RU2795078C1 - Способ соединения стекла с молибденовым сплавом - Google Patents
Способ соединения стекла с молибденовым сплавом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795078C1 RU2795078C1 RU2022121250A RU2022121250A RU2795078C1 RU 2795078 C1 RU2795078 C1 RU 2795078C1 RU 2022121250 A RU2022121250 A RU 2022121250A RU 2022121250 A RU2022121250 A RU 2022121250A RU 2795078 C1 RU2795078 C1 RU 2795078C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- glass
- intermediate layer
- welded
- molybdenum alloy
- Prior art date
Links
Abstract
Способ диффузионной сварки может быть использован для изготовления металлостеклянных конструкций в оптико-электронной промышленности, точном приборостроении. Между свариваемыми деталями из стекла и молибденового сплава размещают промежуточный слой. Варианты реализации способа предполагают использование в качестве промежуточного слоя фольги из алюминия, или алюминия и титана. Промежуточный слой из упомянутых металлов может быть нанесен на поверхность стекла и молибденового сплава методом напыления. Сварку проводят при температуре ниже температуры размягчения стекла 600°С и времени выдержки 30 мин с приложением необходимого сварочного давления. Техническим результатом изобретения является сохранение физико-механических свойств свариваемых материалов, получение сварного соединения с требуемыми прочностными характеристиками, а именно: получаемые после диффузионной сварки сборки не имеют макропластической деформации стеклянной детали и обеспечивают герметичность соединений на уровне от 5⋅10-12 м3⋅Па/с до 1⋅10-10 м3⋅Па/с. 3 н.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Description
Техническое решение относится к сварке давлением в твердой фазе, в частности, к диффузионной сварке, и может быть использовано для изготовления металлостеклянных конструкций, состоящих из сочетания материалов алюмосиликатное стекло (например, С48-3) + молибденовый сплав (например, ЦМ-2А), в оптико-электронной промышленности, точном приборостроении.
Предложен способ получения неразъемного сварного соединения из стекла с металлами методом диффузионной сварки. Способ диффузионной сварки элементов из стекла и металла включает в себя размещение между ними промежуточного слоя, в качестве которого используют фольгу из алюминия, или алюминия и титана, или промежуточный слой алюминия и титана наносится на поверхность стекла и металла методом напыления, и сварку ведут при температуре ниже температуры размягчения стекла 600°C, и времени выдержки 30 мин с приложением сварочного давления 5-6 кгс/мм2.
Техническим результатом является сохранение физико-механических свойств свариваемых материалов, получение сварного соединения высокого качества с требуемыми прочностными характеристиками, а именно: получаемые после диффузионной сварки сборки не должны иметь макропластической деформации стеклянной детали и должны обеспечивать герметичность соединений на уровне от 5⋅10-12 м3⋅Па/с до 1⋅10-10 м3⋅Па/с.
Известен способ диффузионной сварки (Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976, 312 с.), при котором при соединении неметаллических материалов (керамик, стекол) с металлическими материалами для повышения механических свойств соединений между свариваемыми поверхностями размещают промежуточные слои в виде фольг Al, Ti, Ni, Cu и др. металлов, а также, в ряде случаев, предварительно наносят (напыляют) на свариваемые поверхности алюминий или другие металлы. Применение алюминия предпочтительно, т.к. по сравнению с другими металлами процесс получения соединения через титан, медь и др. происходит при температурах Т гораздо выше 700°C, а при этих температурах стекло начинает размягчаться и пластически деформироваться даже под собственным весом. А через алюминий процесс соединения может быть реализован ниже 600°C, при которых стекло еще не размягчается и, следовательно, не деформируется под воздействием сварочного давления.
Параметры процесса диффузионной сварки по данному методу ориентированы, в основном, на получение прочного соединения без вышеуказанных требований. Такие виды промежуточных слоев позволяют получать соединения с прочностью σв не менее 100 МПа, но с низкой пластичностью.
Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому способу является способ диффузионной сварки (Бачин В.А. Диффузионная сварка стекла и керамики с металлами. М.: Машиностроение, 1986, 184 с.), в соответствие с которым, стекла различного класса сваривали с молибденом, который предварительно покрыт гальваническим никелем, а между ними помещали слой фольги из алюминия. Используя сложный промежуточный слой (фольга алюминия + гальванический никель), получили соединение стекол с молибденом при температуре ниже температуры размягчения стекла, т.е. при 500-550°C, сварочном давлении 1 кгс/мм2 и время сварки 40 мин.
Недостатком этого способа является:
- отсутствие требуемой вакуумной плотности вследствие развитой пористости в зоне контакта;
- низкая производительность процесса из-за необходимости получения сложных промежуточных слоев.
Отсутствие герметичности можно связать, в первую очередь, с интерметаллидами систем Al-Ni и Ni-Mo (MoNi3, MoNi4), которые образуются в процессе сварки и которые формируют в сварном шве поры и микротрещины. Эти дефекты и не обеспечивают необходимый уровень герметичности.
Задача, на решение которой направлено техническое решение, заключается в разработке способа соединения стекла с молибденовым сплавом для устранения указанных выше недостатков, в расширении технических возможностей за счет проведения сварки с использованием промежуточного слоя Al, который позволит сформировать прочное вакуумно-плотное сварное соединение при оптимальных температуре и сварочном давлении, которые устранили бы влияние интерметаллидов на качество сварного соединения.
Чем ниже температура сварки через алюминиевый промежуточный слой, тем ниже интенсивность образования и роста интерметаллидов системы Al - Мо, а предложенное сварочное давление в диапазоне 5-6 кгс/мм2, с одной стороны, приводит к их пластической деформации и тем самым залечиванию пор и микротрещин, что обеспечивает требуемую герметичность. С другой стороны, такое сварочное давление при такой температуре не деформирует стеклянную деталь. Для справки: стекло С48-3 способно выдержать давление сжатия до 20 кгс/мм2.
Это позволяет:
- исключить пластическую деформацию в стеклянной детали;
- обеспечить вакуумно-плотное соединение;
- обеспечить необходимую прочность соединения;
- повысить производительность процесса сварки за счет применения однокомпонентного промежуточного слоя и относительно невысокой температуры процесса сварки.
Сущность предлагаемого способа заключаются в том, что выбранные сварочные режимы и промежуточные слои позволяют активировать свариваемые поверхности за счет диффузионной подвижности атомов материалов. Сварочное давление в диапазоне 5-6 кгс/мм2 пластически деформирует образующиеся в процессе подъема температуры интерметаллиды системы Al - Мо (Al8Mo3, Al12Mo, Al22Mo5), что приводит к залечиванию внутренних дефектов сварного соединения (пор и микротрещин), что гарантирует требуемую герметичность, а данное сварочное давление при температуре 600°C исключает деформацию стеклянной детали. Сварочное давление менее 5 кгс/мм2 пластически не деформирует интерметаллиды ввиду их повышенной твердости, тем самым не «захлопывает» образовавшуюся пористость. Повышение сварочного давления более 6 кгс/мм2 нецелесообразно, т.к. значительного улучшения качества сварного соединения не происходит.
Выдержка 30 минут обеспечивает полное прохождение процесса диффузионного обмена между промежуточным слоем и стеклом, а также промежуточным слоем и молибденом. При выдержке менее 30 мин диффузионные процессы не успевают обеспечить прочное герметичное соединение. Выдержка более 30 мин не оказывает существенного влияния на повышение герметичности и прочности соединения.
Пример №1. Сваривали деталь из алюмосиликатного стекла С48-3, представляющего из себя трубку (внешний диаметр 22,95 мм, внутренний диаметр 19 мм, высота 30,2 мм) и деталь из молибденового сплава ЦМ-2А (диаметр 22,95 мм и высота 0,82 мм). Между ними помещали промежуточный слой фольги из алюминия.
Соединяемые элементы загружали в камеру установки диффузионной сварки и проводили режим сварки с приложением удельного давления сжатия 5,5 кгс/мм2, времени выдержки 30 мин, а сварку проводили при температуре 600°C, после чего снимали давление сжатия и проводили охлаждение до комнатной температуры.
Пример №2. Сваривали те же детали. Между ними помещали промежуточный слой, в качестве которого использовали фольгу из титана и фольгу из алюминия, причем сначала производили диффузионную сварку титановой фольги с молибденовым сплавом при температуре 800°C, сварочном давлении 2 кгс/мм2, времени выдержки 30 мин. Затем между приваренной титановой фольгой и стеклом помещали фольгу из алюминия и осуществляли диффузионную сварку при температуре 600°C, сварочном давлении 4 кгс/мм2, времени выдержки 30 мин, скорости нагрева и охлаждения не выше 5°C/мин.
Соединяемые элементы загружали в камеру установки и устанавливали режим с приложением удельного давления сжатия 4 кгс/мм2, времени выдержки 30 мин, сварку проводят при температуре 600°C, скорость нагрева не выше 5°C/мин. После чего снимали давление сжатия и проводили охлаждение до комнатной температуры при скорости охлаждения не выше 5°C/мин.
Пример №3. Сваривали те же детали. Между ними помещали промежуточный слой, в качестве которого использовали напыление титана на молибден толщиной не менее 10 мкм, а на поверхности стекла используют напыленный алюминий толщиной не менее 10 мкм.
Соединяемые элементы загружали в камеру установки и устанавливали режим с приложением удельного давления сжатия 2 кгс/мм2, времени выдержки 30 мин, а сварку проводили при температуре 600°C, после чего снимали давление сжатия и проводили охлаждение до комнатной температуры.
Результаты испытаний на герметичность деталей, при температуре 20°C, по стандартным методикам испытания, представлены в таблице.
Таким образом, предлагаемый способ соединения стекла с молибденовым сплавом обеспечивает герметичное соединение и отсутствие деформации стекла, что говорит о более высоких результатах сварки по сравнению с прототипом и аналогом. В результате использования предлагаемого способа расширяется диапазон применения сварных соединений из стекла с металлами и значительно повышается их ресурс.
Claims (3)
1. Способ соединения стекла с молибденовым сплавом, включающий размещение между свариваемыми материалами промежуточного слоя из металла и проведение диффузионной сварки, отличающийся тем, что в качестве промежуточного слоя используют фольгу из алюминия, а сварку ведут при температуре 600°С и времени выдержки 30 мин с приложением сварочного давления 5-6 кгс/мм2.
2. Способ соединения стекла с молибденовым сплавом, включающий размещение между свариваемыми материалами промежуточного слоя из металла и проведение диффузионной сварки, отличающийся тем, что в качестве промежуточного слоя используют фольгу из титана и фольгу из алюминия, причем сначала производят диффузионную сварку титановой фольги с молибденовым сплавом при температуре 800°С, сварочном давлении 2 кгс/мм2, времени выдержки 30 мин, скорости нагрева и охлаждения 20-30°С/мин, а затем между приваренной титановой фольгой и стеклом помещают фольгу из алюминия и осуществляют диффузионную сварку при температуре 600°С, сварочном давлении 4 кгс/мм2, времени выдержки 30 мин, скорости нагрева и охлаждения не выше 5°С/мин.
3. Способ соединения стекла с молибденовым сплавом, включающий размещение между свариваемыми материалами промежуточного слоя из металла и проведение диффузионной сварки, отличающийся тем, что в качестве промежуточного слоя используют титан и алюминий, причем перед диффузионной сваркой на поверхность молибденового сплава напыляют титан толщиной не менее 10 мкм, а на поверхность стекла - слой алюминия толщиной не менее 10 мкм, а диффузионную сварку проводят при температуре 600°С, сварочном давлении 2 кгс/мм2 и времени выдержки 30 мин.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2795078C1 true RU2795078C1 (ru) | 2023-04-28 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2061155B (en) * | 1979-10-11 | 1983-02-23 | Secr Defence | Pressure-bonding metal and/or ceramic members by using an interposed silver foil |
SU1318369A1 (ru) * | 1986-02-18 | 1987-06-23 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Способ диффузионной сварки оксидной керамики или стекла с металлом |
RU2555735C1 (ru) * | 2014-04-08 | 2015-07-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Способ диффузионной сварки ситалла с металлами |
RU2752820C1 (ru) * | 2020-10-07 | 2021-08-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Способ диффузионной сварки заготовок из керамики |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2061155B (en) * | 1979-10-11 | 1983-02-23 | Secr Defence | Pressure-bonding metal and/or ceramic members by using an interposed silver foil |
SU1318369A1 (ru) * | 1986-02-18 | 1987-06-23 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Способ диффузионной сварки оксидной керамики или стекла с металлом |
RU2555735C1 (ru) * | 2014-04-08 | 2015-07-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Способ диффузионной сварки ситалла с металлами |
RU2752820C1 (ru) * | 2020-10-07 | 2021-08-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Способ диффузионной сварки заготовок из керамики |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БАЧИН В.А. Диффузионная сварка стекла и керамики с металлами, М., Машиностроение, с.184. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH0649888B2 (ja) | 表面被覆金属の製造方法 | |
US4777643A (en) | Composite rotary anode for x-ray tube and process for preparing the composite | |
RU2795078C1 (ru) | Способ соединения стекла с молибденовым сплавом | |
US4645121A (en) | Composite rotary anode for X-ray tube and process for preparing the composite | |
JPS60166165A (ja) | 窒化物系セラミックスと金属との接合方法 | |
US4689810A (en) | Composite rotary anode for X-ray tube and process for preparing the composite | |
US4300959A (en) | Impermeable electroform for hot isostatic pressing | |
US5284290A (en) | Fusion welding with self-generated filler metal | |
US4715055A (en) | Composite rotary anode for X-ray tube and process for preparing the composite | |
US3148038A (en) | Bonding of metal members | |
RU2754134C1 (ru) | Способ диффузионной сварки изделий из стали и алюминия | |
GB2117691A (en) | Process for the diffusion bonding of aluminium based materials | |
JPH03128172A (ja) | 真空機器用部材の接合方法 | |
RU2593066C1 (ru) | Способ диффузионной сварки керамоматричного композита с металлами | |
RU2826143C1 (ru) | Способ диффузионной сварки деталей из различных материалов | |
CN113319418A (zh) | 一种钼铼合金无中间层扩散连接方法 | |
JPH0796378A (ja) | 接合方法 | |
EP2686130B1 (en) | Method of joining an aluminium component and a hard metal, the joint comprising an aluminium bronze transition piece welded to the aluminium component | |
RU178435U1 (ru) | Устройство для сборки цилиндрических деталей из алюминиевых сплавов под пайку | |
RU2573462C2 (ru) | Способ диффузионной сварки | |
Subhani et al. | To study the low temperature diffusion bonding of AISI 5130 alloy steel | |
SU1321542A2 (ru) | Способ диффузионной сварки вольфрамовых сплавов с титановыми | |
RU2504464C1 (ru) | Способ диффузионной сварки изделий из сплавов на основе никелида титана | |
SU1449289A1 (ru) | Способ диффузионной сварки | |
Gil Costa | Copper-to-silicon-carbide joints development for Future CLIC Hom Dampers |