RU108447U1 - AMORPHIC BAND SOLDER BASED ON ZIRCONIUM - Google Patents

AMORPHIC BAND SOLDER BASED ON ZIRCONIUM Download PDF

Info

Publication number
RU108447U1
RU108447U1 RU2011110119/02U RU2011110119U RU108447U1 RU 108447 U1 RU108447 U1 RU 108447U1 RU 2011110119/02 U RU2011110119/02 U RU 2011110119/02U RU 2011110119 U RU2011110119 U RU 2011110119U RU 108447 U1 RU108447 U1 RU 108447U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solder
zirconium
tape
niobium
nickel
Prior art date
Application number
RU2011110119/02U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Александрович Калин
Владимир Тимофеевич Федотов
Олег Николаевич Севрюков
Алексей Николаевич Сучков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
Общество с ограниченной ответственностью "МИФИ-АМЕТО"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Общество с ограниченной ответственностью "МИФИ-АМЕТО" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
Priority to RU2011110119/02U priority Critical patent/RU108447U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU108447U1 publication Critical patent/RU108447U1/en

Links

Landscapes

  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

1. Аморфный ленточный припой на основе циркония для пайки изделий из ниобия и его сплавов, выполненный в виде гибкой ленты аморфной структуры из сплава на основе циркония, содержащего ниобий, отличающийся тем, что ширина ленты выбрана в соответствии с шириной проточек на соединяемых изделиях в диапазоне 1,0-40 мм, толщина ленты выбрана в диапазоне 25-60 мкм, при этом припой дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: ! Ниобий 17-21 Никель 7,5-15 Цирконий Остальное ! 2. Припой по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде гибкой ленты шириной 1,1-3 мм, толщиной 25-35 мкм. ! 3. Припой по п.2, отличающийся тем, что ширина и толщина гибкой ленты выбрана с возможностью размещения ее в проточках на соединяемых изделиях в виде коаксиально соединяемых цилиндрических деталей коллекторного узла электрогенерирующего канала ядерного реактора с возможностью осуществления пайки без заплавления припоем технологических каналов. !4. Припой по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде рулона гибкой ленты, изготовленной сверхбыстрой закалкой из жидкого металлического расплава со скоростью 104-106 °С/с с получением аморфной структуры сплава. ! 5. Припой по п.1, отличающийся тем, что сплав на основе циркония дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: ! Ниобий 17-21 Никель 7,5-15 Железо 6-9 Цирконий Остальное ! 6. Припой по п.1, отличающийся тем, что сплав на основе циркония дополнительно содержит железо и бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%: ! Ниобий 17-21 Никель 7,5-15 Железо 6-9 Бериллий 0,1-2,0 Цирконий Остальное ! 7. Припой по п.1, отличающийся тем, что в сос� 1. Amorphous zirconium-based tape solder for brazing products from niobium and its alloys, made in the form of a flexible tape of an amorphous structure from an alloy based on zirconium containing niobium, characterized in that the width of the tape is selected in accordance with the width of the grooves on the joined products in the range 1.0-40 mm, the tape thickness is selected in the range of 25-60 microns, while the solder additionally contains nickel in the following ratio of components, wt.%:! Niobium 17-21 Nickel 7.5-15 Zircon The rest! 2. The solder according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a flexible tape with a width of 1.1-3 mm, a thickness of 25-35 microns. ! 3. The solder according to claim 2, characterized in that the width and thickness of the flexible tape is selected with the possibility of placing it in the grooves on the connected products in the form of coaxially connected cylindrical parts of the collector assembly of the nuclear power channel of a nuclear reactor with the possibility of soldering without melting the solder of the technological channels. !four. The solder according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a roll of a flexible tape made by ultrafast quenching from a liquid metal melt at a rate of 104-106 ° C / s to obtain an amorphous alloy structure. ! 5. The solder according to claim 1, characterized in that the zirconium-based alloy additionally contains iron in the following ratio of components, wt.%:! Niobium 17-21 Nickel 7.5-15 Iron 6-9 Zircon The rest! 6. The solder according to claim 1, characterized in that the zirconium-based alloy additionally contains iron and beryllium in the following ratio of components, wt.%:! Niobium 17-21 Nickel 7.5-15 Iron 6-9 Beryllium 0.1-2.0 Zircon The rest! 7. The solder according to claim 1, characterized in that in

Description

Полезная модель относится к пайке, к разработке оптимальной формы выпуска и состава припоя, применяемого для пайки изделий из ниобия и его сплавов.The utility model relates to soldering, to developing the optimal form of release and composition of solder used for soldering products from niobium and its alloys.

Полезная модель может найти применение, например, при изготовлении методом пайки энергонапряженных узлов для нужд ядерной энергетики.The utility model may find application, for example, in the manufacture by soldering of energy-intensive units for the needs of nuclear energy.

Из методов получения неразъемных соединений широкое развитие получили сварка и пайка. Однако, в ряде случаев сварка технологически не осуществима. В частности, при изготовлении коллекторного узла электрогенерирующего канала (ЭГК) ядерного ректора единственной реализуемой технологией соединения является высокотемпературная пайка, которая осуществляется при температурах существенно ниже чем сварка. Эти способы соединения связаны с нагревом соединяемых материалов. Однако в результате сварки могут произойти необратимые структурные превращения, что приведет к деградации свойств материалов и соединений в целом. Использование того или иного метода соединения зависит от ряда факторов, среди которых структурные особенности материалов, габариты и форма изделия, условия дальнейшей эксплуатации, экономические затраты, технологическая осуществимость процесса соединения, оптимальность и др. Во многих случаях сварка и пайка взаимно дополняют друг друга. Однако, при создании уникальных изделий, наиболее благоприятным методам является пайка из-за особенностей данного технологического процесса.Of the methods for producing permanent joints, welding and soldering were widely developed. However, in some cases, welding is not technologically feasible. In particular, in the manufacture of the collector assembly of an electric generating channel (EGC) of a nuclear reactor, the only feasible connection technology is high-temperature brazing, which is carried out at temperatures significantly lower than welding. These bonding methods involve heating the materials to be bonded. However, irreversible structural transformations can occur as a result of welding, which will lead to degradation of the properties of materials and compounds in general. The use of a particular joining method depends on a number of factors, including structural features of materials, dimensions and shape of the product, conditions for further operation, economic costs, technological feasibility of the joining process, optimality, etc. In many cases, welding and brazing are mutually complementary. However, when creating unique products, the most favorable methods are soldering due to the characteristics of this process.

Пайка, как метод получения неразъемных соединений, создает возможность получения прочных и качественных соединений в скрытых и малодоступных местах конструкций; возможность изготовления тонкостенных изделий с большой плотностью расположения паяных соединений; возможность соединения разнородных материалов и деталей с большой разницей толщин.Soldering, as a method of obtaining permanent joints, creates the opportunity to obtain durable and high-quality joints in hidden and inaccessible places of structures; the possibility of manufacturing thin-walled products with a high density of soldered joints; the ability to connect dissimilar materials and parts with a large difference in thicknesses.

Пайка имеет ряд значительных преимуществ перед сваркой благодаря:Soldering has a number of significant advantages over welding due to:

- возможности соединять детали без расплавления основного металла, без нарушения геометрических размеров изделия, в любых сочетаниях металлов;- the ability to connect parts without melting the base metal, without violating the geometric dimensions of the product, in any combination of metals;

- формированию соединения практически одновременно по всем поверхностям контакта, а не последовательно, как при сварке;- the formation of the connection almost simultaneously on all contact surfaces, and not sequentially, as in welding;

- получению качественного шва при соединении деталей в различных пространственных положениях;- obtaining a high-quality seam when connecting parts in various spatial positions;

- возможности совмещения операций пайки и термической обработки при использовании одного и того же нагревательного оборудования.- the possibility of combining soldering and heat treatment using the same heating equipment.

Указанные преимущества позволили успешно применять пайку в технологии создания ядерных энергодвигательных установок (ЯЭУ) на базе термоэмиссионных реакторов-преобразователей (ТРП). Ключевой компонент ТРП - электрогенерирующий канал (ЭГК), конструкция которого раскрыта в уровне техники, например, в патенте RU 2102813.These advantages made it possible to successfully apply soldering in the technology of creating nuclear energy propulsion systems (NPPs) based on thermionic converter reactors (TRP). The key component of the TRP is the power generating channel (EGC), the design of which is disclosed in the prior art, for example, in patent RU 2102813.

В процессе модернизации конструкции коллекторного пакета ЭГК выяснилось, что применявшийся ранее припой 60%Pd-40%Ni (Тпл=1237°С) для пайки коаксиально соединяемых элементов коллектора из сплава на основе ниобия НбЦ-1 (Nb-1%Zr) оказался неприемлемым из-за высокой температуры плавления, так как при температуре выше 1175°С происходит эвтектическая реакция между Ni и Nb: Ж↔Ni3Nb+Ni6Nb7 при содержании 40,5 aт.%Nb. В результате эвтектической реакции происходит оплавление материалов коллекторного пакета (НбЦ-1), что приводит к нарушению геометрии конструкции и деградации эксплуатационных характеристик ЭГК в целом.In the process of modernizing the design of the collector package of EHCs, it turned out that the previously used solder 60% Pd-40% Ni (T pl = 1237 ° C) for soldering coaxially connected collector elements from an alloy based on niobium NbTs-1 (Nb-1% Zr) turned out to be unacceptable due to the high melting point, since at a temperature above 1175 ° C, a eutectic reaction occurs between Ni and Nb: Ж↔Ni 3 Nb + Ni 6 Nb 7 with a content of 40.5 at.% Nb. As a result of the eutectic reaction, the materials of the collector pack (NBC-1) are melted, which leads to a violation of the geometry of the structure and degradation of the operational characteristics of the EGC as a whole.

Поэтому возникла задача разработать припой для пайки материалов коллекторного пакета из сплава НбЦ-1 в виде ленты с температурой плавления ниже температуры 1175°С, то есть ниже температуры образования эвтектики в результате взаимодействия с ниобием элементов, входящих в состав припоя.Therefore, the task arose to develop a solder for soldering materials of a collector package made of the NbTs-1 alloy in the form of a tape with a melting point below 1175 ° C, that is, below the eutectic formation temperature as a result of interaction with the niobium elements that make up the solder.

Жесткие режимы эксплуатации коллекторного пакета ЭГК включают мощные тепловые и корпускулярные (нейтронные) потоки со стороны ядерного топлива. Это накладывает строгие ограничения на выбор планируемых к применению припоев. Припой должен выдерживать режимы эксплуатации ЭГК и соответствовать следующим требованиям:Hard operating modes of the collector EGC package include powerful heat and particle (neutron) fluxes from the side of nuclear fuel. This imposes severe restrictions on the choice of solders planned for use. The solder must withstand the operating conditions of the EGC and meet the following requirements:

- быть совместим с паяемыми материалами, а именно с ниобием и его сплавами;- be compatible with solderable materials, namely with niobium and its alloys;

- в паяных швах не должны образовываться хрупкие интерметаллиды;- brittle intermetallic compounds should not form in soldered seams;

- иметь температуру плавления и температуру пайки ниже температуры эвтектической реакции ниобия для предотвращения образования эвтектической реакции компонентов припоя с основным металлом, для сохранения геометрических габаритов изделия и механических свойств паяемых материалов;- have a melting point and soldering temperature below the temperature of the eutectic reaction of niobium to prevent the formation of a eutectic reaction of components of the solder with the base metal, to preserve the geometric dimensions of the product and the mechanical properties of the brazed materials;

- обеспечивать высокую теплопроводность и высокую термостойкость паяных соединений;- provide high thermal conductivity and high heat resistance of soldered joints;

- не содержать меди и металлов с высоким давлением пара, из-за возможности их испарения при нагреве паяных соединений и адсорбции паров металлов на изоляторах;- do not contain copper and metals with high vapor pressure, due to the possibility of their evaporation during heating of soldered joints and adsorption of metal vapors on insulators;

- компоненты припоя не должны иметь высокого сечения захвата нейтронов и (или) образовывать долгоживущих радиоактивных нуклидов с сильным γ-излучением;- solder components should not have a high neutron capture cross section and (or) form long-lived radioactive nuclides with strong gamma radiation;

- изготавливаться в виде гибких лент.- to be made in the form of flexible tapes.

Из уровня техники известен припой для пайки молибдена и ниобия, содержащий в качестве основного компонента цирконий при следующем соотношении компонентов (в масс.%):The prior art solder for soldering molybdenum and niobium containing zirconium as the main component in the following ratio of components (in wt.%):

Ванадий 20-40;Vanadium 20-40;

Титан 10-20;Titanium 10-20;

Тантал 10-20;Tantalum 10-20;

Кремний 0,5-2;Silicon 0.5-2;

Гафний 5-10;Hafnium 5-10;

Алюминий 0,5-2;Aluminum 0.5-2;

Цирконий - остальное.Zirconium - the rest.

Данный припой выпускается в форме порошковой композиции и имеет температуру пайки 1600-1650°С. (Авторское свидетельство СССР №633694, опубликованное 25.11.1978 г.). Данный припой имеет слишком высокую температуру плавления и, кроме того порошковая форма выпуска данного припоя весьма неудобна для пайки изделий сложной конфигурации, в частности для пайки изделий трубчатой формы, кроме того, порошковый припой не позволяет исключить наличие непропаев, пор, заплавления малых отверстий.This solder is available in the form of a powder composition and has a soldering temperature of 1600-1650 ° C. (USSR Author's Certificate No. 633694, published November 25, 1978). This solder has a too high melting point and, in addition, the powder form of the release of this solder is very inconvenient for soldering products of complex configuration, in particular for soldering tubular products, in addition, the powder solder does not exclude the presence of non-solders, pores, and fusion of small holes.

Известны припои на основе циркония, которые могут быть изготовлены как в виде порошковых сплавов, так и в виде ленты. (См. патенты RU 2009240 от 15.03.1994 и RU 2009241 от 15.03.1994). Однако лента из указанных сплавов является хрупкой, что не позволяет наматывать и закреплять ее на цилиндрических деталях. Кроме того, указанные припои, предпочтительно, применяются для соединения изделий из циркония и не предназначены для пайки изделий из ниобия и его сплавов.Zirconium-based solders are known, which can be made both in the form of powder alloys and in the form of a tape. (See patents RU 2009240 dated 03.15.1994 and RU 2009241 dated 15.03.1994). However, the tape of these alloys is fragile, which does not allow winding and securing it on cylindrical parts. In addition, these solders are preferably used for joining products from zirconium and are not intended for soldering products from niobium and its alloys.

Последнее время широкое применение нашли аморфные и микрокристаллические ленточные припои толщиной 20-80 мкм, полученные сверхбыстрой закалкой из жидкого металлического расплава со скоростью 104-106°С/с. Из-за уникальности свойств, такие припои используют при пайке меди и медных сплавов, никеля и его сплавов, коррозионно-стойких сталей, титана и его сплавов, циркония, бериллия, тугоплавких металлов, в частности, ниобия, твердых сплавов, оксидной керамики, графита и др.Recently, amorphous and microcrystalline tape solders with a thickness of 20-80 μm obtained by ultrafast quenching from liquid metal melt at a rate of 10 4 -10 6 ° C / s have been widely used. Due to their unique properties, such solders are used in the brazing of copper and copper alloys, nickel and its alloys, corrosion-resistant steels, titanium and its alloys, zirconium, beryllium, refractory metals, in particular, niobium, hard alloys, oxide ceramics, graphite and etc.

Однако на сегодняшний день физико-химические и технологические особенности пайки быстрозакаленными припоями (БПЗ) изучены недостаточно. Существует возможность оптимизации составов и разработки новых ленточных БЗП, совершенствования свойств припоев и технологических режимов пайки современных материалов.However, to date, the physicochemical and technological features of quick-hardened solders (BPZ) have not been sufficiently studied. There is the possibility of optimizing the composition and development of new tape BZP, improving the properties of solders and technological modes of soldering modern materials.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является аморфный ленточный припой на основе циркония, известный из описания патента RU2252848, опубликованного 27.05.2005. Указанный припой предназначен для пайки элементов тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, преимущественно, при изготовлении дистанционирующих решеток, сформированных из трубных заготовок. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:Closest to the claimed utility model is an amorphous strip solder based on zirconium, known from the description of patent RU2252848, published on 05.27.2005. The specified solder is intended for soldering elements of fuel assemblies of nuclear reactors, mainly in the manufacture of spacer grids formed from tube blanks. The alloy contains components in the following ratio, wt.%:

Железо 4,0-6,0,Iron 4.0-6.0,

Бериллий более 3,0-4,0,Beryllium more than 3.0-4.0,

Ниобий 0,9-1,1,Niobium 0.9-1.1,

Медь 4,0-8,0,Copper 4.0-8.0,

Олово 1,0-3,0,Tin 1.0-3.0,

Хром 0,2-1,0,Chrome 0.2-1.0,

Висмут + мышьяк 0,0001-0,0018,Bismuth + arsenic 0.0001-0.0018,

Сера 0,0001-0,0015,Sulfur 0.0001-0.0015,

Цирконий и неизбежные примеси остальное. Дополнительно сплав может содержать германий в количестве 0,25-2,5 мас.%.Zirconium and the inevitable impurities are the rest. Additionally, the alloy may contain germanium in an amount of 0.25-2.5 wt.%.

Данный припой в своем составе содержит медь от 4 до 8 процентов, что недопустимо для пайки конструктивных элементов электрогенерирующих каналов (ЭГК) реактора термоэмиссионной ядерной энергоустановки.This solder in its composition contains copper from 4 to 8 percent, which is unacceptable for soldering the structural elements of the power generating channels (EHC) of the reactor of a thermionic nuclear power plant.

ЭГК, в котором планируется использование припоя, представляет собой устройство, содержащее множество соединений типа: проводник-диэлектрик, например, металл (проводник) - керамика (диэлектрик). Имеющийся опыт у разработчиков ЭГК говорит о том, что в случае применении меди, в качестве компонента припоя, она диффундирует к области диэлектика, и тот постепенно теряет свои диэлектрические свойства и становится проводником. Поэтому разработчики ЭГК исключили всякую возможность использования меди в качестве легирующей добавки в припоях, применяемых при изготовлении данного устройства.EGC, in which the use of solder is planned, is a device containing many compounds of the type: conductor-dielectric, for example, metal (conductor) - ceramic (dielectric). The experience of the developers of EGCs suggests that when copper is used as a component of solder, it diffuses to the dielectric region, and it gradually loses its dielectric properties and becomes a conductor. Therefore, the EGC developers ruled out any possibility of using copper as an alloying additive in the solders used in the manufacture of this device.

Полезная модель решает задачу получения припоя на основе циркония в виде гибкой ленты аморфной структуры, пригодной для пайки коаксиально соединенных изделий из сплавов ниобия без заплавления припоем технологических каналов изделия, поскольку, регулируя технологические параметры процесса сверхбыстрой закалки, можно строго фиксировать толщину и ширину ленты, тем самым обеспечить оптимальное количество припоя в зазоре при пайке, что дает возможность упростить сборку, повысить точность изготовления изделия и позволяет осуществлять пайку тонкостенных материалов без заплавления малых отверстий.The utility model solves the problem of obtaining solder based on zirconium in the form of a flexible strip of amorphous structure suitable for soldering coaxially connected products from niobium alloys without melting with solder of the technological channels of the product, since by adjusting the technological parameters of the ultrafast hardening process, it is possible to strictly fix the thickness and width of the tape, thereby ensure the optimal amount of solder in the gap during soldering, which makes it possible to simplify the assembly, improve the accuracy of manufacturing the product and allows you to ku thin-walled materials without the melting of small holes.

Техническим результатом является упрощение сборки, повышение ее точности, а также повышение эксплуатационных характеристик паяного изделия путем улучшения условий теплообмена.The technical result is to simplify the assembly, increase its accuracy, as well as increase the operational characteristics of the soldered product by improving heat transfer conditions.

Также техническим результатом является повышение качества паяного соединения, снижение количества дефектов.Also the technical result is to improve the quality of the solder joint, reducing the number of defects.

Для решения поставленной задачи заявлен аморфный ленточный припой на основе циркония для пайки изделий из ниобия и его сплавов, выполненный в виде гибкой ленты аморфной структуры из сплава на основе циркония, содержащего ниобий. Ширина ленты выбрана в соответствии с шириной проточек на соединяемых изделиях в диапазоне 1,0-40 мм, толщина ленты выбрана в диапазоне 25-60 мкм, при этом припой дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов (в масс.%): ниобий 17-21; никель 7,5-15; цирконий - остальное. Предпочтительно, изготавливается узкая лента припоя шириной 1,1-3 мм и толщиной 25-35 мкм. Указанная ширина и толщина изделия выбраны для обеспечения возможности размещения гибкой ленты припоя в проточках на коаксиально соединяемых цилиндрических деталях коллекторного узла электрогенерирующего канала ядерного ректора с возможностью осуществления пайки без заплавления припоем технологических каналов.To solve this problem, an amorphous zirconium-based tape solder for brazing products from niobium and its alloys, made in the form of a flexible tape of an amorphous structure from a zirconium-based alloy containing niobium, is claimed. The width of the tape is selected in accordance with the width of the grooves on the joined products in the range of 1.0-40 mm, the thickness of the tape is selected in the range of 25-60 microns, while the solder additionally contains nickel in the following ratio of components (in wt.%): Niobium 17- 21; nickel 7.5-15; zirconium - the rest. Preferably, a narrow solder strip is made with a width of 1.1-3 mm and a thickness of 25-35 microns. The specified width and thickness of the product are selected to enable flexible solder tape to be placed in the grooves on the coaxially connected cylindrical parts of the collector assembly of the nuclear power channel of the nuclear reactor with the possibility of soldering without melting the solder of the technological channels.

Для отправки потребителям гибкую ленту припоя сворачивают в рулоны (неограниченной длины), изготовленной сверхбыстрой закалкой из жидкого металлического расплава со скоростью 104-106 град./с с получением аморфной структуры сплава. (Длина ленты в рулоне определяется потребностями заказчика и производительностью оборудования).For shipment to consumers, the flexible solder tape is rolled up (of unlimited length), made by ultrafast quenching from liquid metal melt at a speed of 10 4 -10 6 deg./s to obtain an amorphous alloy structure. (The length of the tape in a roll is determined by the needs of the customer and the performance of the equipment).

Аморфная структура ленточного припоя обеспечивает его однородное фазовое состояние, получение узкого интервала между температурой плавления и затвердевания при его высокой адгезионной и капиллярной активности.The amorphous structure of the tape solder ensures its uniform phase state, obtaining a narrow interval between the melting and solidification temperatures with its high adhesive and capillary activity.

При толщине ленты припоя более 60 мкм не формируется аморфная структура припоя из-за снижения скорости охлаждения вследствие массивности ленты. При толщине ленты менее 25 мкм возникают дефекты структуры, связанные с нарушением сплошности, а также с неравномерностью толщины.When the thickness of the solder tape is more than 60 μm, the amorphous structure of the solder does not form due to a decrease in the cooling rate due to the bulkiness of the tape. With a tape thickness of less than 25 μm, structural defects occur due to discontinuity, as well as uneven thickness.

Поскольку ленточный припой данного состава предназначен для введения в проточки соединяемых деталей, то минимальная ширина ленты должна быть меньше ширины проточек. Ширина проточек на соединяемых цилиндрических деталях коллекторного узла электрогенерирующего канала ядерного ректора составляет 1,4 мм, а ширина диска, на котором получают ленту, составляет 50 мм, то есть на имеющемся оборудовании удобно получать ленту шириной 30-40 мм. Попытки резать широкую ленту на узкие полосы приводят к изменению ее структуры и потерям дорогостоящего материала припоя. Поэтому полученная в рамках разработки данной полезной модели нижняя граница интервала (1,0-3,0 мм) ширины литой аморфный ленты припоя на основе циркония является усовершенствование технологии паяной сборки ядерных реакторов.Since the tape solder of this composition is intended to be inserted into the grooves of the parts to be connected, the minimum width of the tape should be less than the width of the grooves. The width of the grooves on the cylindrical parts to be connected to the collector assembly of the nuclear power channel of the nuclear reactor is 1.4 mm, and the width of the disk on which the tape is made is 50 mm, that is, it is convenient to obtain a tape with a width of 30-40 mm on existing equipment. Attempts to cut a wide tape into narrow strips lead to a change in its structure and the loss of expensive solder material. Therefore, the lower boundary of the interval (1.0-3.0 mm) of the width of the cast amorphous zirconium-based solder strip obtained as part of the development of this utility model is an improvement in the technology of soldered assembly of nuclear reactors.

С другой стороны, при сборке изделий другой конфигурации, например, при пайке плоских деталей, более технологично применение широкой ленты припоя (40 мм), указанной в качестве верхней границы диапазона ширины заявленного ленточного припоя.On the other hand, when assembling products of a different configuration, for example, when soldering flat parts, it is more technologically advanced to use a wide solder tape (40 mm), indicated as the upper limit of the width range of the claimed tape solder.

Для повышения качества паяного шва заявленный припой в составе сплава на основе циркония может дополнительно содержать железо при следующем соотношении компонентов (в масс.%): ниобий 17-21; никель 7,5-15; железо 6-9; цирконий - остальное.To improve the quality of the brazed joint, the declared solder in the composition of the alloy based on zirconium may additionally contain iron in the following ratio of components (in wt.%): Niobium 17-21; nickel 7.5-15; iron 6-9; zirconium - the rest.

В другом варианте заявленный припой в составе сплава на основе циркония может дополнительно содержать бериллий при следующем соотношении компонентов (в масс.%): ниобий 17-21; никель 7,5-15; железо 6-9; бериллий 0,1-2,0; цирконий - остальное.In another embodiment, the claimed solder in the composition of the alloy based on zirconium may additionally contain beryllium in the following ratio of components (in wt.%): Niobium 17-21; nickel 7.5-15; iron 6-9; beryllium 0.1-2.0; zirconium - the rest.

Кроме того, для обеспечения высокого качества паяного шва, полученного с использованием заявленного припоя, в составе сплава на основе циркония дополнительно ограничено содержание неизбежных (вредных) примесей висмута, мышьяка и серы при следующем соотношении компонентов (в масс.%):In addition, to ensure the high quality of the brazed joint obtained using the claimed solder, the composition of the zirconium-based alloy additionally limits the content of inevitable (harmful) impurities of bismuth, arsenic and sulfur in the following ratio of components (in wt.%):

Ниобий 17-21;Niobium 17-21;

Никель 7,5-15;Nickel 7.5-15;

Железо 6-9Iron 6-9

Бериллий 0,1-2,0Beryllium 0.1-2.0

Суммарное содержание висмута и мышьяка 0,0001-0,0018The total content of bismuth and arsenic is 0.0001-0.0018

Сера 0,0001-0,0015Sulfur 0.0001-0.0015

Цирконий - остальное.Zirconium - the rest.

Оптимальный выбор компонентов припоя подтверждается анализом фазовой диаграммы состояния системы Zr-Nb, которая при высоких температурах характеризуется наличием взаимной растворимости Nb и Zr, как в жидком так и в твердом состоянии. При концентрации 21,7 ат.% Nb температура ликвидуса снижается до 1740°С. При снижении температуры в интервале концентраций 19-91 ат.% Nb происходит расслоение твердого раствора (βZr, Nb) на две изоморфные фазы (βZr) и (Nb). Критическая точка кривой расслаивания соответствует температуре 988°С при концентрации 60 ат.% Nb. При температуре 610°С и концентрации 17,5 ат.% Nb происходит монотектоидная реакция (βZr, Nb)=(αZr)+(Nb). Растворимость Nb в αZr составляет: 6,5 ат.% при 610°С; 1,1 ат.% при 600°С; 0,68 ат.% при 620°С. Растворимость αZr в (Nb) при монотектоидной реакции составляет 91 ат.%. При больших скоростях охлаждения фаза (βZr, Nb) может быть частично или полностью сохранена при 20°С, при этом могут быть образованы различны метастабильные фазы.The optimal choice of solder components is confirmed by an analysis of the phase diagram of the state of the Zr-Nb system, which at high temperatures is characterized by the mutual solubility of Nb and Zr, both in liquid and in solid state. At a concentration of 21.7 at.% Nb, the liquidus temperature decreases to 1740 ° C. With a decrease in temperature in the concentration range of 19-91 at.% Nb, the solid solution (βZr, Nb) separates into two isomorphic phases (βZr) and (Nb). The critical point of the delamination curve corresponds to a temperature of 988 ° C at a concentration of 60 at.% Nb. At a temperature of 610 ° C and a concentration of 17.5 at.% Nb, the monotectoid reaction (βZr, Nb) = (αZr) + (Nb) occurs. The solubility of Nb in αZr is: 6.5 at.% At 610 ° C; 1.1 at.% At 600 ° C; 0.68 at.% At 620 ° C. The solubility of αZr in (Nb) in the monotectoid reaction is 91 at.%. At high cooling rates, the phase (βZr, Nb) can be partially or fully preserved at 20 ° C, and metastable phases can be formed differently.

Из диаграммы состояний Zr-Nb видно, что в качестве основы припоя наиболее подходит соотношение компонентов Zr-(10-30)%Nb, так как при этих концентрациях достигается наибольшее снижение температуры плавления.It can be seen from the Zr-Nb state diagram that the ratio of Zr- (10-30)% Nb components is most suitable as the basis for solder, since at these concentrations the largest decrease in the melting temperature is achieved.

Для дальнейшего снижения температуры в качестве депресантов наиболее подходят Ni, Fe, Со, Be, поскольку эти элементы с Zr образуют эвтектики, плавящиеся при температурах 960°С (ат.%Ni), 928°С (aт.%Fe), 940°С (ат.%Со) и 950°С (ат.%Ве) соответственно. Применение Со исключено из-за образования под нейтронным облучением радиоактивных нуклидов с сильным γ-излучением.To further reduce the temperature, Ni, Fe, Co, Be are most suitable as depressants, since these elements with Zr form eutectics melting at temperatures of 960 ° С (at.% Ni), 928 ° С (at.% Fe), 940 ° C (at.% Co) and 950 ° C (at.% Be), respectively. The use of Co is excluded due to the formation of radioactive nuclides with strong gamma radiation under neutron irradiation.

Полезная модель иллюстрируется фигурами 1-5 и примерами.The utility model is illustrated by figures 1-5 and examples.

На фиг.1 показана схема установки для получения аморфного ленточного припоя.Figure 1 shows the installation diagram for obtaining an amorphous tape solder.

На фиг.2 показан внешний вид изделия: «аморфный ленточный припой на основе циркония».Figure 2 shows the appearance of the product: "amorphous tape solder based on zirconium."

На фиг.3 показана схема сборки изделия из двух коаксиальных цилиндров для пайки.Figure 3 shows the assembly diagram of the product from two coaxial brazing cylinders.

На фиг.4 показана характерная кривая режима пайки образцов из сплава ниобия.Figure 4 shows a characteristic curve of the soldering regime of samples of niobium alloy.

На фиг.5 показаны фотографии структуры паянного соединения.5 shows photographs of the structure of a soldered joint.

Заявленный припой использовали для пайки конструктивных элементов электрогенерирующих каналов (ЭГК) реактора термоэмиссионной ядерной энергоустановки (ЯЭУ). Электрогенерирующий канал конструктивно представляет собой цилиндрическую сборку последовательно соединенных однотипных электрогенерирующих элементов (ЭГЭ), заключенных в общий корпус. Каждый электрогенерирующий элемент состоит из термоэмиссионного преобразователя, топливного сердечника и коммутационной перемычки, соединяющей его с соседними ЭГЭ. Термоэмиссионный преобразователь состоит из двух тонких коаксиально расположенных цилиндрических электродов, разделенных межэлектродным зазором, который в рабочем состоянии заполнен парами цезия. ЭГК имеет высокую энергетическую эффективность. Температура эмиттера 3 ЭГК равна ~ 1800 К в номинальном режиме, а удельная электрическая мощность составляет ~ 2 Вт/см2, увеличиваясь до ~ 2100 К в форсированном режиме, при этом удельная электрическая мощность возрастает до ~ 5 Вт/см2, (степень форсирования - 2,5). Все паяные соединения должны надежно сохранять прочность в указанных условиях эксплуатации.The claimed solder was used to solder the structural elements of the electricity generating channels (EHC) of the reactor of a thermionic nuclear power plant (NPP). The power-generating channel is structurally a cylindrical assembly of serially connected similar type of power-generating elements (EGE), enclosed in a common housing. Each power generating element consists of a thermionic converter, a fuel core and a switching jumper connecting it to neighboring EGEs. The thermionic converter consists of two thin coaxially arranged cylindrical electrodes separated by an interelectrode gap, which is filled with cesium vapor in the working state. EGC has high energy efficiency. The temperature of the emitter 3 of the EHC is ~ 1800 K in the nominal mode, and the specific electric power is ~ 2 W / cm 2 , increasing to ~ 2100 K in the forced mode, while the specific electric power increases to ~ 5 W / cm 2 (the degree of forcing - 2.5). All soldered joints must reliably maintain strength under specified operating conditions.

Для изготовления коллекторного пакета ЭГК получили аморфный ленточный припой по технологии сверхбыстрой закалки из расплава на вращающийся диск-холодильник со скоростью 104…106°С/с. Высокая скорость охлаждения позволяет при комнатной температуре получать припои со структурой переохлажденной жидкости, в которой элементы равномерно распределены по всему объему, что дает преимущества аморфному припою перед кристаллическим припоем в процесс расплавления и взаимодействия расплава с паяемыми материалами. Применение такой технологии позволяет получать из трудно деформируемых слитков удобные в обращении гибкие ленты, которые обладают целым комплексом преимуществ перед своими кристаллическими аналогами, полученными традиционными методами: они имеют однородное фазовое состояние, характеризуются узкими интервалами плавления и затвердевания, высокой адгезионной и капиллярной активностью. Все это позволяет повысить качество пайки, уменьшить количество дефектов паяных соединений, снизить степень образования интерметаллидов в швах.For the manufacture of a collector package, EGCs obtained an amorphous strip solder using ultrafast quenching technology from a melt to a rotating disk-cooler at a speed of 10 4 ... 10 6 ° C / s. The high cooling rate allows solders to be obtained at room temperature with the structure of a supercooled liquid in which the elements are evenly distributed throughout the volume, which gives advantages to amorphous solder over crystalline solder in the process of melting and interaction of the melt with soldered materials. The application of this technology makes it possible to obtain convenient to use flexible tapes from hard-deformed ingots that have a whole range of advantages over their crystalline counterparts obtained by traditional methods: they have a uniform phase state, are characterized by narrow melting and solidification intervals, and high adhesive and capillary activity. All this allows to improve the quality of soldering, to reduce the number of defects in soldered joints, to reduce the degree of formation of intermetallic compounds in the joints.

Выплавку слитков для изготовления ленточного припоя осуществляли в дуговой печи МИФИ-9 в среде аргона. Печь МИФИ-9 с вольфрамовым нерасходуемым электродом предназначена для выплавки тугоплавких металлов и сплавов.The ingots for the manufacture of tape solder were smelted in an MIFI-9 arc furnace in an argon medium. The MIFI-9 furnace with a tungsten non-consumable electrode is designed for smelting refractory metals and alloys.

В качестве шихтовых материалов применяли:As the charge materials used:

- цирконий металлический иодидный, ТУ 95-46-76;- zirconium metal iodide, TU 95-46-76;

- ниобий электронно-лучевого переплава;- niobium electron beam remelting;

- никель катодный Н0 или H1 (ГОСТ 849-70);- Nickel cathode H0 or H1 (GOST 849-70);

- бериллий горячепрессованный чистотой 99,98%;- hot-pressed beryllium with a purity of 99.98%;

- армко железо;- armco iron;

Для упрощения процесса равномерного распределения легирующих компонентов в слитке, в качестве шихтовых материалов применяли заранее выплавленные более легкоплавкие лигатуры. Так бериллий и ниобий вводили в качестве лигатур: Zr-5 мас.% Be, Zr-50 масс% Nb. Шихту загружали на водоохлаждаемый под и подвергали сплавлению. После каждого переплава слиток переворачивали и повторяли процедуру переправления. Количество таких переплавов лежало в пределах 6-20, в зависимости от химического состава сплава. За один технологический цикл получали два гомогенных слитка по 100 грамм.To simplify the process of uniform distribution of alloying components in the ingot, pre-melted more fusible ligatures were used as charge materials. So beryllium and niobium were introduced as ligatures: Zr-5 wt.% Be, Zr-50 wt.% Nb. The mixture was loaded onto a water-cooled under and subjected to fusion. After each remelting, the ingot was turned over and the transfer procedure was repeated. The number of such remelts was in the range of 6-20, depending on the chemical composition of the alloy. For one technological cycle received two homogeneous ingots of 100 grams.

Химический состав слитков определяли методом микрорентгеноспектрального анализа на установке энергодисперсионного спектрометра INCA 350 x-act (Oxford Instruments).The chemical composition of the ingots was determined by X-ray microanalysis using an INCA 350 x-act energy dispersive spectrometer (Oxford Instruments).

Получение сплавов-припоев в виде гибких лент осуществляли методом сверхбыстрой закалки на вращающийся диск-холодильник на модернизированной установке "Кристалл-702", схема которой показана на фиг.1. Данная установка позволяет получать сплавы-припои с температурой плавления до 1600°С (в зависимости от материала тигля) в аморфном или нанокристаллическом состоянии закалкой из расплава со скоростями охлаждения ~ 104-106 К/с с получением гибких лент. Максимальное количество получаемой ленты за один технологический цикл составляло - 0,3÷0,5 кг.Obtaining alloys-solders in the form of flexible tapes was carried out by the method of ultrafast quenching on a rotating disk-cooler on the modernized Crystal-702 installation, the scheme of which is shown in Fig. 1. This setup allows to obtain alloys-solders with a melting point up to 1600 ° C (depending on the crucible material) in an amorphous or nanocrystalline state by melt quenching with cooling rates of ~ 10 4 -10 6 K / s to obtain flexible tapes. The maximum amount of tape obtained per one technological cycle was 0.3–0.5 kg.

В соответствии с фиг.1 схема установки Кристалл-702 содержит пульт управления 1; высокочастотный генератор 2; баллон 3 с инертным газом; систему 4 для напуска газа; регулирующий прибор 5; потенциометр 6 (КСП-4); корпус вакуумной камеры 7; кварцевый тигель 8; термопару 9; высокочастотный индуктор 10; расплав 11; закалочный медный диск 12; лентосъемник 13; вакуумную систему 14 с термопарным вакуумметром ВТ-2А; агрегат 15 вакуумный АВЗ-20Д; лентоприемник 16; ленту 17 полученного припоя.In accordance with figure 1, the installation diagram Crystal-702 contains a control panel 1; high frequency generator 2; inert gas cylinder 3; gas inlet system 4; control device 5; potentiometer 6 (KSP-4); the housing of the vacuum chamber 7; quartz crucible 8; thermocouple 9; high frequency inductor 10; melt 11; quenching copper disk 12; tape stripper 13; vacuum system 14 with a VT-2A thermocouple vacuum gauge; unit 15 vacuum AVZ-20D; tape receiver 16; tape 17 received solder.

Предварительно выплавленные в дуговой печи МИФИ-9 слитки сплавов-припоев помещали в кварцевый тигель 8, имеющий сопло. Тигель 8 со слитками размещали внутри высокочастотного индуктора 10. Токами высокой частоты с помощью высокочастотного генератора 2 и индуктора 10 слитки нагревали до необходимой температуры, зависящей от химического состава сплава. Расплав припоя под действием давления эжекции инертного газа (гелия), подаваемого через систему напуска газа 4, подавали через сопло тигля 8 на быстро вращающийся закалочный медный диск 12 шириной 50 мм и диаметром 300 мм. При этом площадь поверхности расплава, контактирующего с диском 12, многократно возрастала и, соответственно, достигалась высокая скорость отвода тепла из расплава в диск 12. Происходило практически мгновенное затвердевание расплава. Затвердевший расплав припоя отделяется от диска 12 под действием термических напряжений и центробежной силы или срезался с помощью о лентосъемника 13. Далее (быстрозакаленная) аморфная лента 17 припоя попадала в лентоприемник 16. Процесс изготовления быстрозакаленных аморфных лент осуществляли в контролируемой газовой среде гелия, создаваемой с помощью вакуумной системы 14 и системы напуска инертного газа 4.Preliminarily melted in a MIFI-9 arc furnace, ingots of solder alloys were placed in a quartz crucible 8 having a nozzle. The crucible 8 with ingots was placed inside the high-frequency inductor 10. By high-frequency currents using the high-frequency generator 2 and inductor 10, the ingots were heated to the required temperature, depending on the chemical composition of the alloy. The solder melt under the influence of an inert gas (helium) ejection pressure supplied through a gas inlet system 4 was supplied through a nozzle of a crucible 8 to a rapidly rotating quenching copper disk 12 with a width of 50 mm and a diameter of 300 mm. In this case, the surface area of the melt in contact with the disk 12 increased many times and, accordingly, a high rate of heat removal from the melt to the disk 12 was achieved. Almost instantaneous solidification of the melt occurred. The solidified melt of the solder is separated from the disk 12 under the influence of thermal stresses and centrifugal force or cut off with the help of a tape stripper 13. Then, the (rapidly quenched) amorphous tape 17 of the solder fell into the tape receiver 16. The process of manufacturing rapidly quenched amorphous tapes was carried out in a controlled helium gas medium created using vacuum system 14 and inert gas inlet system 4.

В процессе изготовления быстрозакаленных лент одновременно учитывали и регулировали целый ряд технологических параметров, таких как скорость нагрева, температура процесса розлива расплава, избыточное давление газа в тигле, скорость вращения закалочного диска, расстояние "сопло-диск", газовая среда и ее давление, ширина сопла, масса расплавляемого слитка и другие. Ширина ленты припоя регулировалась длиной сопла тигля. Толщину ленты припоя изменяли рядом параметров: избыточным давлением газа при инжекции расплава, скоростью вращения закалочного диска, вязкостью расплава, температурой разливки, расстоянием "сопло-диск" и др.In the process of manufacturing rapidly quenched tapes, a number of technological parameters were simultaneously taken into account and regulated, such as the heating rate, the temperature of the melt filling process, the excess gas pressure in the crucible, the speed of the quenching disk, the nozzle-disk distance, the gas medium and its pressure, and nozzle width , the mass of the molten ingot and others. The width of the solder ribbon was controlled by the length of the crucible nozzle. The thickness of the solder ribbon was changed by a number of parameters: excess gas pressure during injection of the melt, speed of rotation of the quenching disk, melt viscosity, casting temperature, nozzle-disk distance, etc.

Внешний вид готового изделия, соответствующего заявленной полезной модели, показан на фигуре 2, где представлены два рулона аморфной гибкой лены припоя на основе циркония.The appearance of the finished product corresponding to the claimed utility model is shown in figure 2, which shows two rolls of amorphous flexible zirconium-based solder flax.

Проведены испытания образцов полученного ленточного припоя. Условия и результаты испытаний представлены в примерах 1-3.Tested samples of the obtained tape solder. The conditions and test results are presented in examples 1-3.

Пример 1.Example 1

Изготовлены образцы аморфного ленточного припоя на основе циркония, содержащего (в масс.%): 19% ниобия и 15% никеля. Температура солидус для образцов указанного состава равна 1000°С, температура ликвидус - 1080°С, интервал плавления припоя составил 80°С.Samples of amorphous strip solder based on zirconium were prepared containing (in wt.%): 19% niobium and 15% nickel. The solidus temperature for samples of this composition is 1000 ° C, the liquidus temperature is 1080 ° C, and the solder melting range is 80 ° C.

Припой изготовлен в виде рулона гибкой ленты, как показано на фиг.2, и использован для пайки макетных узлов коллекторного пакета ЭГК из сплава НбЦ-1. Сплава НбЦ-1 содержит 1 мас.% циркония, остальное - ниобий и неизбежные примеси.The solder is made in the form of a roll of flexible tape, as shown in figure 2, and is used to solder the prototypes of the collector package of the EHC from the NbTs-1 alloy. The NbTs-1 alloy contains 1 wt.% Zirconium, the rest is niobium and inevitable impurities.

Сборка макета коллекторного узла ЭГК представлена на фиг.3. Вид а) показывает поперечный разрез внешнего цилиндрического элемента узла, выполненного из сплава НбЦ-1. Вид б) показывает разрез внутреннего цилиндрического элемента данного узла, выполненного из сплава НбЦ-1. Внутренний цилиндрический элемент коллекторного узла ЭГК содержит поперечные проточки 18 для размещения ленточного припоя и продольные проточки 19, которые являются технологическими каналами, предназначенными для удаления газов при работе ЭГК. Для нормального функционирования коллекторного узла ЭГК припой ни в коем случае не должен заплавлять технологические каналы. Вид в) показывает макетный узел ЭГК в сборке для проведения процесса пайки.Assembly layout of the collector node EGC is presented in figure 3. View a) shows a cross-section of an external cylindrical element of a node made of the NBTs-1 alloy. View b) shows a section of the inner cylindrical element of a given unit made of the NBTs-1 alloy. The inner cylindrical element of the collector assembly of the EGC contains transverse grooves 18 for accommodating the tape solder and longitudinal grooves 19, which are technological channels designed to remove gases during the operation of the EGC. For the normal functioning of the collector assembly of the EGC, the solder should in no case melt the technological channels. View c) shows the prototype EGC assembly in the assembly for the soldering process.

При изготовлении макетных узлов ЭГК припой 20 наматывали в специально выполненные для него проточки 18. Количество оборотов при закладке ленты припоя в проточки 18 зависело от глубины проточки и зазора между цилиндрами. В данном примере поперечные проточки 18 выполнили шириной 1,4 мм и глубиной 0,15 мм. Поверхность образцов подвергли шлифовке и полировке. В среднем, толщина намотанного припоя составляла величину порядка 150 мкм.In the manufacture of prototype EGC assemblies, the solder 20 was wound into grooves 18 specially made for it. The number of turns when laying the solder tape in the grooves 18 depended on the depth of the groove and the gap between the cylinders. In this example, the transverse grooves 18 are 1.4 mm wide and 0.15 mm deep. The surface of the samples was subjected to grinding and polishing. On average, the thickness of the wound solder was about 150 microns.

На фиг.4 приведена характерная крива нагрева образцов под пайку. Отличительные особенности заключались лишь в температурах и временах выдержки, которые изменялись от 900 до 1200°С и от 2 до 30 мин соответственно.Figure 4 shows a characteristic curve of heating samples for soldering. Distinctive features consisted only in temperatures and holding times, which varied from 900 to 1200 ° C and from 2 to 30 minutes, respectively.

Нагрев образцов под пайку осуществляли в среднем со скоростью 15 град. С/с. Для равномерности прогрева образцов и макетных изделий за 200 град, до температуры солидуса припоя осуществляли изотермическую выдержку, затем продолжали нагрев до температуры пайки, при которой так же осуществлялась выдержка.The samples were heated by soldering on average at a speed of 15 degrees. C / s For uniform heating of samples and prototypes over 200 degrees, isothermal aging was carried out to the solder solidus temperature, then heating was continued to the soldering temperature, at which aging was also carried out.

Фотографии, подтверждающие качественную структуру полученного паянного соединения приведены на фиг.6.Photographs confirming the quality structure of the obtained soldered connection are shown in Fig.6.

На фиг.5 а) и б) приведены результаты металлографических исследований и микрорентгеноспектрального анализа паяного соединения НБц1-НБц1 припоем Zr-19%Nb-15%Ni при температуре 1200°С, с выдержкой 5 мин. На фотографии а) отчетливо виден технологический канал, сохранившийся после проведения пайки без заплавления и нарушения геометрии, обеспечивающий в процессе эксплуатации коллекторного пакета выход газообразных продуктов деления. Следует также отметь, что в процессе формирования паяного шва, образуются области с химическим составом, схожим с основным металлом (см. фиг.5 б)), что связано с диффузией компонентов припоя Zr и Ni в паяемый материал и кристаллизацией расплава с химическим составом близким к составу основного металла.Figure 5 a) and b) shows the results of metallographic studies and X-ray microanalysis of the soldered joint NBc1-NBc1 with Zr-19% Nb-15% Ni solder at a temperature of 1200 ° C, with a holding time of 5 min. In the photo (a), the technological channel is clearly visible, preserved after soldering without melting and geometry disruption, which ensures the release of gaseous fission products during the operation of the collector pack. It should also be noted that during the formation of the brazed joint, areas with a chemical composition similar to the base metal are formed (see Fig. 5 b)), which is associated with the diffusion of the components of the solder Zr and Ni in the brazed material and crystallization of the melt with a chemical composition close to the composition of the base metal.

Для исследования затекания припоя в зазор, спаянные цилиндры разрезали вдоль и проводили соответствующие исследования.To study the flow of solder into the gap, the welded cylinders were cut lengthwise and the corresponding studies were carried out.

Была проведена сравнительная пайка макетных узлов коллекторного пакета ЭГК из сплава НбЦ-1 припоем Zr-19Nb-15Ni и известным из уровня техники припоем, содержащим 60 мас.% Pd и 40 мас.% Ni, в результате которой припой на основе циркония продемонстрировал возможность получения изделия без заплавления технологических каналов, что не было достигнуто при использовании припоя на основе палладия.A comparative soldering of the prototypes of the EGC collector package from the NbTs-1 alloy of Zr-19Nb-15Ni alloy and a solder known in the art containing 60 wt.% Pd and 40 wt.% Ni was performed, as a result of which zirconium-based solder demonstrated the possibility of obtaining products without fusion of technological channels, which was not achieved when using solder based on palladium.

Пример 2.Example 2

Изготовили образцы аморфного ленточного припоя на основе циркония, содержащие: 19 масс% Nb, 15 масс.% Ni, 1 масс.% Be и Zr - остальное.Samples of amorphous zirconium-based strip solder were prepared, containing: 19 mass% Nb, 15 mass% Ni, 1 mass% Be and Zr - the rest.

Температура солидуса для образцов указанного состава равна 846°С, температура ликвидуса - 924°С, интервал плавления припоя составил 78°С.The solidus temperature for samples of this composition is 846 ° C, the liquidus temperature is 924 ° C, the melting interval of the solder is 78 ° C.

Припой изготовлен в виде рулона гибкой ленты, как показано на фиг.2, и использован для пайки макетных узлов коллекторного пакета ЭГК из сплава НбЦ-1.The solder is made in the form of a roll of flexible tape, as shown in figure 2, and is used to solder the prototypes of the collector package of the EHC from the NbTs-1 alloy.

Полученное, как в примере 1, паяное соединение имеет высокую прочность, достаточную для надежной работы при режимах эксплуатации коллекторного пакета ЭГК, включая воздействие тепловых и нейтронных потоков со стороны ядерного топлива. Полученный припой прекрасно совместим с ниобием и его сплавами, в паяных швах нет хрупких интерметаллидов, припой обеспечивает высокую теплопроводность и термостойкость паяных соединений. Припой не содержит меди и других металлов с высоким давлением пара и не создает угрозы испарения компонентов при нагреве паяных соединений с адсорбцией паров металлов на изоляторах. Среди компонентов припоя отсутствуют элементы, имеющие высокое значение сечения захвата нейтронов, образующие долгоживущие радиоактивные нуклииды с сильным γ-излучением.Obtained, as in example 1, the solder joint has a high strength sufficient for reliable operation under operating conditions of the collector package of the EGC, including the effects of thermal and neutron fluxes from the side of nuclear fuel. The resulting solder is perfectly compatible with niobium and its alloys; there are no brittle intermetallic compounds in soldered seams; the solder provides high thermal conductivity and heat resistance of soldered joints. The solder does not contain copper and other metals with high vapor pressure and does not pose a threat of evaporation of components during heating of soldered joints with the adsorption of metal vapors on insulators. Among the solder components, there are no elements having a high neutron capture cross section that form long-lived radioactive nuclides with strong γ-radiation.

Пример 3.Example 3

Также как в примере 1 изготовили образцы аморфного ленточного припоя на основе циркония, содержащие: 19 масс.% Nb, 7,5 масс.% Ni, 7,5 масс.% Fe и Zr и неизбежные примеси - остальное. Количественное содержание неизбежных примесей висмута мышьяка и серы строго контролировалось так, что суммарное содержание висмута и мышьяка находилось в интервале 0,0001-0,0018 масс.%, а содержание серы составляло 0,0001-0,0015 масс.%.As in example 1, samples were prepared of amorphous zirconium-based strip solder containing: 19 wt.% Nb, 7.5 wt.% Ni, 7.5 wt.% Fe and Zr and the inevitable impurities - the rest. The quantitative content of the inevitable impurities of bismuth arsenic and sulfur was strictly controlled so that the total content of bismuth and arsenic was in the range of 0.0001-0.0018 wt.%, And the sulfur content was 0.0001-0.0015 wt.%.

Температура солидус для образцов ленточного припоя указанного состава равна 968°С, температура ликвидус - 1002°С, интервал плавления припоя составил 34°С.The solidus temperature for the samples of tape solder of the specified composition is 968 ° C, the liquidus temperature is 1002 ° C, the melting interval of the solder was 34 ° C.

Припой был изготовлен в виде рулона гибкой ленты шириной 1,0-40 мм толщиной 25-60 мкм, как показано на фиг.2, и использован для пайки изделий из сплава ВН2. Сплава ВН2 содержит 3,8-5,2 мас.% молибдена, не более 0,05 углерода, не более 0,03 кислорода, не более 0,04 азота, остальное - ниобий и неизбежные примеси.The solder was made in the form of a roll of flexible tape with a width of 1.0-40 mm and a thickness of 25-60 microns, as shown in figure 2, and used for soldering products from alloy BH2. The BH2 alloy contains 3.8-5.2 wt.% Molybdenum, not more than 0.05 carbon, not more than 0.03 oxygen, not more than 0.04 nitrogen, the rest is niobium and inevitable impurities.

Приведенные примеры 1-3 подтверждают, что аморфный ленточный припой на основе циркония, содержащий компоненты в соответствии с заявленной формулой, пригоден для пайки материалов коллекторного пакета из сплавов на основе ниобия. Все образцы полученного аморфного ленточного припоя имели температуру плавления ниже температуры 1175°С, то есть ниже температуры плавления эвтектик, образующихся в результате взаимодействия с ниобием элементов, входящих в состав припоя. Заявленный ленточный припой позволяет подобрать ширину ленты, так чтобы ее удобно было размещать в проточках на коаксиально соединяемых изделиях из сплавов ниобия без заплавления припоем технологических каналов. Регулируя технологические параметры процесса сверхбыстрой закалки, можно строго фиксировать толщину и ширину лент, тем самым обеспечить оптимальное количество припоя в зазоре при пайке, что дает возможность снизить химическую эрозию основного металла, позволяет осуществлять пайку тонкостенных материалов без заплавления малых отверстий.The above examples 1-3 confirm that the amorphous zirconium-based tape solder containing the components in accordance with the claimed formula is suitable for soldering materials of the collector package of niobium-based alloys. All samples of the obtained amorphous tape solder had a melting point below 1175 ° C, that is, below the melting temperature of eutectics formed as a result of interaction with the niobium elements that make up the solder. The claimed tape solder allows you to choose the width of the tape, so that it is convenient to place it in the grooves on coaxially connected products from niobium alloys without fusing the solder technological channels. By adjusting the technological parameters of the ultrafast hardening process, it is possible to strictly fix the thickness and width of the tapes, thereby ensuring the optimal amount of solder in the gap during soldering, which makes it possible to reduce the chemical erosion of the base metal, and allows the soldering of thin-walled materials without melting small holes.

Примеры 1-3 подтвердили повышение эксплуатационных характеристик припоя за счет обеспечения однородного фазового состояния аморфного сплава, получения узкого интервала между температурой плавления и затвердевания припоя при высокой адгезионной и капиллярной активности в процессе пайки, обеспечившей улучшение смачивания и более быструю диффузию легирующих элементов припоя в основной металл изделия.Examples 1-3 confirmed the increase in the operational characteristics of the solder by ensuring a homogeneous phase state of the amorphous alloy, obtaining a narrow interval between the melting point and solidification of the solder with high adhesive and capillary activity during brazing, which provides better wetting and faster diffusion of alloying elements of the solder into the base metal products.

Примеры 1-3 подтвердили равномерное плавление припоя по всему объему, формирование при затвердевании непрерывного и однородного по структуре паяного шва.Examples 1-3 confirmed the uniform melting of the solder throughout the volume, the formation during solidification of a continuous and uniform in structure soldered seam.

Таким образом, заявленный аморфный ленточный припой на основе циркония обеспечивает повышение качества пайки, снижение количества дефектов паяного соединения, снижение содержания интерметаллидов в паяном шве.Thus, the claimed amorphous tape solder based on zirconium provides an increase in the quality of soldering, reducing the number of defects of the soldered joint, reducing the content of intermetallic compounds in the brazed joint.

Claims (7)

1. Аморфный ленточный припой на основе циркония для пайки изделий из ниобия и его сплавов, выполненный в виде гибкой ленты аморфной структуры из сплава на основе циркония, содержащего ниобий, отличающийся тем, что ширина ленты выбрана в соответствии с шириной проточек на соединяемых изделиях в диапазоне 1,0-40 мм, толщина ленты выбрана в диапазоне 25-60 мкм, при этом припой дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:1. Amorphous zirconium-based tape solder for brazing products from niobium and its alloys, made in the form of a flexible tape of an amorphous structure from an alloy based on zirconium containing niobium, characterized in that the width of the tape is selected in accordance with the width of the grooves on the joined products in the range 1.0-40 mm, the tape thickness is selected in the range of 25-60 μm, while the solder additionally contains nickel in the following ratio of components, wt.%: НиобийNiobium 17-2117-21 НикельNickel 7,5-157.5-15 ЦирконийZirconium ОстальноеRest
2. Припой по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде гибкой ленты шириной 1,1-3 мм, толщиной 25-35 мкм.2. The solder according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a flexible tape with a width of 1.1-3 mm, a thickness of 25-35 microns. 3. Припой по п.2, отличающийся тем, что ширина и толщина гибкой ленты выбрана с возможностью размещения ее в проточках на соединяемых изделиях в виде коаксиально соединяемых цилиндрических деталей коллекторного узла электрогенерирующего канала ядерного реактора с возможностью осуществления пайки без заплавления припоем технологических каналов.3. The solder according to claim 2, characterized in that the width and thickness of the flexible tape is selected with the possibility of placing it in the grooves on the connected products in the form of coaxially connected cylindrical parts of the collector assembly of the nuclear power channel of a nuclear reactor with the possibility of soldering without melting the solder of the technological channels. 4. Припой по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде рулона гибкой ленты, изготовленной сверхбыстрой закалкой из жидкого металлического расплава со скоростью 104-106 °С/с с получением аморфной структуры сплава.4. The solder according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a roll of a flexible tape made by ultrafast quenching from a liquid metal melt at a rate of 10 4 -10 6 ° C / s to obtain an amorphous alloy structure. 5. Припой по п.1, отличающийся тем, что сплав на основе циркония дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:5. The solder according to claim 1, characterized in that the zirconium-based alloy additionally contains iron in the following ratio of components, wt.%: НиобийNiobium 17-2117-21 НикельNickel 7,5-157.5-15 ЖелезоIron 6-96-9 ЦирконийZirconium ОстальноеRest
6. Припой по п.1, отличающийся тем, что сплав на основе циркония дополнительно содержит железо и бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%:6. The solder according to claim 1, characterized in that the zirconium-based alloy additionally contains iron and beryllium in the following ratio of components, wt.%: НиобийNiobium 17-2117-21 НикельNickel 7,5-157.5-15 ЖелезоIron 6-96-9 БериллийBeryllium 0,1-2,00.1-2.0 ЦирконийZirconium ОстальноеRest
7. Припой по п.1, отличающийся тем, что в составе сплава на основе циркония дополнительно ограничено содержание неизбежных примесей: висмута, мышьяка и серы при следующем соотношении компонентов, мас.%:7. The solder according to claim 1, characterized in that the composition of the zirconium-based alloy is further limited by the content of inevitable impurities: bismuth, arsenic and sulfur in the following ratio of components, wt.%: Ниобий 17-21 Никель 7,5-15 Железо 6-9 Бериллий 0,1-2,0 Суммарное содержание висмута и мышьяка 0,0001-0,0018 Сера 0,0001-0,0015 Цирконий Остальное
Figure 00000001
Niobium 17-21 Nickel 7.5-15 Iron 6-9 Beryllium 0.1-2.0 The total content of bismuth and arsenic 0.0001-0.0018 Sulfur 0.0001-0.0015 Zirconium Rest
Figure 00000001
RU2011110119/02U 2011-03-17 2011-03-17 AMORPHIC BAND SOLDER BASED ON ZIRCONIUM RU108447U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011110119/02U RU108447U1 (en) 2011-03-17 2011-03-17 AMORPHIC BAND SOLDER BASED ON ZIRCONIUM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011110119/02U RU108447U1 (en) 2011-03-17 2011-03-17 AMORPHIC BAND SOLDER BASED ON ZIRCONIUM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU108447U1 true RU108447U1 (en) 2011-09-20

Family

ID=44759030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011110119/02U RU108447U1 (en) 2011-03-17 2011-03-17 AMORPHIC BAND SOLDER BASED ON ZIRCONIUM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU108447U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467412C1 (en) * 2011-10-04 2012-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Solder for sealing rod workpiece of fuel kernel of nuclear reactor cermet fuel element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467412C1 (en) * 2011-10-04 2012-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Solder for sealing rod workpiece of fuel kernel of nuclear reactor cermet fuel element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103418930B (en) Ni base alloy weld metal, band electrode and welding method
Feng et al. Reliability studies of Cu/Al joints brazed with Zn–Al–Ce filler metals
US20110132973A1 (en) Method of manufacturing high-heat-load equipment by metallurgically joining carbon material with copper-alloy material
CN105252169A (en) Active amorphous brazing filler metal for brazing ZrB2-SiC ceramic materials, preparation method for active amorphous brazing filler metal and brazing process
CN102430862A (en) Laser welding method for amorphous matrix material
US4543135A (en) Nickel high-chromium base brazing filler metal for high temperature applications
CN109202243B (en) Intermediate layer alloy for tantalum/stainless steel energy storage welding and preparation method and welding method thereof
CN108356443A (en) Titanium-based amorphous solder and its preparation method and application
CN113814606A (en) Ni-Cr-Al-Ti-Co welding wire, method and groove form
CN103170764B (en) Brazing filler alloy powder and preparation method thereof
CN105127534B (en) Brazing connecting method for tungsten-based powder alloy die
CN113732563A (en) Transition layer welding wire for preparing titanium-steel gradient composite material CMT and preparation method
CN113953712B (en) Material for butt welding of TA1-Q235 composite plates and welding method
CN104191099B (en) For the preparation method of the composite soldering that the WC particle of carbide quartz welding strengthens
RU108447U1 (en) AMORPHIC BAND SOLDER BASED ON ZIRCONIUM
CN113732560B (en) Nickel-chromium-based welding wire capable of effectively controlling heat cracking, method and groove form
CN105562956B (en) It is a kind of suitable for solder of magnalium different alloys soldering and preparation method thereof
EP0103805B1 (en) Homogeneous low melting point copper based alloys
CN102909491A (en) Titanium-zirconium-iron-based brazing filler metal for Ti3Al and nickel-based high-temperature alloy braze welding
CN105479037B (en) A kind of nickel-based boron-free solder and preparation method thereof
CN101407001B (en) Nickel-based boron-free brazing material and preparation thereof
NO160723B (en) HOMOGENEOUS COPPER-BASED ALLOYS PULP THERAPY.
CN113134693B (en) Cu-based amorphous solder for brazing tungsten-based powder alloy and preparation method and application thereof
EP0117923B1 (en) Nickel based brazing filler metals
JPS5815234B2 (en) foil for brazing

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20160318