Способ соединения керамики с деталью из титанового сплава

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК С 04 В 37/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(72) А.В.Сергеев, Н,Ф.Казаков, В.И,Беляков, А.А,Жарких и О.Н.Крюков (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковс - кого(56) 1. Авторское свидетельство СССР Ф 112460, кл, В 23 К 20/14, 10,06,57.2, Батыгин В.Н., Метелкин И,И., Решетников А.М, Вакуумплотная керамика и ее спаи с металлами. М., "Энергия", 1973, с . 357.3. 3. Сегаш Бос . Лар. 1970, 78, Ф 902, 356-358. ЯО 1112 О 22 А(54)(57) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ КЕРАМИКИ С ДЕТАЛЬЮ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА путем введения между ними металлической прокладки и нагревания собранного узла. о т л и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью снижения температуры и повышения прочности соединения, металлическую прокладку выполняют из сплава алюминия с 2-207 магния1 а на деталь из титанового сплава предварительно накосят покрь 1 тие алюминия, 1112022Изобретение относится к сб .;.стисоединения керамики с титановымисплавами и может бьп ь использсвансн машиностроительных, приборостроительной, радио-. и электротехническойотраслях промышленности.Известен способ соединения керамических и металлических деталей,.пс которому соединяемые детали нагревают ь вакууме, сданлина 1 от, делают изотермическую выдержку и охлаждают 11,Недостатком данного способа яв"ляется большая трудоемкость подготовки поверхности свариваемых материалов перед сваркой. Соединения получают при высоких температурах,составляющих 0,8-0,9 от температурыплавления титанового сплава. Вследствие возникновения напряжений в керамической детали при нагреве иохлаждении возможно возникновениемикротрещин, снижающих прочность соединения в целом.Известен также способ ссединенн,ткерамики с титансвыми сплавами. покоторому соединяемые детали из керамики и титана нагсевают да 14731573 К сдавливают осуществляютизптеттическую выдержку, а затемохлаждают. Нагрев и охлаждение производят со скоростью 5- 10 град/мин Г 23Недас гатком зтого способа является большая трудоемкость подготов-.ки поверхностей соединяемьд; материалов, заключающаяся в шлифованиии обеспечении высокой степени плоскопараллельносги. Кроме того, способ малопроизводителен, так кактребует применения высоких температур и малых скоростей охлажденияготовых изделий.1Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ соединения керамикис титановыми сплавами через промежуточную прокладку из никеля, осу "ществлдемый при 1273-1323 К Г 31.,Недо.таткам изнестйогс способаявляется высокая температура соединения, большая длительность охлади;це- бния деталей, При диффузионной сварке идет взаимодействие никеля с тнтаном, н результате чего образуютсяинтерметаллиды, снижающие прочностьсоединения,Целью изобретения является снижение температуры и повышение прачнасти соединения . Поставленная цель достигается тем, что по способу соединения керамики с деталью из титанового сплавапутем введения между ними металлической прокладки и нагревания собранного узла, металлическую прокладкувыполняют из сплава алюминия с2-202 магния, а на деталь из титанового сплава предварительно наносятпокрытие алюминия.Использование прослоек а;номинчяи алюминиевого сплава с 2-207. содержанием магния обеспечивает интенсификацию процесса соединения. Наличиедвух пластичных прослоек облегчаетформирование контакта соединяемыхматериалов, требования по поцготовке поверхности снижаются, устраняется операция шлифования поверхностей керамики и титанового сплава,уменьшаются требования пс плоскопараллельности,Значительная интенсификапия прсцесса имеет место вследствие сниже - ния температуры соединения с 1273- 1373 дс 843-873 К. Так как сплавалюминия с магнием имеет достаточновысокую прочность (2 ч 0-280 ,1 Па), аза счет диффузии магния упрочняетсяи прослойка алюминия (до значенийвременной прочности сплава), то разрушение готовых изделий в .ри механических испытаниях происходит по керамике, а не в зоне соединения.Спас сб заключается в следующем.На соединяемую поверхность титанового сплава наносят покрьггие алюминия голщиной 1 - 10 мкм, например, методом вакуумного напыления, Очищают поверхность керамики, Зачищают поверхность прослойки из спл"ва алюминия с 2-207 содержанием магния от окиснай пленки. Соединяемые детали: керамическую, промежуточную прослойку из сплава алюминия с 2-20 содержанием магния и деталь из титанового.плана . алюминиевым покрьггием помещают в камеру установки диффузионной сварки. Создают разрежение в камере 0,05-2 Па. Нагревают детали со скоростью 15-20 град/мин да 843- 873 К и сдавливают с усилием, обеспечивающим давление на соединяемые поверхности 7-25 МПа. Проводят изстермическую выдержку в течение 10- 60 мин и охлаждают соединенные дета - ли со скоростью 8-15 град/мин до 303-323 К Газвакуумируют камеру022 1112 3установки диффузионной сварки иизвлекают соединенные детали.П р и м е р 1, Соединение керамики 22 ХС с титановым сплавам ВТ 6,На соединяемую поверхность спла 5ва ВТ 6 методом ионна-плазменнаго вакуумного напыления наносят покрытиеалюминия толщиной 5 мкм, Прослойкуиз сплава алюминия с 207.-ным содержанием магния толщиной 0,5 мм зачищают от окисной пленки, Очищают поверхность керамической детали .Помещают собранные детали (керамическую деталь, прослойку из сплава алюминия с 87.-ным содержанием маг ния и сплав ВТб (с покрытием алюминия) в камеру установки диффузионной сварки, Создают разрежение0,05 Па. Нагревают детали со скоростью 20 град/мин до 853 К, сдавливают с усилием, обеспечивающим давление 15 МПа. Проводят изотермическуювыдержку под давлением в течение20 мин. Охлаждают соединенные деталисо скоростью 15 град/мин до 313 К,Развакуумируют камеру установки иизвлекают соединенные детали.Общая продолжительность времени,затраченного на соединение по предлагаемому способу, составляет1 ч 40 мин, а по известному - 4 ч30 мин. Временная прочность соединения соответственно равна 160 и140 МПа,П р и м е р 2. Соединение керамики УФс титановым сплавом ВТ 1-0.35Методом вакуумного резистивногонапыления наносят покрытие алюминияна соединяемую поверхность титанового сплава. Толщина покрьггия 10 мкм,40При напылении подложку из титановогосплава подогревают до 673 К. Очищают поверхность керамики,Зачищают от окисной пленки поверхность промежуточной прослойки толщиной 0,2 мм из сплава алюминия с157-ным содержанием магния,Помещают собранные детали (керамическую деталь, промежуточную прослойку из алюминиевого-магниевого 50сплава и деталь из титанового сплавас покрытием алюминия) в камеру установки диффузионной сварки. Создаютразрежение 2 Па и нагревают соединяемые детали до 833 К, сдавливают 55детали с усилием, обеспечивающимдавление 20 МПа и проводят изотермическую выдержку под давлением в те 4чение 30 ми: Охлаждают саел,иненные детали да 303 К,рдзвакуумируют кмеру и извлекают детали.Общая пралалжцтельнасть времени,затраченного : в :а соединение па предлагаемому способу составляет1 ч 25 мин, а по известному - 4 ч.Временная прочность саепинений састветственно равна 190 и ,30 МПа.р и м е р 3, Соединение крмикиПоликор с титановым сплавамВТ 1-0,На установке резистивнаго напыления на поверхность титанового сплавананосят покрытие алюминия толщиной2 мкм.Прослойку из сплава алюминия с27-ным содержанием магния толщинойО, 1 ьм зачищают от окисной пленки,Очищают поверхность керамической детали, Помещают керамическую деталь,граслайку из сплава алюминия с2/-ным содержанием магния и детальиз сплава ВТ 1-0 с покрытием в камеру установки диффузионной сварки,Создают разрежение 1 Па. Нагреваютдетали со скоростью 18 град/мин да873 К, сдавливают с усилием, обеспечивающим давление 7 МПа. После15 мин выдержки под давлением детали охлаждают са скоростью15 град/мин да 313 К. Общая продолжительность времени соединения 1 ч 30 мин, прочность 180 МПа.П р и м е р 4. Соединение керамики ЦТС с титановым сплавом ВТ 1-0,На соединяемую поверхность титанового сплава наносят пакрьггие алюминия толщиной 6 мкм резистивным напылением в вакууме. Прослойку сплава алюминия с б-ным содержанием магния толщиной О, 15 мкм зачищают отокисной пленки. Очищают соединяемуюповерхность керамической детали,Помещают керамическую деталь, прослойку и сплав ВТ 1-0 в камеру установки диффузионной сварки. Создаютразрежение 0,06 Па, нагревают деталисо скоростью 25 град/мин до 823 К,сдавливают с усилием, обеспечивающимдавление 10 МПа и провддят изотермическую выдержку в течение 25 мин,Далее охлаждают соединенные деталисо скоростью 15 град/мин до 3,3 К.Развакуумируют камеру установки иизвлекают соединенные детали,1112022 Продолжительность процесса Временная прочность соединесоединения по способу ния МПа, по способуПример Соединяемые материалы Тпредлагаемому известному предлагаемому 1 известному ч 40 мин 3 ч 40 мин 1 22 ХС-ВТ 6 1 б 0 120 190 00 135 4 ПТС-ВТ 1-О 1 ч 20 мин 2 ч 30 мин 120 30 Составител ь СоболеваТехред Ж,Костеневич Корректор В.Синицкая Редактор Н,Егорова Заказ б 411/17 Тираж б 05 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная,Проведенные испытания показали, что прочность на отрыв получаемого соединения составляет 120 ИПа, в то время как по известному способу значение временной прочности не превышает 30 МПа, а продолжительность процесса соединения равна соот 2 УФ-ВТ 1-О 1 ч 25 мин 3 3 Поликор-ВТ 1-0 1 ч ЗО мин 4 ч Таким образом, использование предлагаемого способа соединения позволяет повысить качество сварных соединений за счет повышения прочности зетственно 1 ч 20 мин и " ч 30 мин.В таблице приведены экспериментальные данные по интенсификации процесса и прочности полученных соединений керамики с титановыми сплавами. на 15-507 интенсифицировать процесс соединения за счет снижения температуры сварки и сокращения продолжительности соединения примерно в 2 раза,