Способ пайки материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ) М. Кл.з В 23 К 1/20В 23 К 1/12В 23 К 31/04 Госур,врстеСовета Мии нимй комитетистров СССР 53) УД 621.791.36, П. Федулаев, Н, А. Колчеманов,Лосев, М, С. Друй, А. А. Лавринович,потаковский и С, В, ЧижовКрасного Знамени институт проблемН Украинской ССР, Томилинский заводи Всесоюзный научно-исследовательскийабразивов и шлифования 1 О. В. Наидич,Н, С, Зюкин, В В. М, Угаров, В. В. Д, Ф. Ш Ордена Трудового материаловедения А алмазного инструмента институт(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 - 15Титан (гидрид титана) 5 - 25 Медь Остальное.Предлагаемый состав адгезионно-активногосплава выбирают исходя из того, что окисляе 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 металлапо отношению к паяемому материалу используют металл из группы медь, серебро, сплавы типа бронзы, латуни, Пср.Флюс выбирают из группы флюсов с низ кой температурой плавления, например флюс209, применяемый для пайки металлов твердыми металлическими припоями, а также флюсы200,7,34 А. Флюс209 имеет состав в вес. с/с: борный ангидрид 35, фто ристый калий обезвоженный 42, фторобораткалия 23; флюс200 - борная кислота 70, 5369053фтористый кальций 9, бура 21; флюс7 - борная кислота 20, бура 80; флюс34 А - 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 (Т= 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 Т= = 500 - 900 С (газовая среда - вакуум 1 - 5.10 -мм рт. ст., аргон, гелий).Далее осуществляют пайку металлизированной поверхности к металлической державке 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 - 600 С и стойкими до температур пайки неактивными металлами, сплавами (до 1000 С), а также процесс пайки и охлаждения ведут ускоренно.Способ осуществляют следующим образом.П р и м е р 1, Для пайки выбирают поликристалл эльбора-Р Ы 3,9 мм и высотой 4,4 мм и металлическую стальную державку Ы 5,5 мм и высотой 20 мм.Предварительно поликристалл эльбора-Р 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 флюса209 на ТВЧ сплавом, содержащим 20 вес, ц/о олова и 80 вес. % 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 по 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бО 65 ликристаллу прикладывают давление прижима 2 кг/см.Спай получается с равномерным затеканиемприпоя, без раковин, без трещин в режущемэлементе эльбора-Р и других дефектов пайки,с хорошей адгезией припоя к эльбору-Р.П р и м е р 2, Для пайки выбирают поликристалл карбонадо Я 3,7 мм и высотой 4,2 мм иметаллическую стальную державку Я 5,5 мми высотой 20 мм,Предварительно поликристалл карбонадометаллизируют слоем хрома методом электронно-лучевого распыления металла и егоосаждения до толщины 0,5 мкм, Процесс ведут в вакууме 1 - 5.10мм рт. ст. Далее поликристалл покрывают электролитически защитным слоем никеля до общей толщины5 мкм. В заранее подготовленное цилиндрическое отверстие в стальной державке, просверленное вдоль оси ее на торце, помещают металлизированный поликристалл с зазоромпайки 0,2 мм на сторону, Пайку ведут на воздухе под расплавом флюса209 на ТВЧсплавом, содержащим 28 вес. / меди и72 вес. /ю 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 различияудельного веса поликристалла и припоя к поликристалу прикладывают давление 2 кг/см.Спай получается с равномерным затеканиемприпоя, без раковин, без трещин в режущемэлементе карбонадо и других дефектов пайки,с хорошей адгезией припоя к карбонадо.П р и м е р 3. Для пайки выбирают поликристалл эльбора-Р О 4,1 мм и высотой4,5 мм и металлическую стальную державкуЯ 6 мм и высотой 20 мм,Предварительно поликристалл эльбора-Рметаллизируют слоем сплава следующего состава, вес. /ц.Титан 6Свинец 10Олово 11Медь 72,5Молибден 1методом нанесения кисточкой пасты порошкообразного сплава, замешанного на органическом легко выгораемом в вакууме клее ипоследующего отжига поликристалла в вакууме 1 - 5.10- мм рт. ст. при температуре900 С в течение 3 мин,В заранее подготовленное цилиндрическоеотверстие в стальной державке, просверленное вдоль оси ее на торце, помещают металлизированный поликристалл с зазором пайки0,2 мм на сторону, Пайку ведут на воздухепод расплавом флюса209 на ТВЧ сплавом,содержащим 20 вес. / олова и 80 вес. /в меди, со скоростью нагрева и охлаждения20 град/сек, Припой при расплавлении поддействием капиллярных сил затекает в зазордля пайки, Во избежание всплывания поликристалла за счет большого различия удель536905 Тугоплавкий металлСвинецОлово 0,5 - 40 2 - 15 5 - 15 5 - 25 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, Раушская наб д. 4/5Типография, пр Сапунова, 2 ного веса поликристалла и припоя к поликристаллу прикладывают давление -3 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 эльбоИспользование 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 пере- точек 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, 30на 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, отличающийся 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. %: