А1-2%У-3%Мо) -(99,9 %Та) 1373 12 14

5 Та-М1 (99,9 %Та) - (99,9%Си) 1123 12 14

6 М1-12Х18Н10Т (99,9%Си) - (0,12%С-18%Сг-10% Ш-1% П-58,9%Ре) 1173 15 10

В СКМ ВТ14—ZrRe микротвердость переходной зоны меньше микротвердости ВТ14 и равна микротвердости сплава ZтRe, переходная зона состоит из непрерывного ряда твердых растворов а-Т], а-2г.

Для обоснования времени изотермической выдержки получения СКМ сталь 45-М1 были проведены испытания на растяжение на цилиндрических образцах. Соединения получены при постоянных параметрах: температура — 1123 К, давление 5 МПа; время изотермической выдержки варьировалось в диапазоне от 5 до 20 мин. Фрактограммы разрушения образцов и концентрационные кривые распределения химических элементов в переходных зонах сталь 45-М1 приведены на рисунке 2.

Рисунок 1 - Микротвердость соединяемых материалов и переходной зоны СКМ

Повышение времени изотермической выдержки приводит к росту общей площади участков схватывания (рисунок 2, а, в, д), а также увеличению ширины переходной зоны (рисунок 2, б, г, е), что сопровождается ростом прочности получаемого СКМ (рисунок 3). Прочность соединения достаточна уже при времени, равном 10 мин, поэтому повышение продолжительности изотермической

выдержки до 15-20 мин для данного СКМ сталь 45-М 1 не целесообразно, т. увеличение выдержки может привести к росту зерна СКМ и переходной зоны.

3 о

« и

В- <->

£ щ

И ЕГ

V к

0 12 3

Линия сканирования, мкм

0 2 4

Линия сканирования, мкм

а е

Рисунок 2 - Фрактограммы разрушения и концентрационные кривые распределения химических элементов в переходной зоне СКМ медь М1-сталь 45, полученных при времени изотермической выдержки: а, 6-5 мин; в, г - 10 мин; д, е - 15 мин

1 2 3 4 5 6 7

Линия сканирования, мкм

от времени изотермической выдержки сталь 45 - медь М1

Для определения ширины переходной зоны на шлифах СКМ методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного микроанализа (МРСА) была изучена микроструктура и получены характеристические рентгеновские спектры химических элементов в точке, по линии и сетке, при этом длину линии и шаг сканирования выбирали индивидуально для каждого образца СКМ. По данным МРСА были построены концентрационные кривые распределения химических элементов в СКМ, по которым определена ширина переходной зоны.

Формирование переходной зоны М1 — сталь 45 происходит вследствие взаимной диффузии меди и железа, при взаимодействии которых образуются твердые растворы на основе a-Fe, s-Cи. Ширина переходной зоны М1-сталь 45 - 4,2 мкм (рисунок 4, а, б).

СКМ ВТ14-Та-Медь М1-12Х18Н10Т применяется в промышленности. При изучении переходных зон этого композита были получены следующие результаты.

В сплаве ВТ14 алюминий стабилизирует a-фазу титана, образуя твердый раствор Al с a-Ti, повышая жаропрочность. Элементы из группы Р-

стабилизаторов, в которую входят Мо и V, упрочняют титан и повышают жаропрочность, образуют а- и высокотемпературную Р-фазы.

а б

Рисунок 4 - СКМ М1-сталь 45: а - микроструктура; б - концентрационные кривые распределения химических элементов в переходной зоне

Микроструктура соединяемых материалов и переходной зоны диффузионного соединения ВТ14-Та приведена на рисунке 5, а, следует отметить уменьшение размера зерна в переходной зоне.

1 2 3 4 5 Линия сканирования, мкм

е 100 § 80

к о 60

з а

к з

х 3 40

§ н"

3 5 20 & §

о т

а

а

¡2 Длина сканирования, мкм

А1 и Мо ........ж.......ха

а б

Рисунок 5 - Соединение ВТ14-Та: а - микроструктура переходной зоны; б - концентрационные кривые распределения химических элементов в переходной зоне

Концентрационные кривые распределения элементов в переходной зоне, построенные по результатам МРСА приведены на рисунке 5, б. Формирование соединения ВТ 14—Та происходит вследствие диффузии всех имеющихся в соединяемых материалах химических элементов, однако, главная роль в этом принадлежит танталу и титану. Тантал по свойствам близок к титану и при взаимодействии между ними образуются твердые растворы на основе модификаций а-, Р-Т1 и Та, наличие и распределение фаз зависит от концентрации Та в переходной зоне. Ширина переходной зоны составляет 2 мкм (таблица 2).

Таблица 2 - Ширина переходной зоны, полученных СКМ

№ СКМ, Длина линии ска- Шаг Химические эле- Ширина

диффузионное нирования хими- скани- менты, форми- переходной

соединение ческого состава, рования, рующие переход- зоны,

мкм мкм ную зону мкм

1 БрХ08-(МьР) 6,0 0,2 Си/№ 4,4±0,3

2 (№-Р)—БрХ08 6,0 0,2 №/Си 4,4±0,3

3 М1-сталь 45 7,0 0,2 Си/Ре 4,2±0,5

4 ВТ14—гг!1е 120,0 1 Т\/7х 36,0±3,0

ВТ 14—Та—Медь М1-12Х18Н10Т

5 ВТ14-Та 3,5 0,1 Т1 / Та 2,1±0,2

6 М1-Та 4,2 0,15 Си/Та 1±0,1

7 М1-12Х18Н10Т 4,1 0,1 Си /Те 2,5±0,2

Соединение Та-М1 было осуществлено без промежуточной прослойки. Из диаграммы состояния Си—Та следует, что эти химические элементы практически не взаимодействуют друг с другом, формирование соединения в данном случае протекает в два этапа: это — активация поверхностей и последующее образование металлических связей, третьей стадии - объемного взаимодействия в этом случае не будет. То есть, процесс диффузионного соединения на второй

стадии считается завершенным. В данном случае, при соединении пластичного металла (Си) с твердым (Та) упрочнение мягкого металла в контактной зоне приводит к локализации разрушения вне стыка и достижению равнопрочности, чему способствует повышенное давление - 14 МПа.

Небольшое по ширине диффузионное соединение - около 1 мкм (рисунок 6) - формируется, в большей мере, за счет образования атомами металлических связей на активированных поверхностях соединяемых металлов и в меньшей - незначительной взаимной диффузией компонентов.

Ширина переходной зоны, равная 1 мкм, не гарантирует получение прочного СКМ. Поэтому для повышения прочности и надежности СКМ ВТ14-Та-Медь М1-12Х18Н10Т предлагается заменить тантал на другой химический элемент, который взаимодействует с титаном и медью с образованием твердых растворов.

Рисунок 6 - Соединение Та-М1: а - микроструктура переходной зоны; б— концентрационные кривые распределения химических элементов в переходной зоне

Такие металлы, как N1, Аи, А1 используются в качестве промежуточных слоев при создании СКМ с требуемыми свойствами. Однако при анализе диаграмм состояния было выявлено, что N1, Ag, Аи, А1 взаимодействуют с ме-

дью и титаном с образованием интерметаллидов и химических соединений: система Ni-Ti - Ti2Ni, TiNi, TiNi3; система Ag-Ti - твердых растворов на основе Ag, a-Ti, ß-Ti и двух соединений AgTi, Ag2Ti; система Ti-Au - Ti3Au, TiAu, TiAu2 и TiAu4; система Al-Ti - Ti3Al, Ti2Al, TiAl6 и TiAl2.

Наиболее подходящим для соединения ВТ14-Медь Ml является ванадий, при взаимодействии которого с Ti и Си образуются твердые растворы на основе a-Ti, ß-Ti, V, s-Cu, интерметаллидов в данных системах не обнаружено. Поэтому для формирования достаточной по ширине и прочности переходной зоны рекомендуется заменить в соединении ВТ14-Та-Медь М1 тантал на ванадий.

Микроструктура диффузионного соединения М1-12Х18Н10Т и концентрационные кривые распределения химических элементов в переходной зоне приведены на рисунке 7. Установлено, что в диффузионном массообмене через границу раздела участвуют основные химические элементы: медь, железо, хром. Ширина переходной зоны составляет 2,5 мкм.

Химические элементы, вносящие основной вклад в формирование переходных зон СКМ, ее ширина приведены в таблице 2.

Рисунок 7 — Микроструктура соединения М1—12Х18Н10Т и концентрационные кривые распределения химических элементов в переходной зоне

Выявлено, что в СКМ БрХ08-(М-Р)-БрХ08; М1-сталь 45; ВТ14-2гЯе; ВТ14-Та; М1-12Х18Н10Т - компоненты (по массе), вносящие основной вклад в формирование ПЗ, взаимодействуют в твердом состоянии с образованием твердых растворов и химических соединений; в соединении Та—М1, компоненты которого практически не проявляют взаимную диффузию, формирование соединения заканчивается второй стадией - активацией поверхностей, образованием металлических связей и незначительной диффузией по границам зерен. Поэтому для формирования достаточной по ширине и прочности переходной зоны рекомендуется заменить в соединении ВТ14-Та—Медь М1 тантал на ванадий.

Установлено, что размер переходных зон для полученных СКМ варьируется в диапазоне - от 1 до 39 мкм, что объясняется интенсивностью взаимной диффузии компонентов.

В четвертой главе рассчитано время изотермической выдержки получения СКМ БрХ08-(№-Р}-БрХ08, ВТ14-7г11е, ВТ14-Та и разработана методика расчета времени изотермической выдержки при диффузионном соединении металлов и сплавов.

Основные параметры технологического процесса диффузионного соединения - температура, время и давление - определяются природой соединяемых материалов и требованиями, предъявляемыми к получаемому соединению по механическим и эксплуатационным свойствам. Продолжительность изотермической выдержки диффузионного соединения рассчитывается по формуле:

*2

' 4 и25 О)

)

где х — расстояние, на которое диффундирует атом от границы Матано, м; -О - коэффициент взаимной диффузии, м2/с; и - интеграл ошибок Гаусса.

Для расчета необходимы данные по ширине переходной зоны, коэффициентам взаимной диффузии и интегралу ошибок Гаусса.

Для определения коэффициента взаимной диффузии была разработана программа, написанная на языке Delphi. В основу положен графический метод Матано и формула для расчета коэффициентов взаимной диффузии (2):

где х — расстояние, на которое диффундирует атом от границы Матано, м; хм — координата плоскости Матано; С — концентрация компонента, масс. %; время изотермической выдержки, сек.

Коэффициенты взаимной диффузии рассчитаны в разработанной программе для С КМ: БрХ08-{№-Р)—БрХ08, М1-сталь 45, ВТ14-2гЯе, ВТ14-Та (таблица 4), зависимость их от концентрации приведена на рисунке 8. Максимальный коэффициент диффузии на графиках соответствует плоскости Матано.

Разработанная программа позволяет рассчитать коэффициенты взаимной диффузии не только средней части концентрационной кривой распределения химических элементов, но и у краев, при малых концентрациях, вследствие набора большого количества спектров характеристического рентгеновского излучения при малом шаге сканирования химического состава переходной зоны.

С использованием экспериментальных данных было рассчитано время изотермической выдержки для СКМ БрХ08-{№-Р)-БрХ08, ВТ14-Та, ВТ14-ZrRe (таблица 3). Для СКМ БрХ08-№Р-БрХ08 расчетное время (11 минут) незначительно отличается от экспериментального (10 минут), данные практически сопоставимы. В диффузионных соединениях ВТ14—7гБ1е, ВТ14—Та расчетное время отличается от экспериментального в 2,5-3 раза, в этом случае рас-

четное время является минимальной продолжительностью изотермической выдержки при получении СКМ.

20 40 60 80 100 Концентрация Си, масс. %

-Си ¡п N1

20 40 60 80 100 Концентрация Ре, масс. % —Ре т Си

0 20 40 60 80 Концентрация Т1, масс. % ——-И т Ъг

100

Концентрация, масс. % -Та т И

в г

Рисунок 8 — Зависимость коэффициентов взаимной диффузии от концентрации химического элемента в СКМ: а - БрХ08-№Р-БрХ08; б - М1-сталь 45; в - ВТ14—2г11е ; г - ВТ14-Та

Также время изотермической выдержки при диффузионном соединении было рассчитано по экспериментальным данным, приведенным в работах других авторов. Для СКМ 12Х18Н10Т-49К2Ф время было рассчитано с использо-

ванием О ; определенного для основных (по массе и глубине диффузии в переходную зону) элементов - Сг, Ре, Со, №, в результате чего время варьировалось от 9 до 22 минут.

Таблица 3 — Расчетное время изотермической выдержки для СКМ, полученных диффузионным соединением

№ СКМ Диф- Коэффи- Ширина Экспери- Расчетное

фувди- циент пере- менталь- время изо-

рую- взаимной ходной ное время термиче-

щий диффу- зоны, изотерми- ской вы-

эле- зии, м2/с мкм ческой держки,

мент выдержки, мин мин

1 БрХ08— (№-Р)-БрХ08 Си/№ 4,42Е-16 4,4 10 11

2 ВТИ-ггЯе ТИЪх 8,82Е-14 36,0 12 4

3 ВТ14-Та Та / Т1 2,4Е-16 2,0 12 5

При использовании Т) для Ре и № - время изотермической выдержки составило 22 минуты, что практически соответствует экспериментальному — 20

минутам. При рассмотрении О диффузии Сг и Со - 9 и 13 минут соответственно, его можно принять за минимальное для получения ширины переходной зоны 8 мкм и 10 мкм (таблица 4).

Расчетное и экспериментальное время изотермической выдержки сопоставимы. Расчетное время следует принять за минимальное, достаточное для формирования переходной зоны такой ширины, которая обеспечивает требуемую прочность СКМ.

Таблица 4 - Расчетное время изотермической выдержки для СКМ по литературным данным

№ СКМ Диф- Коэффи- Ширина Экспери- Расчетное

фунди- циент пере- менталь- время изо-

рующий взаимной ходной ное время термиче-

элемент диффу- зоны, изотерми- ской вы-

зии, м2/с мкм ческой выдержки, мин держки, мин

1 12Х18Н10Т— Сг 2.91Е-15 8 20 9

49К2Ф Бе 7,52Е-16 10 20 22

Со 2,07Е-15 10 20 13

N1 1.43Е-15 11 20 22

2 49К2Ф-М1 Си 3,03Е-16 3 20 8

3 АЦ5К5-ВТ6с А1 3,2Е-15 6 15 3

Несмотря на значительное количество работ в области получения СКМ диффузионным соединением, отсутствует обобщенная методика расчета параметров технологических режимов. Экспериментальный подбор этих параметров на образцах из требуемых материалов в условиях реального производства — трудоемкая и длительная операция, состоящая из большого количества экспериментов. Одной из задач данной работы была разработка методики расчета изотермической выдержки получения СКМ. На производстве инженер на основе известных физико-механических и химических свойств материалов, структуры, по предложенной в данной главе методике может рассчитать время изотермической выдержки.

Используя диаграммы состояния, следует выявить тип взаимодействия компонентов, входящих в состав соединяемых материалов, и фазы, образующиеся в переходной зоне при получении СКМ диффузионным соединением.

Если компоненты образуют ряд твердых растворов, то возможно создание СКМ без промежуточных прослоек. В том случае, если компоненты соединяемых материалов образуют химические соединения или интерметаллиды следует применить барьерную прослойку, компоненты которой образуют твердые растворы с компонентами соединяемых материалов.

Практика создания СКМ показала, что ширина ПЗ соизмерима со средним размером зерна с!ср, если он составляет от 3 до 15 мкм. Для СКМ, полученных диффузионным соединением металлов и сплавов с крупнозернистой структурой, ширина ПЗ принимается 7—10 мкм.

При диффузионном соединении металлических материалов в случаях, когда переходная зона равна или больше величины зерна металла, имеющего в данном соединении меньшее значение с/ср, получается СКМ с равнопрочным соединением слоев. Для инженерных расчетов времени изотермической выдержки, достаточного для получения соединения требуемой прочности, следует принять х = 1/2 с!ср. С учетом принятых допущений инженерная методика расчета времени изотермической выдержки состоит из следующих этапов:

1. Изучение диаграмм состояния с целью выявления характера диффузионного взаимодействия в СКМ.

— ряд твердых растворов — возможно создание СКМ без промежуточных прослоек;

— химические соединения или интерметаллиды — применение барьерной прослойки, образующей твердые растворы с каждым из соединяемых материалов.

2. Измерение среднего размера зерна.

Средний размер зерна материала, как правило, указывается в сертификате, если же нет, его необходимо определить микроскопическими методами в соответствии с ГОСТ 5639-82.

3. Определение коэффициента взаимной диффузии.

Коэффициент взаимной диффузии справочная величина. В случае если коэффициенты получены при температуре, отличающейся от температуры

диффузионного соединения, D определяется его экспоненциальной зависимостью от температуры.

4. Расчет времени изотермической выдержки диффузионного соединения с учетом данных, полученных в соответствии с п.п. 1—3, производится по формуле:

16 Du2 (3)

Предложенная инженерная методика расчета изотермической выдержки получения СКМ позволяет значительно сократить количество необходимых экспериментов для определения оптимального времени процесса диффузионного соединения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Получены диффузионным соединением слоистые композиционные материалы (СКМ) БрХ08-(№-Р)-БрХ08; М1-сталь 45; BT14-ZrRe; ВТ14-Та-М1-12Х18Н10Т. Исследована их микроструктура, механические свойства и определена ширина переходной зоны СКМ. Установлено, что ширина переходной зоны в полученных СКМ варьируется от 1 до 39 мкм.

2. Разработана компьютерная программа для расчета коэффициентов взаимной диффузии химических элементов по ширине переходной зоны СКМ, полученных диффузионным соединением. Программа апробирована на СКМ BpX08-(Ni-P)-BpX08, М1-сталь 45, BT14-ZrRe, ВТ14-Та.

3. Установлены зависимости рассчитанных коэффициентов взаимной диффузии пар химических элементов Cu-Ni, Fe-Cu, Ta-Ti, Ti-Zr от концентра-

ции по ширине переходной зоны, включая крайние участки с минимальной концентрацией.

4. Определен критерий достаточности для ширины переходной диффузионной зоны при проектировании и создании СКМ с заданными прочностными свойствами

5. Разработана инженерная методика расчета времени изотермической выдержки при получении СКМ диффузионным соединением металлов и сплавов.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Михеев, А. А. Исследование переходной зоны диффузионных соединений бронзы БрХ08 и меди Ml / А. А. Михеев, Г. М. Зеер, О. Ю. Фоменко, Д. С. Райпольд// «Сварочное производство», № 9, 2010, С. 18-21.

2. Михеев, А. А. Исследование микроструктуры и распределения элементов в диффузионно-сварных соединениях тантала с медью и титановым сплавом ВТ14 / А. А. Михеев, Г. М. Зеер, О. Ю. Фоменко, Д. С. Райпольд // Известия РАН. Серия физическая, 2011, том 75, № 8, С. 1157-1159.

3. Михеев, А. А. Исследование физико-химических процессов на межфазных границах диффузионных соединений титановых сплавов с медью, танталом и цирконием / А. А. Михеев, Г. М. Зеер, О. Ю. Фоменко, М. Ю. Кучин-ский, Д. С. Райпольд, О. Н. Ледяева // Journal of Siberian Federal University, том 2 №4, 2011 - С. 172-182.

Статьи, опубликованные в других изданиях:

4. Зеер, Г. М. Применение сканирующей электронной микроскопии в решении актуальных проблем материаловедения / Г. М. Зеер, О. Ю. Фоменко, О. Н. Ледяева // Journal of Siberian Federal University, том 2 № 4, 2009 - С. 287-293.

5. Михеев, А. А. Графические методы Матано и Холла для расчета коэффициентов взаимной диффузии в композиционных соединениях / А. А. Михеев,

Г. М. Зеер, О. Ю. Фоменко, Ю. П. Королева, Д. С. Райпольд // Вестник АВ КГТУ. Вып. 17,2008. - С. 55-59.

Публикации в материалах научно-технических конференций:

6. Михеев, А. А. Расчет температуры и времени изотермической выдержки диффузионной сварки разнородных материалов через промежуточные прослойки / А. А. Михеев, Г. М. Зеер, О. Ю. Фоменко // Молодежь и наука: начало XXI века: материалы III Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: в 4 ч. Ч. № 3 - Красноярск: СФУ, 2007. -С. 27-28.

7. Михеев, А. А. Инженерная методика расчета продолжительности процесса диффузионной сварки / А. А. Михеев, Г. М. Зеер, О. Ю. Фоменко, Д. С. Райпольд, Ю. П. Королева // Труды материалов VI Московской Международной конференции «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов», Москва — 2009 г. (в печати).

8. Михеев, А. А. Исследование микроструктуры и элементного состава диффузионного соединения меди М1 через прослойку никель-фосфор / А. А. Михеев, Г. М. Зеер, О. Ю. Фоменко / Молодежь и наука: сб. материалов VI Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: в 11 ч. Ч. 3 // НОЦ МУ ФГОУ ВПО «СФУ». - Красноярск, 2010. -С. 159-161.

свидетельство:

9. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009611647 Программа для расчета коэффициентов взаимной диффузии в композиционных соединениях по методам Матано и Холла / Михеев А. А., Зеер Г. М., Фоменко О. Ю., Райпольд Д. С., Зеленкова Е. Г., Королева Ю. П. 27.03.2009 г.

Подписано в печать 12.04.2012. Печать плоская. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 7315

Отпечатано полиграфическим центром Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а Тел/факс (391)206-26-58,206-26-49 E-mail: print_sfu@mail.ru; http://lib.sfu-kras.ru

61 12-5/2930

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

ФОМЕНКО ОКСАНА ЮРЬЕВНА

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ДИФФУЗИОННОГО СОЕДИНЕНИЯ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

05. 16. 06 - «Порошковая металлургия и композиционные материалы»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Михеев А. А.

Красноярск 2012

Содержание

Введение 5

1 Анализ состояния вопроса, постановка цели и задач 9

1.1 Композиционные материалы, основные характеристики 9

1.2 Получение слоистых композиционных материалов 10 диффузионным соединением металлов и сплавов

1.2.1 Область применения слоистых композиционных материалов 13 полученных диффузионным соединением, достоинства и недостатки

1.2.2 Основные параметры технологического процесса получения 15 слоистых композиционных материалов диффузионным соединением

1.3 Выбор промежуточных прослоек 20

1.4 Механизм формирования слоистых композиционных материалов 22 на основе диффузионного соединения

1.4.1 Формирование физического контакта - физическое 23 взаимодействие

1.4.2 Активация контактных поверхностей - химическое 28 взаимодействие

1.4.3 Развитие объемного взаимодействия - объемное 29 взаимодействие

1.4.4 Процесс массопереноса при диффузионном соединении. 31 Методы определения коэффициентов взаимной диффузии

Выводы по главе 1. Постановка цели и задач исследования 36

2 Методики исследования 39

2.1 Методика получения слоистых композиционных материалов 39 диффузионным соединением разнородных материалов

2.2 Обобщенная методика изготовления шлифов на комплексе 40 подготовки образцов для сканирующей электронной микроскопии

2.3 Методики исследования микроструктуры и свойств 43

2.3.1 Исследование микроструктуры и элементного состава 44 диффузионных соединений

2.3.1.1 Исследование микроструктуры 44

2.3.1.2 Исследование элементного состава слоистых 44 композиционных материалов полученных диффузионным соединением

2.3.2 Методика определения микротвердости царапанием алмазным 46 наконечником

2.3.3 Методика испытания диффузионного соединения на 46 растяжение

3 Исследование механизма формирования слоистых 48 композиционных материалов полученных диффузионным соединением металлических материалов

3.1 Характеристика исходных металлических материалов и режимов 48 соединения образцов

3.2 Механические свойства диффузионных соединений 50

3.2.1 Испытания на механическую прочность 51

3.2.2 Микротвердость слоистых композиционных материалов 55

3.3 Исследование переходной зоны слоистых композиционных 60 материалов

Выводы по главе 3 78

4 Разработка инженерной методики расчета времени 79 изотермической выдержки при получении слоистых композиционных материалов диффузионным соединением металлов и сплавов

4.1 Расчет коэффициентов взаимной диффузии в переходной зоне 79 слоистых композиционных материалов

4.2 Расчет продолжительности изотермической выдержки при 85 получении слоистых композиционных материалов диффузионным соединением

4.3. Инженерная методика расчета времени изотермической 89

выдержки при получении слоистых композиционных материалов диффузионным соединением металлов и сплавов

Выводы по главе 4 91

Заключение 93

Список использованных источников 94

Приложение 106

Приложение 1 107

Приложение 2 111

Приложение 3 115

Введение

Актуальность работы. Получение слоистых композиционных материалов (СКМ) для деталей и узлов машин, конструкций из них, на основе металлических материалов, является актуальной проблемой для машиностроения, металлургии, авиационно-космической, радиотехнической и других отраслей промышленности. Одним из путей решения которой является получение СКМ диффузионным соединением, позволяющим создавать конструкции из материалов со свойствами, недостижимыми другими способами соединения. Основной вклад в формирование и развитие теории и практики диффузионного соединения внесли такие ученые, как Шоршоров М.Х., Гегузин Я.Е., Балыпин М.Ю., Каракозов Э.С., Казаков Н.Ф., КонюшковГВ. и др.

Большинство СКМ, полученных диффузионным соединением, хорошо изучены, при этом основное внимание уделено прочностным и эксплуатационным свойствам.

Недостаточно исследованы процессы объемного диффузионного взаимодействия и фазообразования в переходной зоне. Практически отсутствуют данные по коэффициентам взаимной диффузии химических элементов при температуре соединения и критерии достаточности для ширины переходной зоны, необходимых для проектирования и создания СКМ с заданными прочностными свойствами. А также отсутствует методика расчета основных параметров технологических режимов, которая позволила бы сократить объем расчетных и экспериментальных работ на стадии подготовки производства СКМ диффузионным соединением.

Поэтому исследования физико-химических процессов на границах раздела в СКМ, микроструктуры и распределения химических элементов в переходной зоне являются актуальной задачей при создании конструкций из разнородных металлов и сплавов и разработке методик расчета технологических режимов.

Целью диссертационной работы является получение и исследование слоистых композиционных материалов с заданными прочностными свойствами на основе диффузионного соединения разнородных металлов и сплавов: БрХ08-(М-Р)-БрХ08; М1-сталь 45; ВТ14-2гЯе; ВТ14-Та-МедьМ1-12Х18Н10Т.

Основные решаемые задачи:

- получение СКМ диффузионным соединением тугоплавких материалов с пластичными материалами и тугоплавких с тугоплавкими и исследование их микроструктуры;

- исследование фазообразования и диффузионных процессов на границе раздела соединений металлических материалов;

- изучение концентрационного распределения химических элементов в СКМ и определение ширины переходной зоны;

- расчет коэффициентов взаимной диффузии в переходных зонах соединений металлических материалов;

- изучение механических свойств СКМ;

- определение критерия достаточности для ширины переходной диффузионной зоны при проектировании и создании СКМ с заданными прочностными свойствами;

- разработка инженерной методики расчета времени изотермической выдержки при получении СКМ диффузионным соединением металлов и сплавов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы оптической и электронной микроскопии; энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа,

стандартизованные методы испытаний и исследования механических свойств.

Научная новизна

1. Исследованы процессы объемного диффузионного взаимодействия на межфазных границах СКМ и рассчитаны коэффициенты взаимной диффузии химических элементов Cu-Ni, Fe-Cu, Ta-Ti, Ti-Zr по ширине переходных зон СКМ.

2. Впервые установлены зависимости коэффициентов взаимной диффузии от концентрации химического элемента для СКМ: БрХ08-(№-Р)~ БрХ08, М1-сталь 45, ВТ14—ZrRe, ВТ14-Та, включая крайние участки переходной зоны с минимальной концентрацией компонентов.

3. Установлен критерий достаточности для ширины диффузионной переходной зоны при проектировании и создании новых СКМ на основе тугоплавких металлов и сплавов с заданной прочностью соединения.

Практическая значимость

1. Получены СКМ: БрХ08-(№-Р)-БрХ08; М1-сталь 45; BT14-ZrRe; ВТ 14-Та-Медь М1-12Х18Н10Т диффузионным соединением разнородных металлов и сплавов.

2. Получено авторское свидетельство на программу для расчета коэффициентов взаимной диффузии химических элементов по ширине переходной зоны, которая апробирована на СКМ: БрХ08-№Р-БрХ08; М1— сталь 45; BT14-ZrRe; ВТ14-Та.

3. Разработана методика расчета времени изотермической выдержки при получении СКМ методом диффузионного соединения металлов и сплавов, которая позволяет значительно уменьшить количество необходимых экспериментов при создании новых СКМ.

4. Основные результаты работы используются в учебном процессе СФУ при изучении дисциплин «Методы структурного анализа, контроль качества материалов и изделий», «Механические и физические свойства материалов и изделий».

Достоверность полученных результатов базируется на основных

положениях физики твердого тела, материаловедения, а также

7

обеспечивается использованием современных методов исследований и обработки полученных результатов.

Личный вклад автора. Общая научная идея, цель и задачи исследований, методики исследований предложены и сформулированы совместно с научным руководителем. Автором проведены экспериментальные исследования, проанализированы результаты исследований, предложена методика расчета времени изотермической выдержки при получении СКМ диффузионным соединением металлических материалов. При участии автора разработана программа для расчета коэффициентов взаимной диффузии химических элементов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука» (Красноярск, 2007, 2010), на VI Московской Международной конференции «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов» (Москва, 2009), на XIII Международном междисциплинарном симпозиуме "Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах" ОМА-13, (Сочи - п. Лоо, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 3 статьи в периодических изданиях по списку ВАК, 3 тезисов докладов на Международной и Всероссийских конференциях, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 105 страниц состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 36 рисунков, 17 таблиц, список литературы включает 123 наименований литературных источника.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Михееву Анатолию Анатольевичу и к.т.н., доценту Зеер Галине Михайловне за помощь при выполнении диссертационной работы.

1 Анализ состояния вопроса, постановка цели и задач

1.1 Композиционные материалы, основные характеристики

Композиционные материалы (КМ) используются во многих областях техники и промышленности - в металлургии, машиностроении, строительстве, химической, энергетической, атомной, электронной промышленности, самолето- и ракетостроении, медицине, бытовой технике и т. д. Создание КМ, обладающего уникальными полезными свойствами, позволяет сочетать индивидуальные ценные качества композиционных систем и подавлять недостатки компонентов входящих в композит.

КМ - многокомпонентные материалы, между фазами которых имеется граница раздела. По механической структуре композиты делятся на несколько основных классов: волокнистые, слоистые, дисперсно-упрочненные [1-3].

Слоистые композиционные материалы (СКМ) - это перспективные материалы конструкционного назначения, являются важнейшим классом композитов, обладающих широким спектром и уникальным сочетанием свойств: высокая прочность, коррозионная стойкость, электро- и теплопроводность, жаропрочность, износостойкость и др. Применение СКМ позволяет не только повысить надежность и долговечность большой номенклатуры деталей и оборудования, но и сократить расход дорогостоящих и дефицитных металлов, снизить энергоемкость и металлоемкость, расходы на техническое обслуживание и ремонт оборудования. В частности применение СКМ из титановых сплавов, позволяет решить ряд актуальных задач, связанных как с формообразованием изделий сложной конфигурации, так и повышением их эксплуатационных характеристик [2, 4-5]. Например, для изготовления шаровых газовых баллонов повышенной надежности рекомендован СКМ, состоящий из четырех слоев сплава ОТ4 и трех слоев сплава ВТ23 [6].

В слоистых композиционных материалах на основе металлов и сплавов матрица и наполнитель расположены слоями [3]. По функциональным признакам все производимые в настоящее время СКМ подразделяются на следующие виды: коррозионностойкие, антифрикционные,

электротехнические, инструментальные и др. [2].

Изделия из слоистых композитов производятся различными методами: литья, прокатки, сварки и наплавки. Сварка давлением относится к одним из эффективных технологических процессов создания прочного соединения слоев как однородных, так и разнородных металлических материалов [2,4,6].

Признаком композиционного материала является заметное взаимное влияние составных элементов композита, т. е. их новое качество.

1.2 Получение слоистых композиционных материалов диффузионным соединением металлов и сплавов

При всем многообразии способов получения СКМ одним из

перспективных и универсальных является получения их диффузионным

соединением. Получение СКМ диффузионным соединением

осуществляется в вакууме или защитной среде при температурах ниже

точки плавления более легкоплавкого из соединяемых металлов с

приложением давления, достаточного для создания необходимой

пластической деформации. СКМ может состоять из однородных и

разнородных металлов, а также металлов и их сплавов с неметаллическими

материалами, неметаллов с неметаллами, при обеспечении комплекса

свойств, которые нельзя получить другими способами сварки, пайкой,

склеиванием и механическим креплением. Диффузионное соединение

обеспечивает создание конструкций, в которых соединения обладают всеми

свойствами исходных материалов и прочностью, равной или превышающей

их прочность. Технологические возможности получения СКМ

диффузионным соединением позволяют использовать этот процесс в

1и

электронной, приборостроительной, судостроительной, авиационно-космической и других отраслях промышленности [7-17].

В настоящее время слоистые композиционные материалы титана и его сплавов, тугоплавких и жаростойких сплавов, меди, никеля и магнитных сплавов, пьезокерамики, фторопласта с другими металлами и неметаллами получают диффузионным соединением.

Медь в сочетании с разнообразными металлическими и неметаллическими материалами, как конструкционный материал для изготовления различных узлов приборов, находит широкое применение в электронной промышленности (90-95 % от общего объема применения металлических материалов в электронике). Одно из наиболее успешных применений диффузионного соединения деталей из меди - изготовление составных пакетированных узлов СВЧ-приборов, таких, как замедляющие системы, анодные блоки и резонаторы [8-9]. При соединении меди особых затруднений не возникает. Однако некоторые детали электронной промышленности отличаются своей миниатюрностью и высокой точностью изготовления, даже незначительные деформации (единицы микрон), существенно ухудшают параметры приборов. Один из путей повышения прецизионности соединения меди при соединении - применение прослоек из более пластичных материалов (например, серебро, золото) - физический контакт образуется преимущественно за счет активной деформации и ползучести материала прослойки, заполняющего микронеровности соединяемых поверхностей, что позволяет снизить давление и уменьшить деформацию деталей.

Для соединения крупногабаритных изделий медь-сталь, например, таких деталей металлургического оборудования, как двухслойные валки и штамповые кубики из высоколегированной и углеродистой стали, биметаллические роторы высокооборотных электрических машин, бронзовые вкладыши со ступицей зубчатых колес планетарных редукторов разработаны специальные методы диффузионного соединения.

Соединения меди с тугоплавкими металлами применяются в узлах электронных приборов и в конструкциях, работающих при высоких механических нагрузках. При повышенных температурах медь склонна к ползучести и формоизменению под нагрузкой, поэтому в особо точных конструкциях, медь используется в композиции с прочными и термостойкими материалами, например, молибденом. Медь и молибден взаимно нерастворимы. Диффузионное соединение этих металлов практически неосуществимо, отсутствие диффузионной переходной зоны в соединении исключает развитие релаксационных процессов в контакте. Для данной пары металлов процесс формирования соединения заканчивается образованием химических связей между атомами Си и Мо. Поэтому диффузионное соединение таких материалов выполняют через прослойку никеля, нанесенного на поверхность детали, выполненной из тугоплавкого металла или сплава [8-9].

Получение надежных соединений титана и титановых сплавов с

другими металлами и сплавами более успешно решается методами

диффузионного соединения, чем пайкой. Титан обладает сочетанием физико-

механических свойст�