Покрытое слоем тугоплавкого припоя изделие

Покрытое слоем тугоплавкого припоя изделие

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к новой концепции высокотемпературной пайки, к способу обеспечения покрытого слоем тугоплавкого припоя изделия, к покрытому слоем тугоплавкого припоя изделию, полученному этим способом, и к покрытому слоем тугоплавкого припоя изделию. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу обеспечения паяного изделия, к паяному изделию, полученному этим способом, к способу обеспечения покрытого изделия и применениям покрытого слоем тугоплавкого припоя изделия.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сегодня существуют различные способы соединения для соединения вместе сплавов, имеющих высокие температуры плавления. Под высокой температурой подразумевается температура плавления выше чем 900°C. Одним общепринятым способом, который используют, является сварка. Сварка относится к способу, в котором основной материал плавят с дополнительным материалом или без него, т.е. к созданию литого изделия путем плавления и повторного затвердевания. Другим способом соединения является высокотемпературная пайка. В процессе высокотемпературной пайки к основному материалу добавляют тугоплавкую присадку и тугоплавкая присадка плавится во время процесса при температуре выше 450°C, т.е. формируя жидкую межфазовую поверхность при температуре ниже, чем температура ликвидуса основного материала, подлежащего соединению. При высокотемпературной пайке жидкая межфазовая поверхность должна иметь хорошее смачивание и текучесть. Низкотемпературная пайка является процессом, в котором две или больше металлических детали соединяют вместе путем плавления и натекания присадочного металла, т.е. припоя, в соединение, причем легкоплавкий припой имеет температуру плавления ниже, чем обрабатываемая деталь. При высокотемпературной пайке присадочный металл плавится при более высокой температуре, чем легкоплавкий припой, но при этом металл обрабатываемой детали не плавится. Различие между низкотемпературной пайкой и высокотемпературной пайкой основывается на температуре плавления присадочного припоя. Температура 450°C обычно используется, как точка практического разграничения между низкотемпературной пайкой и высокотемпературной пайкой.

При высокотемпературной пайке тугоплавкая присадка наносится в соприкосновение с зазором или промежутком между основным материалом, подлежащим соединению. В процессе нагрева тугоплавкая присадка плавится и заполняет зазор, подлежащий соединению. В процессе высокотемпературной пайки существуют три главные стадии, причем первая стадия называется физической стадией. Физическая стадия включает в себя смачивание и растекание тугоплавкой присадки. Вторая стадия обычно происходит при заданной температуре соединения. Во время этой стадии осуществляется взаимодействие твердое тело - жидкость, которое сопровождается существенным массопереносом. Объем основного материала, который непосредственно примыкает к жидкому присадочному металлу, либо растворяется в присадочном металле, либо реагирует с ним на этой стадии. Одновременно небольшое количество элементов из жидкой фазы проникает в твердый основной материал. Это перераспределение компонентов в области соединения приводит к изменениям состава присадочного металла, и иногда к началу затвердевания присадочного металла. Последняя стадия, которая перекрывает вторую, характеризуется образованием окончательной микроструктуры соединения и продолжается во время затвердевания и охлаждения соединения.

Способом, тесно связанным со сваркой и высокотемпературной пайкой, является диффузионная высокотемпературная пайка (DFB), также называемая соединением в исчезающей жидкой фазе (TLP) или активированным диффузионным соединением (ADB). Иногда упоминается диффузионное соединение, но диффузионное соединение относится к диффузионной высокотемпературной пайке или к диффузионной сварке, и в настоящем термин диффузионное соединение рассматривается как нестандартный.

Диффузионная высокотемпературная пайка (DFB), соединение в исчезающей жидкой фазе (TLP) или активированное диффузионное соединение (ADB) является процессом, который сращивает или соединяет металлы их нагревом до подходящей температуры высокотемпературной пайки, при которой либо предварительно размещенный присадочный металл будет плавиться или перетекать под влиянием капиллярного притяжения, либо жидкая фаза будет образовываться на месте между двумя поверхностями, находящимися в соприкосновении друг с другом. В любом случае присадочный металл диффундирует в основной материал до тех пор, пока физические и механические свойства соединения не станут почти идентичными свойствам основного металла. Два критических аспекта DFB, TLP или ADB являются такими:

- жидкость должна быть образована и стать активной в области соединения; и

- должна произойти обширная диффузия элементов присадочного металла в основной материал.

Способами получения соединения, похожего или такого же, как соединение, полученное при использовании DFB, TLP или ADB, но имеющего преимущество высокотемпературной пайки, например, имеющего возможность запаивать большие зазоры и т.д., представляют собой применение технологии высокотемпературной пайки и тугоплавких присадок, раскрытые в WO 2002/38327, WO 2008/060225 и WO 2008/060226. Применяют тугоплавкую присадку, т.е. тугоплавкий припой, с составом, близким к основному материалу, но с добавленными понижающими температуру плавления компонентами, например, кремнием и/или бором, и/или фосфором. Тем самым паяное соединение будет иметь состав, близкий к основному материалу после высокотемпературной пайки, поскольку тугоплавкая присадка имела состав, подобный основному материалу, при этом тугоплавкая присадка смешивается с основным материалом, благодаря растворению основного материала, и понижающие температуру плавления компоненты диффундируют в основной материал.

Существует множество причин для выбора определенного способа соединения, такие как стоимость, производительность, безопасность, скорость и свойства соединенного изделия. Родственные Е-модули будут уменьшать риск высоких напряжений в материале с более высоким Е-модулем, когда материал нагружается. При похожем коэффициенте теплового расширения результатом будет уменьшение термически индуцированных напряжений. При похожем электрохимическом потенциале результатом будет уменьшение риска коррозии.

Применение присадок, т.е. сплавов, при соединении основных металлов является сложным процессом. Присадка должна находиться в форме, которая могла бы быть нанесена на основной металл перед нагревом. Обычно присадки представляют собой частицы, соответственно произведенные сверхтонким измельчением, но присадки также могут быть в форме фольги, произведенной "формованием из расплава", т.е. быстрым затвердеванием (RS). Что касается RS, то посредством RS можно производить лишь ограниченное число составов. Число составов, которые могут быть изготовлены в виде частиц, т.е. порошка, значительнее, и обычным способом производства порошков является сверхтонкое измельчение. Когда присадки находятся в форме порошков, тогда их часто комбинируют со связующими для образования пасты, которая может быть нанесена на основной металл любым подходящим образом. Производство фольги или производство порошков для сплава является сложными процессами, и, следовательно, дороги. Когда используют порошки, порошки наносят подходящим образом в форме пасты, как упомянуто выше, это добавит дополнительный этап в процесс, поскольку паста должна быть смешана со связующими и другими компонентами, которые являются практически значимыми для свойств пасты. В обоих процессах выполняется большой объем работы для получения правильной формы, свойств, внешнего вида и состава присадки перед плавлением и соединением.

ИЗОБРЕТЕНИЕ

Целью изобретения является уменьшение количества этапов процесса соединения подложек из основных материалов. Другой целью является упрощение соединения основных материалов и, таким образом, уменьшение затрат.

Если это возможно, при выборе тугоплавких присадок выгодным является состав, близкий к основному материалу, поскольку основной материал был выбран для целей изделия. Если бы это было возможно, и затраты были бы неограниченными, лучше всего было бы разработать по одной тугоплавкой присадке для каждого основного материала. Следовательно, другой целью изобретения является сокращение необходимого числа тугоплавких присадок.

Соответственно настоящее изобретение предлагает решение технических проблем и целей с помощью новой изобретательской концепции высокотемпературной пайки. Первый аспект относится к способу обеспечения покрытого слоем тугоплавкого припоя изделия, содержащему следующие этапы:

Этап (i) нанесение одного или больше источников кремния и одного или больше источников бора на по меньшей мере часть поверхности подложки, при этом упомянутый по меньшей мере один источник бора и упомянутый по меньшей мере один источник кремния являются бескислородными за исключением неизбежных количеств загрязняющего кислорода, и при этом подложка содержит основной материал, имеющий температуру солидуса выше 1100°C;

Этап (ii) нагрев подложки, имеющей нанесенный источник бора и нанесенный источник кремния, до температуры ниже, чем температура солидуса основного материала подложки; и

Этап (iii) охлаждение подложки, имеющей нанесенный источник бора и нанесенный источник кремния, и получения покрытого слоем тугоплавкого припоя изделия.

Подложка представляет собой детали получаемого изделия, детали могут быть, например, но не ограничены этим, толстыми деталями, такими как сепараторы или отстойники и т.д. или тонкими деталями, такими как пластины или катушки, т.е. подложка может быть любыми деталями, которые должны быть соединены или на которые следует нанести покрытие. Подложки также могут быть обрабатываемыми деталями. Подложки могут быть из основных материалов, т.е. материала, подлежащего высокотемпературной пайке.

Основной материал представляет собой металл или сплав. Сплав определяется как однородное объединение или соединение двух или более элементов, причем сплав обладает выраженным показателем всех или большинства тех характеристик, которые обычно описываются как металлические. Сплавы являются соединениями, а не только смесями. Металл относится к элементу, который имеет металлические свойства.

Примерами основных материалов согласно первому аспекту могут быть основные материалы, представленные в списке Таблицы 1, причем основные материалы не ограничены этим списком и являются только примерами возможных основных материалов.

Таблица 1
Основные материалы	Приблизительная температура солидуса [°C]	Приблизительная температура ликвидуса [°C]
Никель типа 200/201	1435	1445
Nicrofer 5923hMo	1310	1360
Сплав Hastelloy® C-2000®	1328	1358
Сплав Hastelloy B3	1370	1418
Сплав Alloy C22	1357	1399
Сплав Inconel 625	1290	1350
Сплав C 276	1325	1370
Сплав Nicrofer 3033	1330	1370
Сплав Nicrofer 3127HMo	1350	1370
AL6XN	1320	1400
254SMO	1325	1400
Сплав Монель 400	1299	1348
Низкоуглеродистая сталь	1505	1535
Нержавеющая сталь типа 316	1390	1440
Нержавеющая сталь типа 304	1399	1421

В зависимости от того, какой основной материал используется, существуют различные предпочтительные основные материалы, имеющие различные температуры солидуса, т.е. температуру, при которой материал затвердевает. В соответствии с одним примером температура солидуса основного материала может быть выше 1100°C. В соответствии с другим примером температура солидуса основного материала может быть выше 1220°C. В соответствии с другим примером температура солидуса основного материала может быть выше 1250°C. В соответствии с дополнительным примером температура солидуса основного материала может быть выше 1300°C.

Соединения являются комбинациями двух или более элементов. Стекло, сталь, оксид железа являются веществами, в которых каждый атом притягивается всеми смежными атомами так, чтобы составить однородное или почти однородное твердое тело, причем такие тела сами по себе очевидно не являются механическими смесями, при этом химические соединения переменного или неопределенного состава, такие как силикаты и полимеры, химически комбинируются, но являются соединением переменного состава.

Не будучи связанными ни с какой-либо конкретной теорией, изобретатели полагают, что присутствие бора обеспечивает смачиваемость и понижение температуры плавления, а присутствие кремния обеспечивает понижение температуры плавления.

Источник бора относится к элементарному бору (B), сплаву или соединению, содержащему бор.

Источник кремния относится к элементарному кремнию (Si), сплаву или соединению, содержащему кремний.

В соответствии с дополнительным примером способ содержит смесь по меньшей мере одного источника бора и по меньшей мере одного источника кремния, и смесь является механической смесью.

Механическая смесь порошков относится к механическому смешиванию двух или более компонентов. Механическая смесь порошков представляет собой частицы из различных источников, причем каждая частица является либо источником бора, либо источником кремния.

Загрязняющий кислород относится к неизбежным количествам кислорода, которые содержатся, например, в технических сортах и т.д. источника кремния или источника бора, и это количество может составлять вплоть до 5 масс. % кислорода в источнике бора и вплоть до 5 масс. % кислорода в источнике кремния. Загрязняющий кислород может составлять вплоть до 10 масс. %.

Количество кремния и бора в смеси зависит от чистоты кремния и бора, а также от типа источника кремния или источника бора, которые содержатся в смеси. Например, если источником кремния является ферросилиций (Fe-Si), железо является тяжелым, и количество кремния и бора будет ниже. В Таблице 2 приведено несколько примеров.

Таблица 2
Смесь	B или Si	B4C, Fe-B, Fe-Si, Ni-B	Si	B	Общая масса	Масса B+Si	Количество B+Si [мас. %]
Si/B4C	10,0	2,6		2,0	12,6	12,0	95,2
Si/Fe-B	10,1	12,5		2,0	22,6	12,1	53,5
B/Fe-Si	2,0	30,2	10,1		32,6	12,1	37,6
Si/Ni-B	10,1	13,0		2,0	23,1	12,1	52,4

В соответствии с одним примером данный способ может содержать нанесение на металлическую подложку смеси одного или более источников кремния и одного или более источников бора, и при этом массовое соотношение в смеси бора и кремния находится в диапазоне от примерно 3:100 масс./масс. до примерно 100:3 масс./масс., причем кремний и бор присутствуют в смеси в концентрации по меньшей мере 25 масс. %.

Смесь по настоящему изобретению является выгодной в том, что она обеспечивает возможности получать соединения между подложками. Полученные соединения являются материалом, подобным материалу (ам) подложек, за исключением того, что соединения содержат дополнительные количества элементов смеси. Предусматривая образование соединений материала на подложках в соответствии с новой концепцией высокотемпературной пайки, можно избежать или по меньшей мере снизить риски коррозии, поскольку будет меньше различий между материалом в соединениях и в подложке по сравнению с тем, когда используют имеющиеся в продаже материалы для высокотемпературной пайки.

Одно преимущество массового соотношения бора и кремния в диапазоне от примерно 3:100 до примерно 100:3 состоит в том, что полученный тугоплавкий припой будет иметь смачиваемость и, следовательно, хорошую текучесть. Хорошая текучесть является преимуществом при высокотемпературной пайке соединений, потому что полученный тугоплавкий припой будет вытекать из областей, где получается тугоплавкий припой, и перетекать в область соединения. Следовательно, слой полученного тугоплавкого припоя на подложке будет иметь как текучесть, так и более низкую температуру плавления по сравнению с основным материалом подложки.

В соответствии с дополнительным примером способ содержит нанесение смеси, при этом смесь является механической смесью. Смесь может быть смесью смешанных порошков. Частицы в порошке могут быть либо источником бора, либо источником кремния. Смесь определяется как механическое смешивание двух или более компонентов. В соответствии с первым аспектом смесь является механической смесью двух или более порошков, т.е. смесью порошка "источника кремния" и порошка "источника бора".

В соответствии с другим примером способ содержит то, что кремний и бор на этапе (i) могут присутствовать в смеси в концентрации по меньшей мере 35 масс. %, более предпочтительно кремний и бор присутствуют в смеси на этапе (i) в концентрации по меньшей мере 40 масс. %, наиболее предпочтительно в концентрации по меньшей мере 45 масс. %.

В соответствии с еще одним примером способ содержит то, что кремний и бор на этапе (i) могут присутствовать в смеси в концентрации по меньшей мере 50 масс. %, более предпочтительно кремний и бор присутствуют в смеси на этапе (i) в концентрации по меньшей мере 60 масс. %, наиболее предпочтительно в концентрации по меньшей мере 70 масс. %, и еще более предпочтительно в концентрации по меньшей мере 80 масс. %.

В соответствии с другим примером способ может содержать то, что смесь на этапе (i) может содержать бор и кремний в массовом соотношении бора к кремнию в диапазоне от примерно 5:100 до примерно 1:1, предпочтительно в диапазоне от примерно 5:100 до примерно 2:1, более предпочтительно смесь на этапе (i) может содержать бор и кремний в массовом соотношении бора к кремнию в диапазоне от примерно 1:10 до примерно 7:10, наиболее предпочтительно смесь на этапе (i) может содержать бор и кремний в массовом соотношении бора к кремнию в диапазоне от примерно 15:100 до примерно 4:10.

В соответствии с другим примером способ содержит нанесение на подложку первого слоя по меньшей мере одного источника бора и нанесение второго слоя по меньшей мере одного источника кремния поверх первого слоя.

В соответствии с другим примером способ содержит нанесение источника кремния, при этом источник кремния выбирается из одного или более из элементарного кремния, сплава, содержащего кремний, или соединения, содержащего кремний.

В соответствии с дополнительным примером способ содержит нанесение источника бора, при этом источник бора выбирается из одного или более из элементарного бора, сплава, содержащего бор, или соединения, содержащего бор.

В соответствии с дополнительным примером способ содержит нанесение источника бора, при этом источник бора выбирается из элементарного бора, карбидов бора, боридов никеля или боридов кремния.

В соответствии с дополнительным примером способ содержит нанесение источника кремния, который выбирается из элементарного кремния, ферросилиция, силицидов железа, карбидов кремния или боридов кремния.

В соответствии с дополнительным примером источник бора и источник кремния являются одним и тем же, предпочтительно боридами кремния.

В соответствии с другим примером смесь может содержать то, что источник бора может быть выбран из элементарного бора, B₄C, B₄Si, B₃Si, NiB и FeB, а источник кремния может быть выбран из элементарного кремния, FeSi, SiC, B₄Si и B₃Si.

В соответствии с другим примером способ содержит нанесение смеси в виде порошка, и средний размер частиц порошка <250 мкм, предпочтительно средний размер частиц <160 мкм, более предпочтительно частицы имеют средний размер частиц <100 мкм, наиболее предпочтительно частицы имеют средний размер частиц менее чем 50 мкм.

Одним преимуществом размера частиц менее чем 250 мкм является способность распределять смесь на подложке настолько равномерно, насколько это возможно.

В соответствии с другим примером способ может содержать то, что на этапе (i) смесь содержится в композиции, и что композиция дополнительно содержит по меньшей мере одно связующее, причем упомянутое по меньшей мере одно связующее может быть выбрано из группы, состоящей из растворителей, воды, масел, гелей, лаков, олифы, связующих на основе мономеров и/или полимеров.

В соответствии с другим примером способ может содержать то, что на этапе (i) упомянутое по меньшей мере одно связующее может быть гелем или лаком, или олифой.

В соответствии с другим примером способ может содержать то, что на этапе (i) упомянутое по меньшей мере одно связующее может быть выбрано из сложных полиэфиров, полиэтилена, полипропилена, акриловых полимеров, метакриловых полимеров, поливинилового спирта, поливинилацетата, полистирола.

В соответствии с дополнительным примером связующее может быть сложным полиэфиром, воском или их комбинациями.

В соответствии с дополнительным примером композиция является краской или композиция является пастой, или композиция является дисперсией.

В соответствии с дополнительным примером связующее является гелем, а композиция является пастой.

Одним преимуществом, если композиция является пастой, является то, что паста может быть легко нанесена на выбранные области на подложке.

В соответствии с другим примером, способ может содержать то, что на этапе (i) композиция может быть краской.

Одним преимуществом композиции, являющейся краской, является то, что краска может быть легко распределена по поверхности подложки и прилипает к поверхности, и поэтому может удерживаться, например, при транспортировке, штамповке, прессовании, резке и т.д.

В соответствии с другим примером способ содержит нанесение композиции, содержащей смесь, по меньшей мере одно связующее, и частицы основного материала, и при этом основной материал присутствует в количестве менее чем 75 масс. % в пересчете на общую массу кремния, бора и основного металла.

В соответствии с другим примером композиция может также содержать порошки основного материала, причем основной материал присутствует в количестве менее чем 75 мас. % в пересчете на общую массу кремния, бора и основного материала. Такая композиция обеспечивает дополнительный основной материал при получении тугоплавкого припоя во время процесса плавления. При высокотемпературной пайке, например, тонких деталей или тонких пластин дополнительный основной материал может снижать или уменьшать риск прогорания насквозь пластин или деталей, как видно в Экспериментальных примерах ниже.

В соответствии с дополнительным примером способ содержит нанесение композиции, содержащей смесь, по меньшей мере одно связующее и частицы тугоплавкого припоя.

В соответствии с дополнительным примером способ содержит применение подложки из основного материала, выбранного из сплавов на основе железа, сплавов на основе никеля, сплавов на основе хрома, сплавов на основе меди и сплавов на основе кобальта.

В соответствии с дополнительным примером способ может содержать то, что на этапе (i) основной материал может быть сплавом, содержащим элементы, такие как железо (Fe), хром (Cr), никель (Ni), молибден (Mo), марганец (Mn), медь (Cu), кобальт (Co) и т.д.

В соответствии с другим примером способ содержит применение подложки из основного материала, который содержит от примерно 15 до примерно 22 масс. % хрома, от примерно 8 до примерно 22 масс. % никеля, от примерно 0 до примерно 3 масс. % марганца, от примерно 0 до примерно 1,5 масс. % кремния, необязательно от примерно 1 до примерно 8 масс. % молибдена, а остальное - железо.

В соответствии с другим примером основной материал содержит более чем 50 масс. % Fe, менее чем 13 масс. % Cr, менее чем 1 масс. % Mo, менее чем 1 масс. % Ni и менее чем 3 масс. % Mn.

В соответствии с другим примером основной материал содержит более чем 10 масс. % Cr и более чем 60 масс. % Ni.

В соответствии с другим примером основной материал содержит более чем 15 масс. % Cr, более чем 10 масс. % Mo и более чем 50 масс. % Ni.

В соответствии с другим примером основной материал содержит более чем 10 масс. % Fe, от 0,1 до 30 масс. % Mo, от 0,1 до 30 масс. % Ni и более чем 50 масс. % Co.

В соответствии с другим примером основной материал содержит более чем 80 масс. % Ni.

В соответствии с другим примером способ содержит нагрев подложки, имеющей поверхностный слой нанесенной смеси или нанесенной композиции, до температуры выше, чем температура плавления полученной расплавленной фазы. Расплавленная фаза может быть тугоплавким припоем и может иметь температуру ликвидуса ниже, чем у основного материала.

В соответствии с другим примером способ содержит на этапе нагрева нагрев подложки, имеющей нанесенную смесь или нанесенную композицию, до температуры выше чем 900°C.

В соответствии с другим примером способ содержит получение расплавленной фазы, причем расплавленная фаза получается сплавлением элементов поверхности подложки со смесью на этапе нагрева.

В соответствии с другим примером способ также содержит дополнительный этап перед этапом (i), причем упомянутый дополнительный этап содержит резку или формование металлической подложки (ек) или их комбинации.

В соответствии с другим примером способ также содержит дополнительный этап перед этапом нанесения или после этапа нанесения, или после этапа нагрева, причем упомянутый дополнительный этап содержит резку или формование изделия (ий) или их комбинации.

В соответствии с другим примером способ может содержать то, что способ также может содержать дополнительный этап (iv), причем этап (iv) содержит резку или формование изделия(ий) c этапа (iii), или их комбинации.

В соответствии с другим примером способ по любому из примеров содержит подложку, причем подложка имеющая нанесенную смесь или нанесенную композицию, нагревается на этапе (ii) до температуры в диапазоне от 900°C до 1200°C.

Поверхностный слой может быть нанесен в виде порошка смеси, либо с помощью таких средств, как физическое осаждение из паровой фазы (PVD) или химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) представляет собой разнообразие осаждений в вакууме и является общим термином, используемым для описания любого из разнообразия способов осаждения тонких пленок путем конденсации испаренной формы желаемого материала пленки на различные поверхности обрабатываемой детали, например, на полупроводниковые пластины. Этот способ нанесения покрытий содержит чисто физические процессы, такие как высокотемпературное вакуумное испарение с последующей конденсацией или бомбардировку распыленной плазмой, вместо осуществления химической реакции на поверхности, которую следует покрыть, как при химическом осаждении из паровой фазы. Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) является химическим процессом, используемым для производства твердых материалов высокой чистоты с высокими рабочими характеристиками. Этот процесс используется, например, в полупроводниковой промышленности для производства тонких пленок. В обычном CVD процессе пластина, т.е. подложка, подвергается воздействию одного или более летучих прекурсоров, которые реагируют и/или разлагаются на поверхности подложки, производя желаемое осажденное вещество. Зачастую также образуются летучие побочные продукты, которые удаляют посредством газового потока через реакционную камеру.

В соответствии с другим примером способ согласно любому из примеров содержит получение пластин, предпочтительно теплообменных пластин, пластин реакторов или деталей сепараторов, отстойников, насосов, клапанов и т.д., имеющих слой тугоплавкого припоя.

Второй аспект относится к покрытому слоем тугоплавкого припоя изделию, содержащему подложку, имеющую по меньшей мере один слой тугоплавкого припоя, при этом подложка содержит по меньшей мере один основной материал, имеющий температуру солидуса выше 1100°C, при этом слой тугоплавкого припоя имеет содержание кремния выше, чем основной материал, и при этом слой тугоплавкого припоя имеет температуру плавления ниже, чем основной материал.

В соответствии с одним примером слой тугоплавкого припоя имеет содержание по меньшей мере 2 масс. % кремния.

В соответствии с дополнительным примером слой (и) тугоплавкого припоя имеет содержание Si в диапазоне от 2 масс. % до 15 масс. %.

В соответствии с дополнительным примером слой (и) тугоплавкого припоя имеет содержание Si в диапазоне от 2 масс. % до 10 масс. %.

В соответствии с дополнительным примером слой (и) тугоплавкого припоя имеет содержание Si в диапазоне от 5 масс. % до 7 масс. %.

В соответствии с другим примером покрытое слоем тугоплавкого припоя изделие может содержать то, что слой (и) тугоплавкого припоя может иметь температуру плавления ниже, чем основной материал подложки.

В соответствии с дополнительным примером покрытое слоем тугоплавкого припоя изделие имеет ферромагнитные свойства для подложки из аустенитных нержавеющих сталей.

В соответствии с другим примером слой тугоплавкого припоя имеет толщину по меньшей мере 5 мкм.

В соответствии с другим примером слой тугоплавкого припоя имеет толщину по меньшей мере 10 мкм.

В соответствии с другим примером слой тугоплавкого припоя имеет толщину в диапазоне от 5 мкм до 120 мкм, предпочтительно в диапазоне от 10 мкм до 110 мкм.

В соответствии с дополнительным примером температура солидуса основного материала может быть выше 1220°C. В соответствии с другим примером температура солидуса основного материала может быть выше 1250°C. В соответствии с дополнительным примером температура солидуса основного материала может быть выше 1300°C.

В соответствии с другим примером покрытое слоем тугоплавкого припоя изделие имеет сжимающее напряжение в слое тугоплавкого припоя на подложке.

В соответствии с другим примером подложка является одной или более деталями изделия, подлежащими соединению, одной или более пластинами, подлежащими соединению, катушками, частично подвергнутыми высокотемпературной пайке объектами.

В соответствии с дополнительным примером покрытое слоем тугоплавкого припоя изделие имеет твердость в слое тугоплавкого припоя выше, чем в основном материале. Примеры того, что слой тугоплавкого припоя имеет твердость выше, чем основной материал, можно увидеть в Экспериментальных примерах ниже.

Третий аспект относится к покрытому слоем тугоплавкого припоя изделию, получаемому способом согласно любому из примеров первого аспекта.

В соответствии с одним примером покрытое слоем тугоплавкого припоя изделие, получаемое способом согласно любому из примеров первого аспекта, причем покрытое слоем тугоплавкого припоя изделие имеет свойства согласно примерам второго аспекта.

Четвертый аспект относится к способу обеспечения паяного изделия, содержащему следующие этапы:

Этап (i) сборка по меньшей мере одного покрытого слоем тугоплавкого припоя изделия в соответствии с любым из примеров второго аспекта с по меньшей мере одной из металлических подложек с получением сборного изделия или уложенного изделия;

Этап (ii) нагрев сборного или уложенного изделия до температуры ниже 1250°C в печи в вакууме, в инертном газе, в восстановительной атмосфере или в их комбинациях; и

Этап (iii) получение паяного изделия с одним или более соединениями в областях соприкосновения.

Области соприкосновения относятся к областям, где первая подложка находится в соприкосновении со второй подложкой, и где во время высокотемпературной пайки будет образовано соединение.

Сборка относится к укладыванию друг на друга, например, пластин, но не ограничена этим, таких как теплообменные пластины. Сборка дополнительно относится к сборке деталей.

В соответствии с одним примером способ содержит то, что полученные соединения являются материалом, подобным материалу в качестве основного материала в подложке (ах).

В соответствии с дополнительным примером способ может содержать получение паяного изделия, обеспеченного соединением (ями), полученным в точках соприкосновения между покрытым слоем тугоплавкого припоя изделием и другим покрытым слоем тугоплавкого припоя изделием или между покрытым слоем тугоплавкого припоя изделием и другим необработанным изделием из подложки в процессе плавления и переносом расплавленной фазы под воздействием капиллярных сил в плоскость областей соприкосновения, главным образом, из соседних областей.

В соответствии с дополнительным примером способ также содержит резку, формование, штамповку или прессование покрытого слоем тугоплавкого припоя изделия или их комбинации.

В соответствии с дополнительным примером полученное паяное изделие выбирается из теплообменников, пластинчатых (тарельчатых) реакторов, деталей реакторов, деталей сепараторов, деталей отстойников, деталей насосов, деталей клапанов.

В соответствии с дополнительным примером способ может содержать резку, формование, штамповку или прессование покрытых слоем тугоплавкого припоя изделий или их комбинации до нагрева сборных или уложенных покрытых слоем тугоплавкого припоя изделий.

Пятый аспект относится к паяному изделию, полученному способом в соответствии с четвертым аспектом.

Шестой аспект относится к способу обеспечения покрытого изделия, содержащему следующие этапы:

Этап (i) нанесение износостойких частиц, выбранных из одного или более из боридов, нитридов, оксидов, карбидов, карбида вольфрама, (кубического) нитрида бора, нитрида титана, алмазов, металлических композитов, боридов хрома и их комбинаций, на покрытые слоем тугоплавкого припоя изделия согласно любому из примеров в соответствии со вторым аспектом;

Этап (ii) нагрев покрытого слоем тугоплавкого припоя изделия, имеющего нанесенные на него износостойкие частицы, до температуры ниже 1250C в печи в вакууме, в инертном газе, в восстановительной атмосфере или в их комбинациях; и

Этап (iii) получение покрытого изделия.

В соответствии с одним примером покрытое изделие, полученное путем нагрева покрытого слоем тугоплавкого припоя изделия согласно примерам в соответствии со вторым аспектом до температуры выше, чем температура солидуса полученного тугоплавкого припоя, и ниже, чем температура солидуса подложки, с получением покрывающего слоя, причем предпочтительно покрывающий слой содержит частицы, улучшающие поверхность, износостойкие частицы или катализатор, более предпочтительно этот покрывающий слой содержит карбид вольфрама, (кубический) нитрид бора, нитрид титана, алмазы, металлические композиты, бориды хрома.

В соответствии с одним примером покрытое изделие может содержать частицы, выбранные из твердых частиц или частиц, улучшающих поверхность. Частицы могут быть нанесены на покрытое слоем тугоплавкого припоя изделие до термической обработки и получения износостойкой поверхности или поверхности, которая имеет улучшенную площадь поверхности.

Седьмой аспект относится к покрытому изделию, полученному способом согласно шестому аспекту.

Восьмой аспект относится к применению покрытого слоем тугоплавкого припоя изделия согласно примерам в соответствии со вторым аспектом для высокотемпературной пайки деталей или изделий для теплообменников, пластинчатых реакторов, деталей реакторов, деталей сепараторов, деталей отстойников, деталей насосов, деталей клапанов.

Девятый аспект относится к применению покрытого слоем тугоплавкого припоя изделия согласно любому из примеров в соответствии со вторым аспектом для изделий, имеющих твердую поверхность.

В паяном изделии, полученном данным способом, объем образованного тугоплавкого припоя вычисляется по следующей формуле, см. также Фиг. 2:

Объем = общая площадь A × длина соединения

Общая площадь A=((X-B)/2)×((X-B)/2)×tan α

где A является общей площадью двух треугольников, X является общей шириной образованного соединения, B является частью образованного соединения, где объем образованного тугоплавкого припоя в центре соединения пренебрежимо мал, а высота вычисляется путем измерения угла α, который является углом между касательной к штампованной