Способ пайки материалов

Способ пайки материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п11536905

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.08.74 (21) 2055091/27 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.11.76. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 23.12.7б (51) М. Кл В 23К 1/20

В 23К 1/12

В 23К 31/04

Гвсудврственимв квнитет

Совета Министров СССР ло делан изобретений . и открытий (53) УДК 621.791.36 (088.8) (72) Авторы изобретения

1О. В. Найдич, Г. А. Колесниченко, Б. Д. Костюк, Н. С. Зюкин, В. П. Федулаев, H. А. Колчеманов, В. М. Угаров, В. В. Лосев, М. С. Друй, А. А. Лавринович, Д. Ф. Шпотаковский и С. В. Чижов

Ордена Трудового Красного Знамени институт проблем материаловедения АН Украинской ССР, Томилинский завод алмазного инструмента и Всесоюзный научно-исследовательский институт абразивов и шлифования (71) Заявители (54) СПОСОБ ПАИКИ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к креплению (пайке) режущих элементов из компактных материалов на основе кубического нитрида бора, алмаза к металлическим державкам с последующим изготовлением из них абразивного инструмента.

Известны способы, при которых паяемую поверхность покрывают двумя слоями металлизирующего покрытия: одним слоем, обладающим высокой адгезионной активностью по отношению к паяемым материалам, и другим, обладающим пониженной окисляемостью, и производят пайку на воздухе под слоем жидкого флюса неадгезионно-активным по отношению к паяемым материалам припоем.

Однако такие способы не обеспечивают достаточно высокого качества соединения.

С целью повышения качества по предлагаемому способу для первого слоя выбирают материал из группы хром, вольфрам, молибден, тантал, а для второго слоя — металл из группы медь, серебро, никель, кобальт, а также за счет того, что в качестве адгезионно-активного покрытия наносят сплав, содержащий один из тугоплавких металлов (молибден, вольфрам, тантал), свинец, олово, титан (гидрид титана) и медь при следующем соотношении компонентов, вес. %:

Тугоплавкий металл 0,5 — 40

Свинец 2 — 15

5 Олово 5 — 15

Титан (гидрид титана) 5 — 25

Медь Остальное.

Предлагаемый состав адгезионно-активного сплава выбирают исходя из того, что окисляеI0 мость титана, адсорбировавшегося на межфазной границе паяемый материал — сплав и обеспечивающего высокую адгезию на этой границе, уменьшена за счет внешнего неактивного слоя (защитного слоя).

15 В качестве неадгезионно-активного металла по отношению к паяемому материалу используют металл из группы медь, серебро, сплавы типа бронзы, латуни, Пср.

Флюс выбирают из группы флюсов с низ20 кой температурой плавления, например флюс № 209, применяемый для пайки металлов твердыми металлическими припоями, а также флюсы № 200, № 7, ¹ 34А. Флюс № 209 имеет состав в âåñ. /с: борный ангидрид 35, фто25 ристый калий обезвоженный 42, фтороборат калия 23; флюс № 200 — борная кислота 70, 536905

55 б0 б5

3 фтористый кальций 9, бура 21; флюс № 7— борная кислота 20, бура 80; флюс М 34А— фтористый натрий 10, хлористый цинк 8, хлористый калий 50.

Метод металлизации поверхности паяемого материала может быть любой — распыление металла при электронно-лучевом нагреве и осаждение паров металла на относительно холодный образец (T= 200 — 500 С) и последующий его отжиг для достижения адгезии; окунание материала в адгезионно-активный расплав нанесением порошкообразных паст адгезионно-активного сплава, замешанных на легковыгораемом органическом клее, и последующее их вжигание для достижения прочного сцепления металлизирующего слоя с поверхностью и др. Непременным условием металлизации материала является получение высокой степени адгезии покрытия к поверхности материала, которую достигают использованием адгезионно-активных металлов по отношению к паяемым материалам и отжигом при температурах протекания химической реакции материал — металлическое покрытие T=

= 500 — 900 С (газовая среда — вакуум

1 — 5.10 мм рт. ст., аргон, гелий).

Далее осуществляют пайку металлизированной поверхности к металлической держав«е на воздухе методами пайки металла с металлами по возможности пластичными припоями во избежание термических напряжений в спае. На стадии пайки необходима защита металлизирующего слоя от окисления и ненарушение ранее достигнутой адгезии металлическое покрытие — материал. Для соблюдения этого условия используют флюсы с низкой температурой плавления 500 †6 С и стойкими до температур пайки неактивными металлами, сплавами (до 1000 С), а также процесс пайки и охлаждения ведут ускоренно.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. Для пайки выбирают поликристалл эльбора-P 9 3,9 мм и высотой 4,4 мм и металлическую стальную державку Я 5,5 мм и высотой 20 мм.

Предварительно поликристалл эльбора-P металлизируют слоем молибдена методом электронно-лучевого распыления металла и его осаждения до толщины 0,5 мкм. Процесс ведут в вакууме 1 — 5.10 — мм рт. ст. Далее поликристалл покрывают электролитически защитным слоем меди до общей толщины

2,5 мкм. В заранее подготовленное цилиндрическое отверстие в стальной державке, просверленное вдоль оси ее на торце, помещают металлизированный поликристалл с зазором пайки 0,15 мм на сторону. Пайку ведут на воздухе под расплавом флюса № 209 на ТВЧ сплавом, содержащим 20 вес. /о олова и 80 вес. /о меди, со скоростью нагрева и охлаждения 20 град/сек. Припой при расплавлении под действием капиллярных сил затекает в зазор для пайки. Во избежание всплывания поликристалла за счет большого различия удельного веса поликристалла и припоя к по5

45 ликристаллу прикладывают давление прижима 2 кг/см .

Спай получается с равномерным затеканием припоя, без раковин, без трещин в режущем элементе эльбора-Р и других дефектов пайки, с хорошей адгезией припоя к эльбору-P.

Пример 2. Для пайки выбирают поликристалл карбонадо Я 3,7 мм и высотой 4,2 мм и металлическую стальную державку Я 5,5 мм и высотой 20 мм.

Предварительно поликристалл карбонадо металлизируют слоем хрома методом электронно-лучевого распыления металла и его осаждения до толщины 0,5 мкм. Процесс ведут в вакууме 1 — 5.10 мм рт. ст. Далее поликристалл покрывают электролитически защитным слоем никеля до общей толщины

5 мкм. В заранее подготовленное цилиндрическое отверстие в стальной державке, просверленное вдоль оси ее на торце, помещают металлизированный поликристалл с зазором пайки 0,2 мм на сторону. Пайку ведут на воздухе под расплавом флюса № 209 на ТВЧ сплавом, содержащим 28 вес. о/о меди и

72 вес. /о серебра, со скоростью нагрева и охлаждения 20 град/сек. Припой при расплавлении под действием капиллярных сил затекает в зазор для пайки. Во избежание всплывания поликристалла за счет большого различия удельного веса поликристалла и припоя к поликристалу прикладывают давление 2 кг/см .

Спай получается с равномерным затеканием припоя, без раковин, без трещин в режущем элементе карбонадо и других дефектов пайки, с хорошей адгезией припоя к карбонадо.

Пример 3. Для пайки выбирают поликристалл эльбора-P Я 4,1 мм и высотой

4,5 мм и металлическую стальную державку

Я 6 мм и высотой 20 мм.

Предварительно поликристалл эльбора-P металлизируют слоем сплава следующего состава, вес. /о ..

Титан 6

Свинец 10

Олово 11

Медь 72,5

Молибден 1 методом нанесения кисточкой пасты порошкообразного сплава, замешанного на органическом легко выгораемом в вакууме клее и последующего отжига поликристалла в вакууме 1 — 5.10- мм рт. ст. при температуре

900 С в течение 3 мин.

В заранее подготовленное цилиндрическое отверстие в стальной державке, просверленное вдоль оси ее на торце, помещают металлизированный поликристалл с зазором пайки

0,2 мм на сторону. Пайку ведут на воздухе под расплавом флюса № 209 на ТВЧ сплавом, содержащим 20 вес. /о олова и 80 вес. /о меди, со скоростью нагрева и охлаждения

20 град/сек. Припой при расплавлении под действием капиллярных сил затекает в зазор для пайки, Во избежание всплывания поликристалла за счет большого различия удель536905

Тугоплавкий металл

Свинец

Олово

0,5 — 40

2 — 15

5 — 15

5 — 25

Титан (гидрид титана)

Медь

Остальное.

Составитель М. Новик

Корректор Н. Аук

Техред М. Семенов

Редактор Н. Суханова

Заказ 2684/12 Изд. № 1821 Тираж 1178 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр Сапунова, 2 ного веса поликристалла и припоя к поликристаллу прикладывают давление -3 кг/cM

Спай получается с равномерным затеканием припоя, без раковин, без трещин в режущем элементе эльбора-P и других дефектов пайки, с хорошей адгезией припоя к эльбору Р.

Использование предлагаемого способа позволяет не только получать прочное и надежное крепление, но и термически ненапряженные спаи, в результате чего значительно снижается брак пайки — непропои, раковины, трещины в теле заготовки эльбора, карбонадо и в 5 — 7 раз повышается работоспособность резца за счет возможности нескольких переточек режущего элемента и полного использования его в качестве режущего элемента, а также за счет повышения режимов резания.

В результате того, что процесс пайки ведут в две стадии: металлизация в условиях вакуума при высоких температурах и процесс собственно пайки (на воздухе и практически мгновенно), причем во второй стадии упрощены условия пайки (среда вакуума заменена на среду воздуха), производительность возрастает в два раза.

Формула изобретения

Способ пайки твердосплавных материалов, преимущественно сверхтвердых материалов, 30 на основе кубического нитрида бора и алмаза, при котором паяемую поверхность покрывают двумя слоями металлизирующего покрытия: одним слоем, обладающим высокой адгезионной активностью по отношению к паяемым материалам, и другим, обладающим пониженной окисляемостью, и .производят пайку на воздухе под слоем жидкого флюса неадгезионно-активным по отношению к паяемым материалам припоем, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества, для первого слоя выбирают материал из группы хром, вольфрам, молибден, тантал, а для второго слоя — металл из группы медь, серебро,:никель, кобальт.

2. Способ по п. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что в качестве адгезионно-активного покрытия, наносят сплав, содержащий один из тугоплавких металлов (молибден, вольфрам, тантал), свинец, олово, титан (гидрид титана) и медь при следующем соотношении компонентов, вес. /о.