Способ пайки графита с алюминием

Способ пайки графита с алюминием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнк

Социалистических

Ресвубаим

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ

<>804267 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 290379 (21) 2743047/25-27 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15 0 2,8 1. Бюллетень Мо

Дата опубликования описания (53)М К 3

В 23 К 1/04

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй (53) УДК621 7» ° 3 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Б,Я,Кокушкин, Л.T,Àíèêèí, Г.A.Êðàâåöêèé (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПАЙКИ ГРАФИТА С АЛЮМИНИЕМ

Изобретение относится к пайке, в частности к способам пайки графитовых деталей с алюминиевыми и может быть использовано для соединения графитовых анодов и катодов алюминиевых

5 и магниевых электролизеров к токоподводящим алюминиевым шинам, а также в электрометаллургии, авиационной и электротехнической промышленности.

Известен способ соединения графита с алюминием, осуществляемый при помощи эвтектических сплавов оловосвинец, висмут-свинец (55-44,5 вес.Ъ) и последующей пропитки углеродом или хлористым углеводородом, например 15 гексахлорбензолом flJ .

Этому способу присущ недостаток, связанный с наличием в паяном шве легкоплавкой эвтектики. Температура распая паяного шва невелика составля- 20 ет 183 и 125 С соответственно.

Известен также способ соединения графита с алюминием, включающий стадий обезжнривания и очистки соедини емых поверхностей ; покрытия соединя- 25 емых поверхностей слоем меди;покрытия слоем никеля толщиной 0,005 мм; флюсования; покрытия слоем оловаунагрева соединяемых деталей до температуры расплавления олова (288-370 С);1() сдавливания соединяемых поверхностей с удельным давлением 55 кгс/см2 и охлаждения (2).

Недостатками этого способа явля ются низкая температура распая (232ОС) и низкая жаропрочность паяного-шва, Цель изобретения — повышение температуры распая и жаропрочности паяного соединения графита с алюминием.

Поставленная цель достигается тем, что между соединяемыми графитовой и алюминиевой. деталями располагают металлический пакет, состоящий из . последовательно расположенных от гра1фита прослоек малоуглеродистой стали меди и алюминиевого эвтектического сплава с соотношением толщины прослоек (1 5, ° 2 5) (4 5, 5 5) (О 5 °

l,5). Соединяемые детали сдавливают и нагревают до 1150-1200 С со стороо ны графита и до 600-640 С со стороны алюминия.

В качестве эвтектической прослойки могут быть применены сплавы алюминия с кремнием, нйкелем или кальцием.

Применение трехслойного металлического пакета, состоящего из малоуглеродистой стали, меди и алюминиевого эвтектического сплава является необ804267 ходимым, так как пакет в целом и каждая из этих прослоек играют положительную роль. Прослойка из малоуглеродистой стали предназначена для соединения графита с медью. Известно, что углерод не растворяется нйв твердой, ни в расплавленной меди и не образует с ней соединений. Наличие между графитом и медью стальной прокладки приводит при нагреве к контактному плавлению как со стороны графита, так и со стороны меди. Обра- 10 эующиеся при плавлении расплавы смачивают контактируемые поверхности и при охлаждении способствуют формированию прочного соединения. Кроме того, термические коэффициенты линей- I5 ного расширения (т,к.л,р.) образующихся в результате контактного плавления слоев и стальной прокладки,являются промежуточными между сильйо различающимися в этом отношении 20 т. к.л.р. графита (5-7 ° 10 1/град) и меди (20-22 ° 10 1/град) . Плавное изменение т.к.л.р. от графита к меди ослабляет термические напряжения, возникающие при нагреве и охлаждении спая. 25

Выбор прослойки из малоуглеродистой стали связан с тем,что в жидком состоянии медь плохо перемешивается с высокоуглеродистым расплавом железа. Медная прослойка является необ- 30 ходимым связующим элементом между сталью и алюминием. При отсутствии прослойки меди в контакте сталь-алюминий при нагреве образуется интерметаллид F åA4 . Это соединение крис- 35 таллизуется в виде хрупких пластинок и игл и из-за существенной разницы т. к.л. р. соединяемых материалов в этой зоне часто образуются трещины.

Наличие между стальной и алюминиевой поверхностями слоя меди препятствует образованию интерметаллида F еА8д.

Образующиеся в результате контактного плавления слои, и собственно слой меди, являются более пластичными и имеют т.к.л.р.промежуточные по вели- 45 чине между сталью (10- 2 ° 10 1/град) и алюминием (24-26 10 1/град) . Это также способствует снижению уровня остаточных напряжений в паяном соединении. $0

Наличие прослойки эвтектическог алюминиевого сплава (Ag - Я, АБ — М, А1 — С а) уменьшает время контактного плавления, снижает эрозию алюминиевой детали и способствует фор-55 мированию более пластичного шва. Кроме того, эти сплавы имеют достаточно высокую температуру плавления и обеспечивают высокую жаропрочность паяного шва.

Соотношение .толщины прослоек, сос- 60 тавляющих металлический пакет должно быть равным (1,5..;2,5):(4,5...

5.5) (0,5...1,5) . При этом должно выдерживаться определенное их распс ложение в зоне соединения..При больших 65 и меньших соотношениях толщин прослоек распределение температурного поля при электроконтактном нагреве таково, что в процессе пайки не обеспечиваются необходимые температуры в зоне соединения около графитовой и алюминиевой поверхностей.

Процесс пайки проводят таким образом, чтобы плавление в контактах графит-малоуглеродистая сталь, малоуглеродистая сталь-медь, медь-алюминиевый эвтектический сплав, эвтектический сплав-алюминий происходит практически одновременно.

Температура в контактах графитсталь должна быть равна 1150-1200 С, сталь-медь 1100-1150 С, медь-алюминиевый эвтектический сплав и алюминиевый эвотектический сплав-алюминий

550-640 С. При больших температурах имеет место расплавление алюминиевой детали, а при меньших не происходит контактно-реактивного плавления в стыках соединяемых материалов и образования прочного паяного соединения.

Такое распределение температуры в зоне паяного соединения достигается регулированием мощности нагрева (плотности тока) и распределения теплового потока путем неодинакового охлаждения графитовой и алюминиевой деталей за счет их различной теплопроводности и различной подачи охлаждающей воды.в пуансонах установки, между которыми закрепляются соединяемые детали °

Экспериментально установлено, что для того, чтобы происходило практически одновременное плавление в вышеперечисленных контактах, плотность электрического тука должна быть равной 320-350 а/см, а скорость изменения температуры со стороны графита и алюминия - 270-290 град/с. Такое распределение теплового потока о6еспечивает плавление в контактах уже через 5-10 с после включения электрического тока.

Пример 1 . Между графитовым и алюминиевым образцами в форме цилиндров р 10х35 мм располагают металлический пакет ф 10 мм, состоящий из прослойки малоуглеродистой стали толщиной 0,6 мм, меди 1,5 мм и силумина (A8 - 5Ф -сплав) 0,3 мм. Собранные под пайку графито-алюминиевые образцы размещают между пуансонами пресса горячего прессования и нагревают током плотностью 350 а/см в течение 10 с. С помощью платино-платинорадиевой термопары измеряют температуру в зонах графита и алюминия, отстоящих от стыка на расстоянии 1мм.

Температура в графите составляет

1150 С, а в алюминии - 600 С . УдельЮ ное усилие сдавливания деталей составляет 10 кгс/см . Пайка проводится на воздухе. С помощью третьей термопары, расположенной,в зоне эвтектической прослойки алюминиевого сплава

804267!

2. Патент. США М 2.920.385, кл. 29-472 ° 7, 08. 02, 56.

Составитель Ф.Конопелько. Редактор Ю.Петрушко Техред E. Гаврилешко Корректор Ю.Макаренко

Заказ 10773/20 Тираж 1159 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 измеряют температуру плавления наиболее легкоплавкой зоны соединения и считают ее температурой распая.

Прочность паяных образцов составляет. 47...70 кгс/см при 20 С и 15.. °

30 кгс/см при 300 С Температура распая образцов 580 С.

Aналогичные результаты получены щри использовании эвтектических сплавов Аф - N u Af - Са.

Таким образом, предлагаемый спо« соб пайки позволяет получить паяный . шов с температурой распая не ниже

545 С, в то время как в известном споа собе температура распая шва составляет 230 С. Предел прочности при 20 С паяных графито-алюминиевых соединений, полученных по предлагаемому способу, в 2-3 раза выше по сравнению с соединениями, полученными известным способом. Паяные соединения, полученные по предлагаемому способу, жзро- 2О прочны до 300 С, в то время как соединения, сформированные с помощью гальванопокрытий меди и никеля и спаянные оловом жаропрочны только до

150 С и расплавляется при 230 С.

Формула изобретения

1. Способ пайки графита с алюминием, включающий введение в паяемый зазор промежуточных прослоек, сдавливание соединяемых поверхностей и нагрев, отличающийся тем, что, с целью повышения температуры распая и жаропрочиости паяного соединения, в качестве промежуточной прослойки берут металлический пакет, состоящий из последовательно расположенных от графита прослоек малоуглеродистой стали, меди и алюминиевого эвтектического сплава с соотношением толщин прослоек (1,5...2,5):(4,5...

5 5):(0,5...1,5), а нагрев производят до 1150...1200 С со стороны графита и до 600...640 С со стороны алю0 мини я, 2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве эвтектической алюминиевой прослойки применяют эвтектические сплавы алюминия с кремнием, никелем или кальцием.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции 9 1.391.580, кл. В 01 К, 30.04.64.