книги из ГПНТБ / Лашко, Н. Ф. Вопросы теории и технологии пайки

знойное воздействие среди флюсов, активированный хлори­ дами, оказывает флюс ЛТИ'120; при пайке припоем ПОС40 — флюс ЛК2, а припоем ПСр2,5— p-p ZnC^.

В паяных соединениях из меди МІ, выполненных оловян­ но-свинцовыми припоями, обнаруживается в основном об­ щая коррозия паяного шва в галтельной его части.

Свинцово-серебряные припои-ПСрІ,5; ПСр2,5 и ПСрЗ при

ff

Морской тут тропическая Атмосфера Мистил.воОа камера

Р и с. 48. Изменение сопротивления срезу образцов из меди М I, паянных легкоплавкими припоями (а, б) и серебряными припоям» (в) с разными флюсами после выдержки в течение 6 месяцев в кор­

розионной среде.

210

пайке меди MI образуют паяные швы со сравнительно низ­ кой коррозионной стойкостью в различных условиях. При этом в тропической и промышленной атмосфере в швах со­ единений, выполненных ПСр1,5 (флюсы Л'К2 и ЛТИ120), об­ наружены следы локальных коррозионных разрушений и раз­ рыхление паяного шва.

В соединениях, выполненных П'Ср'2,5, после испытаний в тропической камере и атмосфере морского тумана, кроме общей коррозии в галтельных участках швов, обнаружены следы щелевой коррозии. В тропических условиях соедине­ ния, паянные припоем ПСрЗКД, имеют высокую коррозион­ ную стойкость, но эта стойкость невысока в дистиллирован­ ной воде и в камере морского тумана. Поэтому паяные со­ единения из меди МІ, паянные оловянно-свинцовыми припоя­ ми ПОС61, ПОС40, ПОС90, необходимо защищать лакокра­ сочными покрытиями.

Паянные соединения, выполненные серебряными припоя­ ми ПСр25Ф, ПСр40, ПФіОЦ7-3-‘2, имеют наиболее высокую коррозионную стойкость во всех условиях испытания. Соеди­ нения же, паянные припоем ПСр71, имеют хорошую корро­ зионную стойкость во всех условиях, кроме морского тумана. Паянные соединения из меди МІ не требуют специальной защиты лакокрасочными покрытиями.

§ 4. Совместимость титановых сплавов

итехнологии пайки

Условия обеспечения контакта припоя и паяемого мате­ риала. Паяемость титана и его сплавов обуславливается вы­ сокой химической и термической стойкостью его окислов,, способностью титана в твердом состоянии при повышенных температурах образовывать широкие области твердых рас­ творов с некоторыми компонентами припоев (Ag, Cu, Ni, Al, Sn и др.), а также с кислородом, азотом; склонностью к ин­ тенсивному росту зерна при перегреве выше 930—'1000° С и охрупчиванию при этом в присутствии в сплаве кислорода. При 650—700° С титан образует стойкий окисел Ті02 (рутил), выше 900° С — нитриды с азотом воздуха. Для предотвраще­ ния насыщения питана или его сплавов кислородом и азотом при нагреве, способствующем охрупчиванию, слой окисла ң

хрупкий слой твердого раствора кислорода и азота в титане '■(альфированный слой) перед пайкой должны быть тщательно удалены с поверхности паяемых деталей механическим или

іи остальное вода. Травление изделий с более толстым слоем окалины можно производить в водном растворе: 15% НО, ,15% HN03 и 5% NaCl или в растворе: 30 мл НО, 20 мл HF, '"-950 см3 воды, в течение 4—6 минут при 20° С. Механическая зачистка поверхности изделий из титана и его сплавов под пайку может быть выполнена с помощью наждачной бумаги, стальных щеток, опескоструирования и т. п. Травление и ме­ ханическая зачистка титана одинаково хорошо обеспечивают растекание серебряных припоев и затекание их в зазоры. Лишь одно обезжиривание при подготовке под пайку дает

несколько худшие результаты.

Образование окислов на очищенной поверхности титана при 20° С происходит сравнительно медленно, и пайка может быть произведена в течение первых суток после травления. При нагреве титана и его сплавов под пайку окисная пленка нарастает более быстро, особенно при температурах выше

,650—700° С.

Окисел титана Ті02 химически стоек и обладает низкой упругостью диссоциации. В настоящее время нет эффектив­ ных способов флюсования этих окислов, а нагрев титана в

.среде водорода или азота невозможен из-за сильного погло­ щения титаном этих газов.

специальных контейнерах из нержавеющих сталей, продувае-

■212

\

■мых сухим чистым инертным газом, чаще всего аргоном.* Герметизация контейнера и чистота его внутренней поверх­ ности оказывают очень большое влияние на качество паяного соединения. Небольшая течь, не очищенная от окислов

особенно высока растворимость кислорода.

От действия кислорода, появляющегося в контейнере из восстановленных окислов стали, наиболее успешно защища­ ют экраны из нержавеющей стали или из титана с чистой по­ верхностью в виде крышек или негерметизированных коробок* Пайка титана легкоплавкими оловянными и высокоплав­ кими алюминиевыми припоями возможна только после пред­ варительного лужения паяемой поверхности погружением, в расплавленный припой при температурах, при которых тон­ кий слой пленки Ті02 может быть восстановлен, вследствие растворения кислорода в титане. После устранения окисных пленок и нагрева в инертной средё, смачивание титана оло­ вом (выше 700—750° С), алюминием (выше 900° С) хорошее. Смачивание титана и сплава ОТ4 оловом или алюминием при нагреве в вакууме ІО-3 торр или при погружении в жид­

дотвратить образование на его поверхности окисных пленок, альфированного слоя, гидридов и инитридов и свести процесс пайки титана к разработанной и более простой технологии пайки металлопокрытия. Покрытие титана и его сплавовдругими металлами может быть осуществлено путем горяче­ го лужения, а также химическим или электролитическим ме­ тодами [2], термовакуумным напылением и т.д. При примене­ ний твердых «барьерных» покрытий прочность сцепления их с титаном определяет в известной мере и прочность паяногосоединения [45]. -

Горячее лужение титана и его сплавов перед пайкой мо­ жет быть произведено с помощью реактивных флюсов или при погружении его в жидкий металл [2].

Перед пайкой титана с алюминием или алюминиевыми

215

поверхность жидкого алюминия раскисляют флюсами, содер­ жащими хлористые и фтористые соли щелочных металлов (например, флюсом 34А); длительность алитирования обыч­ но не превышает 10—12 минут. Пайка титана и его сплавов на воздухе легкоплавкими оловянными припоями может быть произведена только по предварительно нанесенному по­ крытию из химического или гальванического никеля, меди, олова. Прочностные характеристики таких соединений не превышают 5 кГ/мм2.

Относительно прочное сцепление «барьерных» покрытий с паяемым материалом получается при термовакуумном на­

214

материала в жидкой фазе из-за большей предельной раствори­ мости титана в ней и большого соодержания титана в эвтекти­ ке. Особенно активно растекается и растворяет титан марки ВТ1 серебряный припой ЛСрМО 68—27—5, а сплав ВТ4— припой ПСР72, что связано с образованием при их контакте жидких эвтектик, возникающих перед фронтом растекающего­ ся припоя £2] и смачивающих паяемый металл перед фронтом припоя в виде своеобразных «каемок». Сильное растекание таких припоев и интенсивное растворение в них паяемого мате­ риала нежелательно из-за возможности вытекания их из уве­ личивающихся зазоров. Поэтому время пайки титановых спла­ вов с такими припоями обычно весьма ограничено (5 минут).

Склонность к образованию прослоек химических соедине­ ний (интерметаллидов) и хрупких эвтектик в контакте с при­ поем и прочность паяных соединений. Титан обладает высокой химической активностью не только по отношению к газам (Н, О, С, N), но и по отношению к металлам. С 'большинством из них он образует хрупкие интерметаллнды, располагающиеся иногда в виде прослоек на границе шва и основного металла или в шве; поэтому в паяных соединениях титана межкристаллитного проникновения припоя в основной материал не наблю­ дается.

Среди интерметаллидов, образуемых титаном с другими металла-ми, .имеет достаточно высокую пластичность TiNi (6 = =.15%, ак%3,87 кгм/см2; оп=і87 кГ/мм2 при 20° С,с температу­ рой плавления 1300°С). Однако в паяных швах при перитектнческой реакции в процессе охлаждения TlNi превращается в хрупкий интерметаллид TiaNi. Интерметаллид TiAg, судя по его микротвердости, значительно пластичнее, чем интерметал­ лид Ті2Си.

При обычной капиллярной пайке титана и его оплавов при­ меняют, как правило, серебряные припои. Хотя интерметаллид TiAg относительно пластичен, но соединения из титана, паян­ ные серебром, обладают невысоким сопротивлением срезу, в частности из-за большой разницы коэффициентов линейного расширения этой фазы и титана, что, вероятно, приводит под действием возникающих напряжений к образованию микро­ трещин в соединении, ослабляющих шов. Добавка трещин в соединении, ослабляющих шов. Добавка к серебру элементов, обычно входящих в серебряные припои (Cu, Zn, Cd), хотя и повышает прочность припоя, но уменьшает проч­ ность паяного соединения из-за образования прослоек более хрупких интерметаллидов между швом и основным металлом.

215

Особенно сильно снижается прочность соединений из тита­ на и его сплавов при пайке серебряными припоями, содержа­ щими'медь. По данным рентгеноструктурного анализа, в швах соединений из іВТІ, выполненных припоями ПСр72, 41СрМю68; образуются прослойки хрупкого интерметаллида Ті^Си с объ­ емноцентрированной тетрагональной структурой.

Ограничение роста интерметаллидных прослоек при пайке серебряными припоями .путем сокращения времени контакта жидкого припоя с титаном и его сплавами, например при ин­ дукционном нагреве, нагреве кварцевыми лампами, электро­ сопротивлением, позволяет повысить сопротивление срезу со­ единений всего на 1—2 кГ/мм2. Поэтому такое направление в технологии пашей титана является малопершективным.

Растворимость депрессантов припоев в титане и возможно­ сти диффузионной пайки. Паяные соединения титана и его сплавав с коэффициентом прочности ^ 90% могут быть полу­ чены при контактно-реактивной диффузионной пайке с приме­ нением медного, медно-никелевого или медно-циркониевого покрытий [2], [46], [47], [48].

Медь и никель в качестве основы припоя для диффузион­ ной пайки имеют слишком высокую температуру плавления (особенно никель). Диффузионная пайка с прослойками меди и никеля становится возможной благодаря способности этих металлов вступать в контактное плавление с титаном. Благо­ даря этому образуются относительно легкоплавкие эвтектики

(Ni—Ті, Тпл:=942°С, 28,5% Ni, Ti — остальное, и Cu—Ti,

Тпл:— 885°С, 77% Cu, Ti — остальное). Сочетание контактно­ реактивной пайки с диффузионной в рассматриваемом случае облегчает дозирование количества жидкой фазы, что весьма существенно для сокращения времени диффузионной пайки.

Высокая растворимость компонентов припоев серебра, ни­ келя и меди имеет м-есто лишь в ß-титане, и поэтому диффузи­ онная пайка титановых сплавов с этими припоями должна происходить в температурной области существования ß= Т і. В работах [49], [50], [51] была показана возможность су­ щественного повышения сопротивления орезу до 42 кГ/мм2 соединений из титана, паянных припоями системы Ті'—Ni—Cu.

Температура перехода (ct+ß- в ß-фазу для сплава ОТ4 в зависимости от содержания в нем алюминия находится в- пределах 920—960°С. Характерно, что только начиная с тем­ пературы 960—970°С и выше диффузионная пайка обеспечи­ вает существенное повышение прочности соединений из тех­ нического титана и сплава ОТ4 с такими припоями как эвтек-

216

Р и с. 50. Сопротивление срезу соединений из ОТ4, полученных, при диффузионной пайке припоем ПСр72, в зависимости от темпера­ туры и выдержки (пунктирные кривые — даны для соединений,, паянных с прослойками меди и серебра).

Р и с. 5.1. Сопротивление срезу нахлесточных соединений из листов сплава ОТ4 (6 = 2 мм), полученных при диффузионной пайке в вакууме (а) эктектикой Си—Ті; (б) эвтектикой Ті—

—Ni в зависимости от температуры и продолжительности пайки.

217

тика Cu—Ті, іПСр72, ПСрМ068—27—<5, Ni—Ті и другими. Диффузионная пайка с этими іпртпояіми при более низких тем­ пературах (в области а-штаіна) даже при выдержках до 60— 120 минут малоэффективна.

Сопротивление срезу соединений, паянных серебром, сереб­ ряными припоями и эівтектиікаіми Cu—Ті и Ni—Ті, тем выше и время пайки тем короче, чем выше температура пайки (рис. 50, 51). Однако при иапреле титана и его сплавов в вакууме с раз­ режением ІО"2-)-Ю-3 торр происходит некоторое насыщение по­ верхности титана кислородом и в условиях роста зерна это способствует снижению относительного удлинения титанового

жим (ill50°С — .10 '.минут Ч- 960°С —60 минут) позволяет ста-' бильно получить соединения из ОТ4 с применением в качестве припоя Си—Zr, с сопротивлением срезу более 60 кг/мм2 при сниженнии удлинения основного материала лишь до 45—16% вследствие кратковременности нагрева его при 1150°С. Нагрев до 4150°С позволяет («разбавить» эвтетику Си—Zr, титаном, благодаря его растворению в припое; последующее охлажде­ ние и выдержка соединения при 960°С, по-видимому, замедля­ ют развитие диффузионной пористости в паяемом шве.

218