Способ диффузионной сварки стали с керамикой

(51) 5 В ТЕН Б К АВТО ы Сь осится к дифс металламииВидционной,астях промысокотемпераузлов и детале фузионможет оборон- шленнотурных й повыГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковского(54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИСТАЛИ С КЕРАМИКОЙ(57) Изобретение относится к диффузионной сварке керамики с металлами и можетбыть использовано в авиационной, оборонной и электронной областях промышленности для создания высокотемпературныхметаллокерамических узлов и деталей повышенной прочности. Цель изобретения - повышение прочности сварного соединения.Способ осуществляют следующим образом. Изобретение отн нОй сварке керамики быть использовано в а ной и электронной об сти для создания в металлокерамических шенной прочности. Целью изобр ние прочности св Способ осущетения является повышеарного соединения.ествляют следующим обр зом.На свариваемую поверхность керамики наносят порошок оксида железа, детали размещают с зазором в сварочной камере, заполняют ее инертным газом, нагревают На свариваемую поверхность керамики наносят порошок оксида железа, детали размещают в саврочной камере, заполняют ее проедварительно инертным газом, нагревают до 1273-1473 К и осуществляют первую иэотермическую выдержку в течение 15 - 30 мин. Затем детали охлаждают до 673-873 К, камеру заполняют восстановительным газом и осуществляют вторую иэотермическую выдержку в течение 10 - 20 мин. Затем детали сдавливают, нагревают до 1273 - 1473 К и осуществляют изотермическую выдержку в течение 30 - 40 мин. После сварки детали охлаждают и извлекают из камеры, В процессе иэотермических выдержек на поверхности керамики образуются два слоя: прилегающей к керамике слой. состоящий из ковалентно связанной с керамикои железоалюминиевой шпинели, а другой - иэ пленки восстановительного железа в активном состоянии. детали до 1273 - 1473 К и осуществляют первую выдержку в течение 15-30 мин, Затем детали охлаждают до 673-873 К, камеру заполняют восстановительным газом и осуществляют вторую изотермическую выдержку в течение 10 - 20 мин. Затем детали сдавливают, нагревают до 1273 - 1473 К и осуществляют третью иэотермическую выдержку в течение 30 - 40 мин. После сварки детали охлаждают и извлекают из кемеры.Изотермическая выдержка деталей в разведенном состоянии в инертной среде обеспечивает получение прочного сцепления между керамикой и материалом промежуточного слоя - оксида железа.Соединение образуется в результате протекания между свариваемыми материалами химического взаимодействия с образованием общего для соединяемых материалов реакционного слоя, состоящего из железо- алюминиевой шпинели ГеА 204. Благодаря образованию нового химического соединения контактные поверхности керамики и промежуточного слоя оказываются связанными между собой прочной химической связью ковалентного типа.Иэотермическая выдержка в восстановительной атмосфере позволяет восстановить непрореагировавший с керамикой оксид железа до свободного железа,После проведения двухстадийной изотермической выдержки на поверхности керамики образуются два переходных слоя: прилегающий к керамике слой состоит из ковалентно связанной с керамикой железо- алюминиевой шпинели, а другой - из пленки железа в активном состоянии. Это способствует интенсификации процессов диффузионного взаимодействия в контакте сопрягаемых материалов, а следовательно, и повышению прочности соединения.Проведение изотермической выдержки в инертной газовой среде при температуре ниже 1273 К и времени иэотермической выдержки менее 15 мин нецелесообразно изза малой скорости взаимодействия оксида железа с основным компонентом керамики - оксидом алюминия в указанных температурно-временных условиях.Повышение температуры вжигания выше 1473 К и выдержке более 30 мин нецелесообразно по экономическим соображениям, поскольку не приводит к сколько-нибудь заметному увеличению прочности соединения,Процесс восстановления оксида железа до металла осуществляют в течение 10 - 20 мин в интервале температур 673 - 873 К, Уменьшение прочности соединения при проведении иэотермической выдержки в восстановительной среде при температуре ниже 673 К и времени изотермической выдержки менее 10 мин объясняется незавершенностью процесса восстановления оксида железа. При температуре выше 873 К и времени выдержки более 20 мин прочность соединения не повышается.П р и м е р. Соединяли сталь марки Ст 85 с высокоглиноземистой керамикой ВК 94 - 1. Подлежащую соединению поверхность металла механически обрабатывали до чистоты обработки К = 2,5, обезжиривали ацетоном и высушивали сжатым воздухом, очищенным от следов влаги и масел. Керамику ВК 94-1 в виде цилиндров0=-5, 02=20 и и = 50 мм шлифовали до шероховатости И = 5 мкм, обрабатывали в ультразвуковойй ванне в горячем мыльном5 растворе, промывали дистиллированной водой и высушивали при 383 К в вакуумномшкафу. Выдерживали керамику в раствореплавиковой кислоты в течение 30 мин, промывали и высушивали, На свариваемую по 10 верхность керамической детали наносилислой пасты толщиной 40 мкм, состоящей иэпорошкообразного оксида железа и связующего, В качестве связующего использовалиспирт, ацетон, четыреххлористый углерод и15 другие вещества. Высушивали нанесенныйслой при 353 К в течение 1 ч, затем повышали температуру до 423 К и выдерживали ещев течение 30 мин. Подпрессовывали подсушенный слой усилием, обеспечивающим20 получение удельного давления сжатия2,5 кгс/мм .Подготовленные укзанным способомдетали собирали в сварочном приспособлении, помещали в сварочную камеру и фикси 25 ровали их в таком положении, чтобы доприложения давления они находились вразведенном состоянии на расстоянии 5 ммодна от другой. Сварочную камеру вакуумировали до разрежения 5 10 мм рт.ст.,30 затем заполняли инертным газом-аргоном.Керамику нагревали до 1273 К и выдерживали при этой температуре в течение 15 мин.Охлаждали керамику со скоростью5 К/мин до 673 К, меняли газовую среду35 сварки на восстановительную путем заполнения камеры водородом и производилиизотермическую выдержку при указаннойтемпературе в течение 10 мин,Далее температуру повышали в зоне со 40 единения до 1273 К, соединяемые детали спомощью верхнего штока установки приводили в контакт, прикладывали к ним давление сжатия и производили иэотермическуювыдержку в течение 30 мин,45 Сварной узел охлаждали под давлениемсо скоростью 5 К/мин до 573 К, затем отключали нагрев и сварное изделие охлаждаливместе с установкой. По достижении температуры 343 К открывали камеру и извлекали50 сварное иэделие.Механические испытания показали, чтопрочность металлокерамического соединения составляет 136 МПа, т,е. находится науровне прочности керамики.55 Формула изобретенияСпособ диффузионной сварки стали скерамикой, при котором на свариваемуюповерхность керамики наносят порошококсида железа, детали размещают в сварочной камере, создают в ней восстанови1625626 Составитель В. ПетросянРедактор О. Юрковецкая Техред М,Моргентал Корректор Н. Ревская Заказ 248 Тираж 517 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 тельную среду, нгаревают до температуры 1273-1473 К, сдавливают и осуществляют изотермическую выдержку в течение 30 - 40 мин с последующим охлаждением, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности соединения, детали устанавливают с зазором, камеру предварительно заполняют инертным газом и осуществляют первую изотермическую выдержку в течение 15 - 30 мин. затем детали охлаждают до температуры 673-873 К, камеру заполняют 5 восстановительной средой и осуществляютвторую иэотермическую выдержку в течение 10-20 мин.