7.7.2.2. Пропитка пористой
ЗАГОТОВКИ МЕДЬЮ
В композиционных материалах, полученных методом пропитки, важнейшую роль играет явление смачивания твердых тел жидкостью и растекание жидкости по их поверхности. Различают иммерсионное и контактное смачивание. В первом случае смачивание происходит при полном погружении твердого тела в жидкость, когда имеется граница раздела только между твердой и жидкой фазами. При контактном смачивании имеют место три фазы: твердая, жидкая и газообразная.
В учебниках по физике и молекулярной физике подробно рассматривается вопрос смачивания. Если жидкость смачивает твердое тело, то в порах последнего возникает капиллярное давление, которое способствует пропитке.
Для улучшения и ускорения процесса пропитки используется явление термоосмоса, при котором жидкость течет из более нагретых мест в более холодные. Применяют также ультразвук, а для проводящих жидкостей и электрическое поле. При пропитке вольфрамового каркаса жидкой медью применяется самопроизвольная пропитка (свободная).
В зависимости от технологии получения и природы используемых материалов псевдосплавы, полученные методом пропитки, могут иметь каркасную или матричную структуру. Если пористый каркас, полученный методом порошковой металлургии, затем пропитывается расплавом более легкоплавкого металла, не образующим с материалом каркаса растворов и химических соединений, то образуется каркасная структура, которую схематически можно представить в виде двух взаимопроникающих каркасов. К таким каркасным структурам можно отнести вольфрамо-медные и вольфрамо-серебряные псевдосплавы.
Таким образом, применение метода пропитки в порошковой металлургии связано с рядом ограничений, основными из которых являются:
- температуры плавления составляющих должны существенно отличаться;
- взаимная растворимость должна быть минимальной, а взаимодействие фаз не приводить к снижению эксплуатационных характеристик КМ;
- легкоплавкая составляющая должна смачивать тугоплавкую.
В паре W-Cuэти требования выполняются.
Пропитка при получении сплава ВНДС заключается в следующем:
а) куски меди или стружку обезжиривают и сушат;
б) пористую заготовку и медь помещают в графитовую чашу и нагревают до температуры 1475 К в течение 1...2 часов в закрытой камере, в которой создается водородная атмосфера. При температуре 1475 К производится выдержка в течение 2 часов. Затем температуру поднимают до 1575 К и при этой температуре каркас с жидкой медью выдерживают еще в течение 30 минут. Охлаждение производится в контролируемой атмосфере с выключенной печью (индуктором). Разрешаемое количество пропиток – три.
Плотность и разноплотность пропитанных заготовок контролируется гидростатическим взвешиванием и УЗК. Коэффициент пропитки должен быть более 80%.
Определение внутренних дефектов также производится методом УЗК с настройкой на эталонный дефект диаметром 1,5 мм, иногда 2 мм (рис. 83).
После пропитки производят окончательную механическую обработку и доводку детали до нужной формы и размеров. Обработанная поверхность подвергается люминесцентному контролю (табл. 33). Категорически запрещается полирование деталей, так как в результате скрываются возможные дефекты в виде трещин.
Рис.
83. Эталонный образец: 1
– ультразвуковой преобразователь; 2
– стенка заготовки; 3 – эталонный дефект
(1,5…2мм, h=10мм)
В табл. 34 приведены упругие характеристики псевдосплава ВНДС-1.
Как видно из таблицы, материал ВНДС хорошо сохраняет упругие характеристики при высоких температурах. Это дает право утверждать, что вольфрам может применяться и при длительной эксплуатации, например в высокотемпературных ядерных реакторах.
Таблица 33
|
Метод |
Марки индикаторнй жидкости |
Марка проявителя |
Условия обработки детали жидкостью |
Уровень чувствительности, ширина трещины, мкм |
Минимальная глубина трещины, мкм |
|
ЛЮМ-1 |
Лж-6А |
Пр-1 |
Погружение в ванну без УЗК |
Высокий 0,8…1 |
0,02 |
|
ЛЮМ-1 |
Лж-6а |
Пр-1 |
В УЗК-ванне |
Высший 0,5 |
0,02 |
|
ЛЮМ-2 |
Н |
Пр-3, Пр-4 |
Погружение в ванну или нанесение кистью без УЗК |
Пониженный 5…6 |
0,02 |
|
ЛЮМ-2 |
Н |
Пр-3, Пр-4 |
В УЗК-ванне |
Средний 2…3 |
0,02 |
|
ЛЮМ-3 |
М-К |
П |
Погружение в ванну или нанесение кистью без УЗК |
Пониженный 10,0 |
0,03 |
Таблица 34
Характеристики упругости псевдосплава ВНДС-1
|
Т, К |
Характеристики
| |
|
Есер.•10-7, МПа |
μ | |
|
2 |
3,00 |
4,000 |
|
293 |
3,05 |
0,215 |
|
373 |
3,00 |
0,220 |
|
473 |
2,99 |
0,217 |
|
773 |
2,82 |
0,232 |
|
1273 |
2,39 |
0,135 |
|
1473 |
2,32 |
0,130 |
|
1773 |
2,27 |
|
|
2025 |
2,23 |
|
Обозначение: Т- температура; Е – модуль упругости; μ – коэффициент Пуассона
Здесь он может служить плакирующим слоем ТВЭЛов на основе карбида урана и карбида циркония UC-ZrCдля повышения прочности, уменьшения распухания и испарения.
Кроме рассмотренных методов прессования вольфрамовых порошков на примере АВМГ (горячее прессование), можно применять изостатическое прессование. В шведских изостатах достигается внутренне давление до 600 МПа и температура спекания 1625…1675 К. Конечно, эта технология является экономически менее эффективной, хотя и дает высокий технический эффект.
Необходимо отметить, что вольфрамовые сплавы имеют хрупкий характер разрушения и только в интервале 800…1300 К – хрупко-вязкий, а при 2300 К происходит вязкое разрушение с небольшим относительным удлинением. Кроме хрупкости, вольфрамовые сплавы отличаются недостаточной термостойкостью. В связи с этим для изделий с большой скоростью для теплового нагружения существуют критические размеры, которые подбираются экспериментально или рассчитываются. Важную роль при этом играет форма детали, по возможности должны быть исключены острые углы, резкие переходы и разнотолщинность.
Так как детали из сплава ВНДС работают при температурах выше 3500 К, то механические испытанияобразцов на растяжение производятся в интервале температур от комнатной до 3275 К, и, кроме того, от партии наиболее напряженной детали, так называемой заслонки клапана, испытываются готовые детали при температурах до 2475 К. Все испытания производятся в вакуумных камерах с применением специальных приспособлений. Хранятся готовые детали в полиэтиленовой упаковке с силикагелем. Маркировка: «Осторожно – стекло!», «Боится сырости!» или рисунок: бокал и зонтик [9, 44, 45,48].