SU854627A1 - Способ пайки графита с алюминием - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к пайке, в частности к способам пайки графита с алюминием , и может быть использовано дл  соединени  графитовых анодов, катодов алюминиевых и магниевых электролизеров к токопод вод щим алюминиевым шинам, а также в электрометаллургии, авиационной и электротехнической промышленности.

Известен способ соединени  графита с алюминием, включающий обезжирение и очистку соедин емых поверхностей, гальваническое покрытие соедин емых поверхностей слоем гальваническое покрытие слоем никел  толщиной 0,005 мм, флюсование , покрытие слоем олова, нагрев соедин емых деталей до температуры расплавлени  олова (288-Э70С), сдавливание соедин емых поверхностей с удельным давлением 55 кгс/см и охлаждение 1.

Недостатками этого qnoco6a  вл ютс  низка  температура распа  (232С) и недостаточна  жаропрочность па ного шва. ЗИ-и факторы не позвол ют эксплуатировать спа нные детали при температурах, превы; шающих 100-150°С, например при использовании па ных анодов и катодов магниевых и алюминиевых электролизеров.

Известен также способ пайки графита с алюминием, при котором между соедин емыми поверхност ми ввод т промежуточную прослойку, производ т флюсование, поджатие соедин емых поверхностей и нагрев. В качестве пр9слойки используют пакет, состо щий из малоуглеродистой стали, меди и эвтектического сплава алюмини . Этот способ обеспечивает высокую жаропрочность па ного соединени  2.

Недостатком данного способа  вл етс  Q слох ность процесса пайки, требующего выдерживани , в па емом шве заданного градиента температуры, обеспечивающего на. границе графит - прослойка 1150-1200°С, а на границе прослойка - алюминий - 600-640°С. Сложность выдерживани  при15 водит к снижению надежности па ных соединений и повышению процента брака.

Цель изобретени  - повышение надежности па ных соединений и упрощение процесса пайки.

Поставленна  цел достигаетс  тем, что на графит плазменным напылением последовательно нанос т слой ферросилици  и два сло  смеси ферросилици  с алюминием С весовым соотношением компонентов в

сло х соответственно 1: (0,9 -1,1) и 1:(3,5- 4,5), причем первый слой оплавл ют.

Слой ферросилици  на графите предварительно оплавлен.

Сущность способа заключаетс  s том, что использование в качестве промежуточной прослойки ферросилици  и его смеси с алюминием обеспечивает прочное сцепление соедин емых поверхностей при нагреве до температуры плавлени  эвтектики алюминий - кремний. Оплавление сло  ферросилици  способствует увеличению прочности св зи прослойки с графитовой основой за счет заполнени  поверхностных дефектов графита (раковин, трещин, микропустот и т. п.). Применение промежуточных слоев между графитом и алюминием вызвано необходимостью устранени  непосредственного контакта алюмини , с графитом и образовани  нестабильных карбидов алюмини . Оплавление первого на графите сло , состо щего из ферросилици , приводит к образованию жидкоподвижной эвтектики Железо - углерод, хорошо заполн ющей поры графита и обеспечивающей тем самым при затвердевании сцепление с графитовой основой.

Выбор кремни  а сплаве на ocHoise железа вызван образованием Эвтектики кремний - алюминий с температурой плавлени  {577°С) не превышающей температуры плавлени  алюмини  {600°С). Отсутствие каких-либо превращений при нагревании и охлаждении эвтектики Si-А1вплоть до температуры ликвидуса не вызывает дополнительных напр жений в зоне па ного шва.

Два сло  покрыти  с различным содержанием ферросилици  и алюмини  необходимы дл  подавлени  возникающих напр жений в па ном соединении, вызванных различными коэффициентами термического расширени  (КТР) графита (5,5- 7,010 1/град) и алюмини  (24. /град). Содержание в.двух наружных сло х 0,9- 1,1 и 3,5--4,5 частей алюмини  против 1 части ферросилици  обеспечивает экспоненциальное изменение величины КТР от графита к алюминию, что создает напр женность в па ном шве.

Процесс пайки осуществл етс  следующим образом.

На поверхность графитового издели  напыл ют плазменным способом слой ферросилици , например марки Си-75 толщиной 0,2-0,3 мм. Размеры частиц напыл емого порошка 0,60-150 мкм в зависимости от типа плазмотрона и технологии напылени . Полученное покрытие оплавл ют на возду . хе дугой, мощность которой обеспечивает полисе расплавление сло  и не создает рагзбрызгивани  (или сдува) материала покрыти  с графитовой, подложки. На опЯавленное покрытие плазменным напылением нанос т слой смеси ферросилици  с алюминием , вз тых в соотношении 1;(0,9-1,1) после этого напыл ют смесь порюшков фср росилици  и алюмини  в соотношении 1:(3,5 4,4). Внешний слой покрыти  на графите ме ханически зачищают и покры1 ают слоем флюса Ф34А, обеспечивающим разрушение микропленки окислов алюмини  в процессе лайки. Спаиваема  поверхность алюминиевой детали также зачищаетс  и офлюсовываетс . Между подготовленными к пайке поверхност ми помещают прокладку фольги припо  типа силуминов (СИЛ-2; 34А или др После сдавливани  с усилием 0,5-1,0 кгс/см через зону пайки пропускают электрический ток плотностью 2200-2400 а/см 2, После совместного разогрева спаиваемых деталей до 550-620°С, что обеспечивает рг сплавление припо , и 2-3 с выдержки, пайку прекращают . Охлаждение деталей может производитьс  как при сохранении рабочего давлени  сжати , так и без него. (Збща  продолжительность пайки с учетом подготовительных операций 12-16 ми.

Пример. Пайке подвергают образцы графита и алюмини , конфигурацию которых выполн ют по ГОСТ-2470-75. Марка графита ГМЗ, алюмини  ПА 4 (ГОСТ 6058-73). 5 При напылении используют ферросилиций Си-75 (ГОСТ 1415-56), алюминиевый порощок ПА4 (ГОСТ 6058-73), припой состава 88/о А и 12% Si (температура плавлени  577°С) и флюс, содержащий 47% KCt; 38% LiCi; 10% CdCtH 5% NaF с температурой плавлени  560°С.

На рабочий торец графитового образца напыл ют плазменным методом ферросилици  толщиной 0,2-0,3 мм. Нанесенный металлический слой оплавл ют угоЛь5 ным электродом, напр жение тока 30 В, сила тока 100 А, среда - воздух. На оплавленный слой напыл ют последовательно два сло  смеси алюмини  с отношением компонентов в смеси соответственно 1:(0,9-1,1) и 1: (3,5-4,5) и толщиной слоев 0,005- 0,10 мм. После этого наждачной бумагой зачищают внешний напыленный слой до по влени  блест щей поверхности. Рабочую .поверхность алюминиевого образца также зачищают дл  сн ти  пленки окислов. Напыленную поверхность и зачищенный торец алюминиевого образца покрывают слоем пастообразного флюса, толщина сло  флюса 0,01-0,05 мм. Офлюсованные поверхности соедин ют, поместив м(жду ними фольгу припо  толщиной 0,03-0,08 мм. Собранный образец сдавливают иг установке контактно-реактивной пайки, давление - 0,5-1,0 кгс/см . После этого по образцу пропускают ток плотностгзю 1700 - 1900 а/см. При по влении первых расплав-ленных капель припо  из зазора между образцами ток отключают, пайку прекращают .

Способ позвол ет получить В1)1сокую жаропрочность па ных соединении и уменьшает процент брака за счет упрощени  Процесса пайки.

Claims (2)

1.Патент США № 2920385, кл. 29-472.7. опублик. 12.01.60.

2.Авторское свидетельство-.СССР

йо за вке № 2743047, кл. В 23 К i/04, 29.03.79.