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

-тия нержавеющей стали никелем и медью. Пайка нержавею­ щих сталей в активных газовых средах (смесь аргона с фтори­ стым водородом или фтористым бором) возможна только при тщательной их сушке, особенно если температура пайки ниже 1000° С. В смеси аргона с фтористым водородом паяют, на-

..пример, нержавеющие жаропрочные стали, содержащие более 18% Сг или легированные несколькими процентами алюминия

..и титана.

Пайку нержавеющих сталей в сухом аргоне можно произ­ водить, главным образом, с самофлюсующими припоями на основе серебра или меди, легированными литием или литием и бором.

Однако, нержавеющие стали, содержащие ^18% Сг и ле­ гированные алюминием, кремнием, титаном, плохо смачивают- -ся самофлюсуемым припоем ПСр72ЛМН по поверхности свободно обтекаемой струей аргона. Растекание припоя ПСр72ЛМН по таким сталям происходит только в экраниро­ ванных от потока аргона полостях изделия. При пайке таких сталей может быть использован припой ПСр72ЛМН, активи­ рованный небольшими добавками титана (0,12%) или циркогния (~ 1 %). [2], [59].

Механические свойства и коррозионная стойкость паяных

.соединений из нержавеющей стали 1X18Н1 ОТ — систематиче­ ские исследования механических свойств паяных соединений, проведенные на образцах, паянных внахлестку, показали, что ■на эти характеристики существенное влияние оказывает сос­ тав флюса.

Перед пайкой поверхность образцов зачищали наждачной шкуркой и промывали в ацетоне. После пайки легкоплав­ кими припоями ПОС61 и и ПОС40 паяльником с предваритель­ ным лужением с флюсом Ф38Н образцы промывали в горя­ чей проточной воде при 60—70° С в течение 10—15 минут для удаления остатков флюса, а затем паяли с флюсом Кэ, остат­ ки которого удаляли промывкой в ацетоне. Остатки флюса J1M1 также промывали в горячей проточной воде до видимого удаления остатков.

: При пайке серебряными припоями ПСр25, ПСр40 и ПСр45, ПСр70, медью, латунью, ВПР1 нагрев производили в кисло- родно-ацетиленовом пламени. Остатки флюса 209 смывали в горячей проточной воде при температуре 60—70° С в течение 15—20 минут, а остатки флюса № 200 в 10%-ном водном раст­ воре кислого сернокислого калия и в горячей проточной воде.

229

Панку припоями ВПР2, ВПР4 и ПМ17 производили в пе­ чи ШП1 в атмосфере аргона без применения флюса или'с не­ большой подфлюсовкой (при пайке ПМ17) с флюсом № 200 или NaF. Припой был заложен у зазора и прихвачен точеч­ ной сваркой.

Пайку припоями ВПРЗ, ВПР5, ПЖК35, Г40НХ, Г70 про­ изводили в вакуумной печи МПВЗ.

Часть паяных образцов подвергали коррозионным испы­ таниям в течение 6 месяцев в различных условиях; в камере морского тумана, в тропической камере и в промышленной ат­ мосфере.

Таблица 27

Сопротивление срезу образцов из 1Х18Н10Т 6 = 2 мм паянных различными припоями и флюсами

'Гер-

230

Механические свойства паяных соединений до коррозион­ ных испытаний приведены в табл. 27. Данные о потере проч­ ности образцов после коррозионных испытаний (среднее из трех образцов) приведены па рис. 58.

Из приведенных данных следует, что наиболее высокой коррозионной стойкостью в камере морского тумана, тропиче­ ской камере и промышленной атмосфере обладают паяные соединения из стали 1Х18Н10Т, выполненные припоями: ВПРЗ, Г40НХ и Г70 (пайка в вакууме) и припоем ВПР4 (пайка в аргоне). Сопротивление срезу таких паяных соединений в ука­

Коррозионная среда

Рис. 58. Изменение сопротивления срезу образцов из ста­ ли IX18H9T после испытаний в течение 6 месяцев (паяных внахлестку)

а — высокотемпературными никелевыми припоями; б — се­ ребряными припоями; е ■— медно-марганцовистыми припоями; г — оловянно-свинцовыми припоями.

231

Соединения, паяные ПЖК35, медью и ВПр2 (пайка в арго­ не) обнаружили низкую коррозионную стойкость- в камере морского тумана (рис. 58).

В тропической камере такие соединения обнаружили высо­ кую коррозионную стойкость.

До сих пор не было экспериментальных доказательств кор­ розионного воздействия флюса № 200 на паяные соединения из стали. Проведенные испытания показали, что соединения из ст. 1Х18Х10Т, выполненые припоем ВПр2 с флюсом № 200 (на воздухе) в условиях коррозионных испытаний в тропиче­ ской камере и в промышленной атмосфере имеют низкую кор­ розионную стойкость. Учитывая, что в этих же условиях кор­ розионных испытаний соединения, выполненные припоем ВПр2 без флюса в среде проточного аргона не склонны к кор­ розии, можно предполагать, что остатки флюса № 200 при данном сочетании материалов способствуют развитию кор­ розии.

Соединения из стали 1Х18Н10Т, паяных серебряными при­ поями ПСр25: ПСр40, ПСр45 и ПСр70 с флюсом Ф209 обна­ ружили повышенную склонность к коррозии во всех условиях испытаний; особенно высока такая склонность в среде мор­ ского тумана (80—100% потери сопротивления срезу). Не­ сколько ниже склонность к коррозии в тропической камере (40—50% -потери.сопротивления срезу). В промышленной ат­ мосфере наиболее коррозионностойки соединения из стали 1Х18Н10Т, паянные припоем ПСр45; у паяных остальными припоями ПСр70, ПСр40 и особенно ПСр25 снижение conpQтивления срезу после коррозионных испытаний достигает со­ ответственно 20, 30 и 50% (допустима потеря через 6 месяцев менее 10%).

Коррозионная стойкость паяных соединений из стали 1Х8Н10Т, паяных легкоплавкими припоями, существенно за­ висит от применяемого флюса.

В морском тумане соединения, выполненные припоями ПОС61 и ПОС40 с флюсами ЛМ1 и Ф38М, оказались весьма склонными к коррозии (потери прочности до 40—95%)- В тро­ пической атмосфере низкая коррозионная стойкость обнару­ жена у соединений, паянных припоями ПОС61 и ПОС40 с флюсом Ф38Н. Паяные же соединения, выполненные с флю­ сом ЛМ1, имели вполне удовлетворительную коррозионную стойкость: потеря прочности (tcp) за 6 месяцев составляла не более 5—10%.

232

В полупромышленной атмосфере, паяные соединения, выпол­ ненные ПОС61 и ПОС40 с обоими флюсами, обнаружили по­ вышенную сколонность к коррозии, особенно соединения, паян­ ные ПОС40 и флюсом Ф38Н.

§6. Реальные возможности

паяных соединений адгезионного типа

Паяные соединения адгезионного типа, в которых припой и паяемый материал не образуют твердых растворов, принци­ пиально могут быть созданы как при пайке материалов при­ поями с отличным типом химической связи' (например, окис­ лы с ионной связью, а припои — металлы), так и при пайке некоторых металлов металлическими припоями.

Паяемые металлы и металлы-припои, образующие двой­ ные диаграммы состояния, компоненты которых не раствори­

Легкоплавкие элементы в подобных парах растекаются и смачивают тугоплавкие по типу обратимой смачиваемости: угол смачивания довольно большой при невысоких температу­ рах (припой собирается в капли), уменьшается с повышением температуры, но снова увеличивается с понижением темпера­ туры [64].

Смачивание может затрудняться также при образовании окислов легкоплавких припоев. При нагреве металлов в ва­ кууме или в восстановительной газовой среде — водороде и другой, окислы восстанавливаются или диссоциируют при оп­ ределенных довольно высоких температурах [65] иногда скач­ ком; при этом обеспечивается достаточно хорошее смачивание. Адгезия жидкого припоя к паяемому металлу увеличивается- с повышением температуры.

Работа физической обратимой адгезии определяется изсоотношения Юнга:

== (Хжг ( COS -O'+ 1) .

Так как аЖг относительно слабо изменяется при повыше­ нии температуры, а краевой угол # при этом уменьшается да вольно сильно, то следует ожидать увеличения работы адге­ зии при повышении температуры. Заметное увеличение адге­ зионной способности при повышении температуры было обна­ ружено при исследовании адгезии стекла с различными, металлами — Au, Pt, Pd, Cu, W сталью,, чугуном [66] и жаро­ прочным никелевым сплавом [67].

Бейли и Уоткинс [68], изучая смачиваемость подобных парметаллов, отмечали возможность образования относительно прочного адгезионного соединения при плохой смачиваемо­ сти (Fe—Pb и Cu—Pb при 400° С).

Адгезия (прилипание) припоя к паяемому металлу может быть обеспечена после затекания жидкой фазы в зазор при соответствующих условиях затвердевания, когда затормажи­ вается процесс собирания припоя в капли.

Хорошо известны способы получения металлокерамических контактов из «сплавов» между подобными элементами па методу спекания тугоплавких металлов (W или Мо) или одно­ временного спекания порошков этих элементов с пропиткой жидкими металлами серебром или медью по капиллярным зазорам и последующей кристаллизацией жидкой фазы [69].. При этом в результате развития капиллярной системы из час­ тиц вольфрама или молибдена достигается высокая адгезия: припоя к тугоплавкому металлу.

Паяное соединение адгезионного типа при сочетании тех же металлов может быть получено также по способу металло­ керамической пайки, при котором -припоем служит, например, смесь порошков основного металла и припоя.

Смачиваемость паяемого металла припоем при этом обес­ печивается развитой системой капилляров в соединительном зазоре.

234

Такое легирование припоев-металлов, несовместимых с паяемыми металлами при пайке силовых конструкций, пере­

;2,б% Ag -при погружении в него на і1.5 мин при 500° С. Известно, что для повышения сцепляемости припоя системы РЬ—Ag с медью рекомендуется увеличение содержания серебра, а так­ же дополнительное введение в него олова, совместимого с медью в большей степени, чем свинец и серебро.

Известны припои на основе свинца для панки меди: (ГОСТ 8190-56*) ПСрЗ, содержащий 3%±0,3 Ag; Pb — ост. и ПСр2,5, содержащий 2,5% ±0,3 Ag; 5,5±0,5Sn и Pb — ост., а также припой, содержащий 7,5% Ag; 3,8% Cu, 4,5 Sn; Pb —

ост. и 0,2% Ni (температура плавления припоя 350—400° С; температура пайки— 750—850° С).

Смачивание железа, никеля, кобальта, вольфрама, молиб­ дена, хрома серебром и сцепление с ними улучшается при до­ бавке в серебро никеля, образующего твердые растворы с этими металлами [77].

При пайке графита с графитом и тугоплавкими металлами припоями Au—Ni для улучшения смачивания графита и улуч­ шения сцепления в припои вводят добавки молибдена, кото­ рый является карбидообразующим элементом [78].

Смачивание керамики с керамикой или металлами жидкой медью и сцепление с ними резко улучшается при введении в

нее добавок титана или циркония, активно взаимодействующих с окислами [79].

Молибден плохо смачивается жидкой медью и серебряномедными припоями, не образующими с ним химических соеди­ нений и не растворимых в нем. Хорошее смачивание молибдена достигается при ведении в нее добавок железа, никеля (1— 30%), фосфора (1%) [80], [81]. Как известно, железо и никель образуют с молибденом твердые растворы и химические соедиения, а фосфор — химические соединения и эвтектику. Вве­ дение в серебряно-медные припои фосфора (1—7%) обеспе­ чивает хорошее смачивание ими молибдена и сцепление при пайке с флюсами, применяемыми для серебрянных припоев [82].

236

23Т

238