К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности
Представлены результаты исследования соединений меди и латуни, полученные с использованием в качестве припоя порошка серебра с частицами размером менее 1 мкм. Предложено объяснение аномально высокой скорости образования расплава шва эвтектического состава при пайке. Использование порошков с более вы...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100677 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности / А.С. Письменный, В.И. Швец, В.С. Кучук-Яценко, В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2008. — № 12 (668). — С. 43-45. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859864139170578432 |
|---|---|
| author | Письменный, А.С. Швец, В.И. Кучук-Яценко, В.С. Кислицын, В.М. |
| author_facet | Письменный, А.С. Швец, В.И. Кучук-Яценко, В.С. Кислицын, В.М. |
| citation_txt | К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности / А.С. Письменный, В.И. Швец, В.С. Кучук-Яценко, В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2008. — № 12 (668). — С. 43-45. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Представлены результаты исследования соединений меди и латуни, полученные с использованием в качестве припоя порошка серебра с частицами размером менее 1 мкм. Предложено объяснение аномально высокой скорости образования расплава шва эвтектического состава при пайке. Использование порошков с более высокой степенью дисперсности перспективно для соединения конструкционных материалов, критичных к температуре нагрева.
The paper presents results of investigations of copper and brass joints made using silver powder with less than 1 mm particle size as the braze alloy. Explanation is given of abnormally high formation rate of the seam melt of eutectic composition in brazing. Application of powders with higher degree of dispersity has good prospects for joining structural materials for which heating temperature is critical.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:47:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.3.05.011:539.2
К ВОПРОСУ ПАЙКИ МЕТАЛЛОВ ПОРОШКОВЫМИ
ПРИПОЯМИ РАЗЛИЧНОЙ ДИСПЕРСНОСТИ
А. С. ПИСЬМEННЫЙ, д-р техн. наук, В. И. ШВEЦ, В. С. КУЧУК-ЯЦEНКO, В. М. КИСЛИЦЫН, кандидаты техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Представлены результаты исследования соединений меди и латуни, полученные с использованием в качестве
припоя порошка серебра с частицами размером менее 1 мкм. Предложено объяснение аномально высокой скорости
образования расплава шва эвтектического состава при пайке. Использование порошков с более высокой степенью
дисперсности перспективно для соединения конструкционных материалов, критичных к температуре нагрева.
К л ю ч е в ы е с л о в а : пайка, порошковый припой, серебро,
дисперсность, температура пайки, активация процесса
В настоящее время новые композиционные дис-
персно-упрочненные и другие материалы на ос-
нове металлов применяются недостаточно широ-
ко из-за отсутствия надежных способов их
соединения. В связи с этим актуальна разработка
способов соединения, которые не уступали бы су-
ществующим по производительности и качеству.
При использовании процессов сварки или вы-
сокотемпературной пайки важной и пока не до
конца решенной проблемой является разупрочне-
ние соединяемых материалов в зоне термического
влияния (ЗТВ).
Одним из эффективных способов понижения
температуры пайки стало использование в качест-
ве присадочных материалов аморфных пленок и
нанослойных фольг, которые, как известно, более
активно по сравнению с традиционными припо-
ями [1, 2] взаимодействуют с основным металлом.
В ряде работ отмечается снижение темпера-
туры плавления материалов, диспергированных
до наноразмерного уровня [3, 4]. Интересным
представляется использование этого явления для
понижения температуры пайки. До настоящего
времени исследования в этом направлении не про-
водились, что, очевидно, связано с нестабиль-
ностью свойств мелкодисперсных металлических
порошков.
Цель настоящей работы состояла в технологи-
ческой проверке возможности снижения температу-
ры пайки меди и латуни за счет увеличения степени
дисперсности порошкового припоя.
Известно, что при пайке меди и латуни сереб-
ром в результате контактного плавления форми-
руется жидкая фаза, выполняющая роль припоя.
Ее состав соответствует составу эвтектики систе-
мы Cu–Ag с температурой плавления 779 °С [5].
При контактном плавлении латуни и серебра об-
разуется эвтектическая фаза тройной системы Cu–
Ag–Zn, имеющая температуру плавления менее
700 °С [6]. Для интенсификации диффузионного
взаимодействия контактирующих металлов тем-
пература пайки должна превышать температуру
плавления эвтектики.
В экспериментах использовали медь марки
М1, латунь марки ЛС68 и серебро технической
чистоты. Монодисперсный порошок серебра с
частицами размером менее 1 мкм получен в ла-
бораторных условиях путем анодного растворе-
ния, а более крупная фракция — механическим
измельчением.
Эксперимент производили следующим обра-
зом: на периферийные участки медной подложки
наносили навески порошка серебра с частицами
размером менее 1 мкм, а на центральные — более
100 мкм (рис. 1). Порошок серебра использовали
в смеси с флюсом Ф284. Навески порошка серебра
располагали между пластинами слюды на рассто-
янии 0,5 мм друг от друга.
Нагрев осуществляли факелом водородно-кис-
лородного пламени по центру медной подложки с
© А. С. Письменный, В. И. Швец, В. С. Кучук-Яценко, В. М. Кислицын, 2008
Рис. 1. Схема нагрева медной подложки: 1 — разделители из
пластинок слюды; 2 — медная подложка; 3, 4 — порошок
серебра с размером частиц соответственно менее 1 мкм и
более 100 мкм в смеси с паяльным флюсом Ф284
12/2008 43
нижней ее стороны. Наличие на медной подложке
разделительных канавок глубиной до 3 мм позво-
ляло создавать температурное поле от центра к пери-
ферии подложки с градиентом не менее 50 град/мм.
Таким образом, порошки крупных фракций под-
вергали нагреву до температуры, которая была
более чем на 50 °С выше температуры навесок по-
рошка с размерами частиц менее 1 мкм.
Процесс плавления порошков серебра в про-
цессе нагрева контролировали с использованием
оптического микроскопа МБС-2 (увеличение 32).
Результатами экспериментов установлено, что
при нагреве после плавления флюса первоначаль-
но происходит образование жидкой металличес-
кой фазы на контактной границе медной подлож-
ки с порошком серебра, имеющим размер частиц
менее 1 мкм. На контактной границе с более круп-
ными частицами серебра жидкая металлическая
фаза в значительных объемах образуется только
при нагреве до более высокой температуры. За-
паздывание момента контактного плавления по-
рошка более крупной фракции составляет около
5 с. Согласно показаниям термопар, в момент
плавления порошка более крупной фракции тем-
пература на этом участке более чем на 50 °С выше
температуры участка с порошком серебра более
мелкой фракции.
По нашему мнению, интенсификация контакт-
ного плавления при измельчении частиц серебра
обусловлена существенным увеличением контакт-
ной поверхности порошка серебра — основного
компонента процесса плавления. Наряду с увели-
чением площади поверхности контакта с медной
подложкой происходит подвод серебра к контакт-
ной границе за счет диффузии и массопереноса в
расплаве флюса. Вероятно, в данном случае имеют
место более сложные процессы, требующие даль-
нейших исследований. В качестве варианта можно
предположить, что снижение температуры плавле-
ния ceребра происходит за счет измельчения его
частиц до размера менее 1 мкм.
Возможность практической реализации наблю-
даемого эффекта проверена при пайке образцов из
меди и латуни. На образцы размером 30 5 0,3 мм
наносили припойный материал, представляющий
собой смесь флюса Ф284 и серебра с размерами
частиц менее 1 мкм. Образцы собирали внах-
лестку, сдавливали между двумя стержнями из ке-
рамики с усилием до 3 Н и подвергали нагреву фа-
келом водородно-кислородного пламени.
Установлено, что формирование соединений
при нагреве в течение приблизительно 30 с проис-
ходит при температуре, близкой к эвтектической,
в то время как при пайке традиционными припоями
системы Ag–Cu, например стандартным припоем
ПСр72, необходимо нагревать образцы до темпе-
ратуры, которая более чем на 50 °С выше эвтек-
тической [6].
Исследования микроструктуры и химической
неоднородности паяных соединений образцов из
латуни и меди, полученных с использованием по-
рошка серебра с частицами размером менее 1 мкм,
проводили с помощью оптического микроскопа
«Неофот-32» и микроанализатора SX-50 фирмы
«Camebax».
Анализ микроструктуры соединения образцов
из латуни (рис. 2) показал, что в ЗТВ фазовые
превращения не происходят. Металл паяного шва
имеет однородную мелкодисперсную структуру
и исходя из распределения элементов (рис. 3)
представляет собой сплав эвтектического состава
системы Cu–Ag–Zn. Ширина диффузионной зоны
латуни — около 15 мкм.
Рис. 2. Микроструктура ( 100) соединения образцов из ла-
туни, паянных порошком ceребра с частицами размером
менее 1 мкм
Рис. 3. Распределение cepeбpa, цинка (а) и меди (б) в соеди-
нении образцов из латуни, паянных порошком серебра с час-
тицами размером менее 1 мкм (протяженность участка
740 мкм; шаг 49, 70 мкм)
44 12/2008
Распределение меди и серебра в соединениях
меди (рис. 4) также свидетельствует о формиро-
вании в паяном шве мелкодисперсного сплава эв-
тектического состава. Ширина диффузионной зо-
ны серебра в меди не превышает 7 мкм.
Сравнительные испытания образцов из меди
и латуни на разрыв, паянных порошком серебра
с частицами размером менее 1 мкм и припоем
ПСр72, показали, что механические свойства по-
лученных соединений практически одинаковы.
Выводы
1. Использование порошков серебра с размером
частиц менее 1 мкм позволяет снизить темпера-
туру контактно-реактивной пайки меди и латуни
не менее чем на 50 °С, сократив при этом время
формирования расплава припоя.
2. Активация процесса плавления при увели-
чении степени дисперсности порошкового припоя
обусловлена увеличением поверхности порошка
серебра как основного компонента процесса кон-
тактного плавления и интенсификацией массопе-
реноса в расплаве флюса.
3. Использование порошков с высокой сте-
пенью дисперсности в качестве припойных мате-
риалов перспективно для соединения термически
нестабильных конструкционных материалов.
1. Диффузионная сварка микродисперсного композита
АМг5 + 27 % Al2O3 с применением наносной фольги
Ni/Al / А. Я. Ищенко, Ю. В. Фальченко, А. И. Устинов и
др. // Автомат. сварка. — 2007. — № 7. — С. 5–9.
2. Контактно-стыковая сварка дисперсно-упрочненного
медного сплава системы Cu–Al2O3 / В. С. Кучук-Яценко,
В. И. Швец, П. Н. Чвертко и др. // Там же. — 2004. — № 11.
— С. 3–6.
3. Богданов К. Ю. Почему наночастицы плавятся при низкой
температуре? — http://www.nanometer.ru/2008/02/9/nanjc-
hastici_temperatura_plavlenia_60-57.html.
4. Size-dependent melting point depression of nanostructures:
nanocalorimetric measurements / M. Zhang, M. Yu. Efremov,
F. Schiettekatte et al. // Phys. Rev. B. — 2000. — 62(15), Oсt.
— P. 10548–10557.
5. Хряпин В. Е. Справочник паяльщика. — М.: Машиностро-
ение, 1981. — 348 с.
6. Справочник по пайке / Под ред. И. Е. Петрунина. — М.:
Машиностроение, 1984. — 400 с.
The paper presents the results of investigation of copper and brass joints made using silver powder with less than 1 µm
particle size as braze alloys. An explanation is given of the anomalously high speed of formation of a weld melt of an
eutectic composition in brazing. Use of powders with a higher degree of dispersity is promising for joining structural
materials critical in terms of heating temperature.
Поступила в редакцию 11.02.2008,
в окончательном варианте 19.06.2009
ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ
Институт электросварки им. Е. О.
Патона НАН Украины
А. С. Миленин (ИЭС) защитил 8 ок-
тября 2008 г. кандидатскую диссер-
тацию на тему «Кинетика термоме-
ханических процессов при свар-
копайке титан-алюминиевых балоч-
ных конструкций».
Диссертация посвящена изуче-
нию характерных особенностей ки-
нетики термомеханического состоя-
ния титан-алюминиевых балочных
конструкций в процессе их сварко-
пайки на примере разработки и оптимизации цикла произ-
водства разнородных конструкционных элементов авиацион-
ного назначения (направляющих кресел). На основе резуль-
татов численных и экспериментальных исследований опре-
делено влияние технологических параметров процесса
сваркопайки на особенности формирования полей напряже-
ний в области разнородного контакта и на деформированное
состояние балочной конструкции после сварки. Определен
характер изменения остаточного напряженно-деформирован-
ного состояния разнородных конструкций после термичес-
кой и механической обработки различных видов.
Получила последующее развитие методика оценки риска
интерметаллидообразования в области поверхностного кон-
такта жидкого алюминия и твердого титана. Дано физическое
объяснение процессов на начальном этапе формирования
сварнопаяного контакта. Разработана универсальная методи-
ка оценки риска формирования охрупчивающих интерметал-
лидных включений в результате реакционной диффузии в
переменном и неоднородном температурном поле в области
поверхностного контакта титана с алюминием. Это позволи-
ло определить характер влияния источника сварочного наг-
рева на риск формирования такого рода дефектов на примере
сваркопайки титан-алюминиевых балочных авиационных
конструкций.
Рис. 4. Распределение меди и серебра в соединении образцов
из меди, паянных порошком серебра с частицами менее 1 мкм
(протяженность участка 80 мкм; шаг 10,10 мкм)
12/2008 45
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100677 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:47:49Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Письменный, А.С. Швец, В.И. Кучук-Яценко, В.С. Кислицын, В.М. 2016-05-26T12:46:45Z 2016-05-26T12:46:45Z 2008 К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности / А.С. Письменный, В.И. Швец, В.С. Кучук-Яценко, В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2008. — № 12 (668). — С. 43-45. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100677 621.791.3.05.011:539.2 Представлены результаты исследования соединений меди и латуни, полученные с использованием в качестве припоя порошка серебра с частицами размером менее 1 мкм. Предложено объяснение аномально высокой скорости образования расплава шва эвтектического состава при пайке. Использование порошков с более высокой степенью дисперсности перспективно для соединения конструкционных материалов, критичных к температуре нагрева. The paper presents results of investigations of copper and brass joints made using silver powder with less than 1 mm particle size as the braze alloy. Explanation is given of abnormally high formation rate of the seam melt of eutectic composition in brazing. Application of powders with higher degree of dispersity has good prospects for joining structural materials for which heating temperature is critical. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Краткие сообщения К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности On issue of brazing metals using powder braze alloys of different dispersity Article published earlier |
| spellingShingle | К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности Письменный, А.С. Швец, В.И. Кучук-Яценко, В.С. Кислицын, В.М. Краткие сообщения |
| title | К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности |
| title_alt | On issue of brazing metals using powder braze alloys of different dispersity |
| title_full | К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности |
| title_fullStr | К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности |
| title_full_unstemmed | К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности |
| title_short | К вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности |
| title_sort | к вопросу пайки металлов порошковыми припоями различной дисперсности |
| topic | Краткие сообщения |
| topic_facet | Краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100677 |
| work_keys_str_mv | AT pisʹmennyias kvoprosupaikimetallovporoškovymipripoâmirazličnoidispersnosti AT švecvi kvoprosupaikimetallovporoškovymipripoâmirazličnoidispersnosti AT kučukâcenkovs kvoprosupaikimetallovporoškovymipripoâmirazličnoidispersnosti AT kislicynvm kvoprosupaikimetallovporoškovymipripoâmirazličnoidispersnosti AT pisʹmennyias onissueofbrazingmetalsusingpowderbrazealloysofdifferentdispersity AT švecvi onissueofbrazingmetalsusingpowderbrazealloysofdifferentdispersity AT kučukâcenkovs onissueofbrazingmetalsusingpowderbrazealloysofdifferentdispersity AT kislicynvm onissueofbrazingmetalsusingpowderbrazealloysofdifferentdispersity |