В качестве материалов для плавления промежуточных слоев наиболее часто используются припои различных сортов и оксидов щелочных металлов, которые взаимодействуют с оксидной пленкой на поверхности основного металла. Выбор химического состава слоя зависит от типа свариваемых материалов и требований сварного соединения, сварка проводится при температурах, близких к температуре плавления припоя, с учетом того, что необходимо обеспечить течение диффузионных процессов между сварными материалами и компонентами прослойки. Жидкая фаза облегчает отделение, диспергирование и растворение оксидных слоев, как это происходит при обычных типах и видах сварки. В большинстве случаев промежуточные слои обеспечивают очистку поверхностей и вытесняются из зоны контакта во время процесса диффузной сварки. Основным недостатком такого способа диффузной сварки, является низкое качество соединений, по качеству сварного соединения, подобный тип равен паяному соединению, учитывая сходство этой технологии с процессом пайки, мы не будем рассматривать ее в будущем.
Существует еще один способ обеспечить соединение через жидкий промежуточный слой, который образуется при эвтектической температуре в результате слияния материала, входящего в его состав, с контактными объемами подлежащих сварке материалов.
Механизм действия промежуточного слоя, подобен действию припоя при пайке, он смачивает поверхности, которые будут сварены в течение относительно короткого периода времени и образует интегральную связь при охлаждении. Например, титан с никелем образует эвтектику с массовой долей Ni 7 % (что соответствует 5,8 % атомов этого компонента).
Преимущество этого метода диффузионной сварки перед процессом, основанного на использовании припоя, заключается в том, что основной материал — эвтектический промежуточный слой — в системе не имеет явной границы раздела и тем самым резкого изменения физико-химических и механических свойств, характерных для системы основного материала — припой — основной материал. Эвтектический сплав основного материала с промежуточным слоем обладает свойствами обоих материалов. [1, c. 224]
В качестве материалов для неплавящихся промежуточных слоев применяют металлы обладающих высокой пластичностью, среди них: золото, серебро, никель, медь, алюминий и т. д. Обычно, они используются в виде фольги, проволоки, порошков и пленок, которые гальванически наносят на свариваемые поверхности, но более эффективным, но в тоже время, экономически более затратным, путем вакуумного осаждения.
Путем диффузионной сварки, в сочетании с образованием интерметаллических соединений в зоне соединения невозможно получить достаточно прочную связь нельзя только из алюминия и его сплавов со сталью, остальные стали и сплавы в различных сочетаниях выдают отличные прочностные характеристики. Например, алюминий-AMC сплав приварен к стали 15 через слой никеля, который гальванизирован слой медной подложки, причем на свариваемый материал, таким же методом нанесена медь.
Сварка осуществляется в следующем режиме: температура сварки 560 ° C, давление сварки 15 МПа, время выдержки 2,1 мин. В механических испытаниях сварных соединений для растягивающего напряжения трещина только по алюминию, что показывает качество сварного соединения.
Для повышения прочностных свойств сварных соединений меди (и ее сплавов) с железом и стали используется никелированный гальванический промежуточный слой толщиной от 25 до 35 мкм.
Этот слой образует сплошную серию твердых растворов на основе железа и меди (при T = 910 и 960 0С), что важно для сварки. Диффузионное соединение сплавов на основе ниобия и других тугоплавких металлов осуществляется при температурах ниже температуры рекристаллизации, необходимой для предотвращения их насыщения газами и роста зерен при нагревании.
Усиление диффузионных процессов достигается за счет промежуточных слоев, которые наносятся вакуумным распылением на сварные поверхности. Толщина напыленного слоя составляет от нескольких микрометров до десятков микрометров. Такие слои имеют мелкозернистую структуру. Они растворяются в сварных металлах и не оказывают существенного влияния на прочность сварного соединения. При сварке вольфрамо-ниобиевого сплава BH-3 в качестве материала промежуточного слоя используется никель и имеет низкую растворимость в ниобии. При температуре 1100 0С коэффициент диффузии никеля в ниобие на три порядка ниже, чем коэффициент ниобия в никеле. Параметры режима сварки следующие: T = 1010, P = 21 МПа и время сварки 35 мин. Прочностная адгезия в 0,95 раза превышает прочность на разрыв основного материала, подлежащего сварке.
Соединения никелевого сплава ХН60В с ниобием ВН2АЭ, твердым сплавом ХН60В, получают с использованием двойных промежуточных слоев молибдена-палладия или молибдена-вольфрама, осажденных путем вакуумного осаждения. Эти металлы образуют твердые растворы друг с другом и оба сварных металла.
Прочность на растяжение связующего соединения молибден-палладий выше, чем у слоя молибден-вольфрама, и составляет около 80 % сплава BH2AE.
При производстве режущих биметаллических элементов, тиснение, основание из стали 5ХГС сочетается с твердым вольфрамовым кобальтовым сплавом ВК20 с помощью никелевого слоя, нанесенного на сварные поверхности химическим методом, а также в виде фольги из никеля или пермаллоя 50Н толщиной 0,3 мм. Сварка осуществляется при T порядка 1125... 1175 0С, P — 5 МПа и t — 12 минут. Разрушение соединения через твердый сплав.
В большинстве случаев при сварке различных металлов и сплавов материалом промежуточного слоя является никель, благодаря его благоприятным физико-химическим свойствам и хорошей металлургической совместимости с другими металлами.
Никель, который относится к переходным металлам, обладает высокими прочностными свойствами и пластичностью, которые сохраняются при низких температурах. Для большинства металлов, используемых в промышленности (Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Pd, Pt и т. Д.), Он образует сплошную серию твердых растворов или упорядоченных стабильных фаз, что приводит к сварке разнородных металлов.
Ограниченная растворимость никеля в других металлах (Ag, Be Bi, Ca, Mo и Nb) и этих металлах объясняется разницей в их атомных радиусах. Эта разница при взаимной диффузии вызывает заметное изменение периода кристаллической решетки никеля, что приводит к образованию неустойчивых промежуточных фаз. Тем не менее использование никелевых прослоек приводит к образованию зоны интерметаллидов в сварном шве, которая имеет чрезвычайно высокую хрупкость и твердость.
Свойства диффузионного соединения через прослойки никеля также определяются повышенной пластичностью и сопротивлением ползучести никеля по сравнению с другими металлами.
Приведенные примеры показывают важную роль, которую играют компактные прослойки в диффузионном склеивании металлов. Кроме того, он увеличивается при сварке неметаллических материалов (керамика, стекло, сапфир, поликор и т. д.) Как друг с другом, так и с металлами. [2, c. 208]
Из работы профессора Н. Ф. Казакова и его коллег известно, что с использованием диффузионного связывания можно получить высококачественные соединения металлов при температурах, составляющих (0,7... 0,9) 71 этих материалов. Этот температурный диапазон достаточен для обеспечения безопасного физического контакта соединяемых поверхностей, образуются активные центры взаимодействия и инициируется процесс ускоренного диффузионного обмена.
Условия и параметры диффузионного соединения металлов и неметаллических материалов сильно различаются. Несмотря на то, что процесс взаимодействия металлов и неметаллов является топохимической реакцией, которая протекает в трех стадиях на активных участках, характер образованных в соединении связей определяется характером материалов. Поэтому в зависимости от их физических и химических свойств могут меняться некоторые параметры сварки, в частности температура процесса. Учитывая особенности структуры аморфного стекла, повышенную активность стеклянной фазы в керамике по сравнению с кристаллической фазой, а также ограниченную деформируемость всех неметаллических материалов, их нагревают до температуры размягчения для получения сильного неметаллического соединения. Как следствие, образцы деформируются даже без эффекта нагрузки. Задача объединения неметаллических материалов была решена с помощью металлических промежуточных слоев, аналогичных тем, которые использовались при диффузионном склеивании металлов. Диффузионная сварка неметаллических материалов с металлом осуществляется с помощью микропластических деформаций промежуточного слоя или металлической части. Формирование надежной связи между неметаллами и металлом возможно благодаря взаимодействию между низкими оксидами металлов и оксидной системой неметалла. Поэтому разработка технологии неметаллической диффузионной связи между металлом и металлом ограничивается выбором типа металлической прослойки, имеющей на своей поверхности слой оксида значительной толщины и площадь сварки. Наиболее распространенными промежуточными соединениями для неметалла являются алюминий, медь, ковар 29KN, ниобий и титан, которые используются в качестве пленки толщиной не более 0,2 мм. С увеличением толщины металл действует как самонесущий конструкционный материал. [3, c. 312]
Многочисленные исследования показывают, что большинство металлов и неметаллов образуют только соединения, когда между ними находится третий материал — промежуточный слой в виде металлической фольги, распыленного или оцинкованного покрытия и металлического порошка. Этот слой выполняет множество функций, наиболее важным из которых является металлургическая совместимость двух сварных поверхностей.
Установлены основные принципы и конкретные технологии для производства высокоактивных промежуточных слоев на основе анализа металла и их смесей. Показано, что единственным способом получения энергонасыщенного соединения является термическое разложение металлических формиатов и оксалатов и их механических смесей различных составов. Была продемонстрирована и продемонстрирована полезность использования промежуточных слоев в виде пористых лент, полученных прокатки UDP без потери активности частиц порошка, обладающих требуемыми свойствами (толщина, пористость и шероховатость поверхности). Проведенные исследования легли в основу разработки технологии диффузионной сварки изделий различного назначения из разных материалов. Математическая обработка полученных результатов подтвердила обоснованность гипотетической гипотезы о роли поверхностной энергии нанокристаллических материалов при их твердофазном спекании с компактными металлическими и неметаллическими материалами. Разработанное технологическое оборудование для диффузионной сварки в вакууме и водороде, а также специализированное технологическое оборудование обеспечивают производство высококачественных соединений разнородных материалов с воспроизводимыми свойствами и позволяют повысить производительность процесса.
Следующим шагом в развитии диффузионных сварных соединений является создание новых промежуточных слоев на основе многокомпонентных смесей сверхдисперсных материалов, которые расширят список сварных материалов.
В ходе анализа, была выяснена потребность в промежуточном слое материала для диффузной сварки. Цель промежуточного слоя, скрепление разнородного материала для обеспечения различных свойств внутренней и внешней поверхности, для повышения эксплуатационных свойств.
Вывод: из полученных данных следует, что указанный метод, а именно диффузная сварка, является передовым методом получения сварных соединений с заданным набором необходимых свойств.
Литература:
- Мазур А. И. Процессы сварки и пайки в производстве полупроводниковых приборов / А. И. Мазур, В. П. Алехин, М. Х. Шоршоров. — М.: Радио и связь, 1981.
- Мусин Р. А. Диффузионная сварка жаропрочных сплавов / Р. А. Мусин, В. Н. Анциферов, В. Ф. Квасниикий. — М.: Металлургия, 1979.
- Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов / Н. Ф. Казаков — М.: Машиностроение, 1976.
