Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti
Установлено, что быстрозакаленная лента припоя находится в аморфном состоянии и имеет равномерное распределение легирующих элементов по ширине. Определены температурные интервалы перехода сплава из аморфного состояния в кристаллическое. Проведено рентгеноструктурное исследование фазового состава б...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101701 |
| 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: | Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов, Г.М. Зелинская // Автоматическая сварка. — 2010. — № 5 (685). — С. 27-31. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859604670350098432 |
|---|---|
| author | Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Зелинская, Г.М. |
| author_facet | Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Зелинская, Г.М. |
| citation_txt | Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов, Г.М. Зелинская // Автоматическая сварка. — 2010. — № 5 (685). — С. 27-31. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Установлено, что быстрозакаленная лента припоя находится в аморфном состоянии и имеет равномерное распределение легирующих элементов по ширине. Определены температурные интервалы перехода сплава из аморфного
состояния в кристаллическое. Проведено рентгеноструктурное исследование фазового состава быстрозакаленной
ленты в исходном состоянии и после изотермического отжига; в последнем случае идентифицированы кристаллические структуры — δ-CuTi и γ-CuTi₂.
It is established that rapidly-quenched braze alloy strip is in the amorphous condition with uniform distribution of alloying
elements across its width. Temperature ranges of alloy transition from an amorphous into the crystalline state are
established. X-ray investigation of phase composition of rapidly-quenched strip in the initial condition and after isothermal
annealing has been conducted; in the latter case the crystalline structures have been identified as δ-CuTi and γ-CuTi₂.
|
| first_indexed | 2025-11-28T02:04:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.3.04
СТРУКТУРНОE СОСТОЯНИE
БЫСТРОЗАКАЛЕННОГО ПРИПОЯ СИСТЕМЫ Cu–Ti
С. В. МАКСИМОВА, канд. техн. наук, чл.-кор. НАН Украины В. Ф. ХОРУНОВ
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины),
Г. М. ЗЕЛИНСКАЯ, канд. физ.-мат. наук (Ин-т металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины)
Установлено, что быстрозакаленная лента припоя находится в аморфном состоянии и имеет равномерное распре-
деление легирующих элементов по ширине. Определены температурные интервалы перехода сплава из аморфного
состояния в кристаллическое. Проведено рентгеноструктурное исследование фазового состава быстрозакаленной
ленты в исходном состоянии и после изотермического отжига; в последнем случае идентифицированы крис-
таллические структуры — δ-CuTi и γ-CuTi2.
К л ю ч е в ы е с л о в а : пайка, припой, система Ti–Cu,
структура, фазовый состав, аморфное и кристаллическое
состояния, сверхбыстрая закалка, изотермический отжиг,
рентгеноструктурный анализ
Аморфные металлические сплавы привлекают
внимание многих исследователей благодаря их
уникальным свойствам — высоким механическим
характеристикам и коррозионной стойкости, элек-
тромагнитным показателям и др. [1].
Применение припоев в аморфном состоянии
открывает новые возможности в области пайки.
Одним из главных преимуществ аморфных при-
поев является химическая однородность. Данные
припои обеспечивают хорошее смачивание пая-
емой поверхности, имеют высокие капиллярную
активность припоя, диффузионную активность
его компонентов и равномерное распределение
последних в зоне пайки, что уменьшает вероят-
ность образования хрупких фаз в металле паяного
шва и обеспечивает оптимальную прочность па-
яных соединений. Припои характеризуются вы-
сокой пластичностью, что позволяет изготавли-
вать закладные элементы требуемых размеров и
дозировать применяемый припой при изготов-
лении уникальных ответственных конструкций в
различных отраслях промышленности [2].
Целью настоящей работы является проведение
сравнительных исследований структурных осо-
бенностей быстрозакаленного припоя Ti57Cu43 в
исходном и отожженном состояниях, а также оп-
ределение термической стабильности его аморф-
ного состояния при нагреве.
К быстрозакаленным относятся сплавы, полу-
ченные быстрым охлаждением расплава (его за-
калкой). Структура и свойства быстрозакаленных
сплавов существенно отличаются от структуры
литых сплавов, полученных традиционными спо-
собами выплавки. В зависимости от скорости ох-
лаждения они могут иметь высокодисперсную
дендритную, микрокристаллическую, нанокрис-
таллическую и аморфную структуры [3].
Для производства припоев в аморфном сос-
тоянии наиболее широко применяется способ
быстрого (1⋅104…1⋅106 °С/с) затвердевания расп-
лава на внешней поверхности быстровращающе-
гося диска-холодильника [4, 5]. Жидкий металл
под давлением инертного газа проходит через соп-
ло и попадает на внешнюю поверхность враща-
ющегося диска, где затвердевает в виде тонкой
ленты, которая удаляется за счет центробежных
сил. Пластичные тонкие аморфные фольги (лен-
ты) можно получать даже из хрупких сплавов (эв-
тектических, интерметаллидных) с помощью
сверхбыстрой закалки. В таких системах при ох-
лаждении с высокой скоростью имеется склон-
ность к подавлению образования зародышей пе-
речисленных выше фаз и достижению аморфного
состояния даже при отсутствии аморфизаторов —
бора, кремния, фосфора и др.
Для исследований использовали быстрозакален-
ные ленты Ti57Cu43 толщиной 30…50 мкм и ши-
риной около 20 мм. Металлографические исследо-
вания показали, что типичная структура свободной
поверхности аморфной ленты Ti57Cu43, контакти-
рующей с воздухом гладкая зеркальная (стекловид-
ная) и характеризуется отсутствием каких-либо уг-
лублений и шероховатостей (рис. 1, а).
На обратной стороне ленты, контактирующей
с поверхностью диска, имеются неровности
(рис. 1, б), которые обусловлены рельефом ма-
териала диска, скоростью его вращения и др. При
получении быстрозакаленных лент немаловаж-
ную роль играют температура перегрева над ли-
нией ликвидуса расплава, вязкость сплава, повер-
хностное натяжение, смачивание расплавом ма-
териала диска.
Следует отметить, что при быстрой закалке
расплава возникает температурный градиент в
направлении, перпендикулярном к плоскости лен-
© С. В. Максимова, В. Ф. Хорунов, Г. М. Зелинская, 2010
5/2010 27
ты, который способствует формированию концен-
трационной неоднородности в распределении эле-
ментов по толщине ленты. В результате этого по-
верхностные слои, прилегающие к свободной сто-
роне ленты, обогащаются более легкими элемен-
тами, в то время как в поверхностных слоях ее
контактной стороны превалируют более тяжелые
элементы [6]. Быстрозакаленная лента исследуе-
мого припоя получена без использования хими-
ческих элементов-аморфизаторов. При исследо-
вании химической неоднородности в поперечном
сечении ленты определено, что составляющие
элементы припоя распределяются вдоль линии
сканирования равномерно (рис. 2).
Изучение структурного состояния быстрозака-
ленного припоя в исходном и отожженном сос-
тояниях проводили с помощью рентгенографичес-
кого метода на дифрактометре «ДРОН-3» в
MoK
α
-излучении в режиме сканирования с шагом
0,1о в области главного максимума и 0,5о на
других расстояниях. Графитовый монохроматор
располагали на первичном пучке. Режимы регис-
трирующей аппаратуры подбирали таким обра-
зом, чтобы исключить шумы, флуоресцентное
рассеяние от образца, а также излучение от
сплошного спектра с длиной волны λ/2, которую
пропускает кристалл-монохроматор.
Методика внесения поправок на некогерентное
рассеяние, поляризацию, поглощение, флуорес-
центное рассеяние образцом, а также нормировка
дифракционных кривых были стандартными [7,
8].
Известно, что металлические стекла дают диф-
ракционную картину, подобную металлическим
жидкостям. Поэтому для изучения их структуры
использовали технику эксперимента и математи-
ческий аппарат Фурье-преобразования, который
применяют при исследовании жидкости [7].
Для припоя Ti57Cu43 рассчитывали структур-
ный фактор i(s) и функцию радиального распре-
деления атомов (ФРРА). По i(s) и ФРРА опре-
деляли основные структурные характеристики —
положение s1, высоту i(s1), ширину на половине
высоты (полуширину) Δs1/2 первого максимума
структурного фактора, положение r1 и площадь
A первого максимума ФРРА.
Результаты рентгеноструктурного анализа по-
казали, что для исследуемого состава припоя по-
лучена типичная [9] для аморфного состояния
дифракционная картина в виде диффузных мак-
симумов (рис. 3) с четко выраженным эффектом
раздвоения второго максимума i(s) (рис. 4). На
правой ветви первого максимума структурного
фактора i(s) при s ≈ 3,5 А–1° наблюдается наплыв.
Рис. 1. Поверхность быстрозакаленной ленты, контактирующая с воздухом (а) и с поверхностью диска (б)
Рис. 2. Распределение титана (а) и меди (б) по ширине быстрозакаленной ленты (y — количество импульсов)
28 5/2010
Кривая ФРРА имеет асимметрию первого мак-
симума и дополнительный максимум в области
r ≈ 3,6 A° (рис. 5). Эти факты могут свидетель-
ствовать о том, что первый дифракционный мак-
симум и первый максимум ФРРА, как и в случае
атомного строения расплавов, состоящих из двух
и более компонентов, можно считать суперпози-
цией нескольких максимумов, обусловленных су-
ществованием нескольких типов атомных груп-
пировок, различающихся по типу топологическо-
го и композиционного упорядочения атомов [7].
При исследовании температурного интервала
плавления с помощью высокотемпературного
дифференциального термического анализа (в ат-
мосфере гелия при скорости нагрева и охлаждения
80 °С/мин) зафиксированы (рис. 6) два экзотер-
мических тепловых эффекта и один эндотерми-
ческий.
Наличие первого незначительного экзотерми-
ческого эффекта в температурном интервале
460…480 °С подтверждает факт протекания
структурной релаксации, которая снижает уро-
вень закалочных напряжений в различных микро-
объемах и предшествует кристаллизации. При по-
вышении температуры максимальное тепловыде-
ление имеет место при 500 °С, что приводит к
объемной кристаллизации сплава и свидетель-
ствует об относительно невысокой термической
стабильности аморфного (метастабильного) сос-
тояния быстрозакаленной ленты. В случае полной
структурной релаксации экзотермический эффект
отсутствует [6]. При дальнейшем повышении тем-
пературы наблюдается эндотермический эффект,
что свидетельствует о полном расплавлении ме-
талла припоя. При охлаждении происходит крис-
таллизация расплава, и на термограмме фикси-
руется только один тепловой эффект. Такой ха-
рактер распределения тепловых эффектов явля-
ется подтверждением наличия аморфного состо-
яния в быстрозакаленной ленте.
В соответствии с данными высокотемператур-
ного дифференциального термического анализа
проведен низкотемпературный изотермический
отжиг при температуре 510 °С (и для сравнения
при 400 °С) в течение 1 ч в вакууме.
После отжига рельеф свободной поверхности
ленты был волнообразный (рис. 7, а), а не зер-
кальный (стекловидный), который характерен для
исходного состояния. Обратная сторона ленты,
контактирующая с поверхностью диска, практи-
чески осталась без изменений (рис. 7, б).
При низкотемпературном отжиге аморфных
сплавов происходит структурная релаксация ос-
таточных напряжении и осуществляется перест-
Рис. 4. Структурный фактор аморфной ленты
Рис. 3. Дифракционная кривая аморфной ленты Рис. 5. Кривая ФРРА
Рис. 6. Термограмма быстрозакаленной ленты припоя
Ti57Cu43 при нагреве (1) и охлаждении (2)
5/2010 29
ройка их локальной структуры (изменение рас-
положения атомов, их упорядочение) [6]. Так, от-
жиг при низкой (400 °С) температуре мало ска-
зывается на структуре быстрозакаленной ленты
(рис. 8, а, б). Однако следует отметить, что обра-
зуются структурные микрообласти, между кото-
рыми намечается появление размытых границ раз-
дела.
При повышении температуры отжига до 510 °С
контраст микроструктуры усиливается и наблю-
даются более четкие структурные изменения
(рис. 8, в, г). Поверхность приобретает слабо вы-
раженную ячеистую структуру с размытыми гра-
ницами (рис. 8, в), что характерно для начальной
стадии распада аморфного состояния. При хими-
ческом травлении отожженного образца намеча-
ются границы раздела между отдельными микро-
областями (рис. 8, г).
После отжига ленты Ti57Cu43 при 400 °С, наб-
людается типичная для аморфного состояния диф-
ракционная картина.
Данная система, с одной стороны, характери-
зуется полным отсутствием неметаллов — амор-
физаторов (бора, кремния и др.), а с другой, от-
носится к эвтектическому типу с наличием ин-
терметаллидных соединений.
Известно, что присутствие в системе интер-
металлидных соединений со сложным типом
кристаллической решетки является основным
фактором стеклообразующей способности спла-
вов, который позволяет получать аморфное сос-
тояние.
Так, в системе Cu–Ti стеклообразующая спо-
собность обусловлена эвтектическим характером
взаимодействия интерметаллидных фаз-стеклооб-
разователей — CuTi и CuTi2 [1]. Важным приз-
наком, свидетельствующим о стеклообразующей
Рис. 7. Поверхность ленты, контактирующая с воздухом (а) и поверхностью диска (б), после изотермического отжига при
510 °С
Рис. 8. Микроструктуры ленты после изотермического отжига при 400 (а, б) и 510 °С (в, г)
30 5/2010
способности данного химического соединения
именно этого типа, является образование при
кристаллизации из аморфного состояния в про-
цессе нагрева.
Эти данные хорошо согласуются с результа-
тами рентгеноструктурных исследований сплава
Ti57Cu43, полученными при изотермическом от-
жиге в вакууме. Так, после перехода сплава
Ti57Cu43 из аморфного состояния в кристалличес-
кое идентифицированы кристаллические структу-
ры δ-CuTi и γ-CuTi2 (рис. 9).
Таким образом, при использовании аморфных
припоев для получения неразъемных соединений
пайкой с длительным нагревом на начальных его
стадиях происходит структурная релаксация
аморфного состояния с дальнейшим переходом
в кристаллическое. Пайка осуществляется припо-
ем, находящимся в микрокристаллическом сос-
тоянии. Для детального изучения этого процесса
необходимы более тонкие методы исследований,
в том числе высокотемпературная металлография.
Аморфное состояние применяемого припоя
положительно сказывается в первую очередь на
его технологичности. Благодаря высокой пластич-
ности, малой толщине и химической однороднос-
ти припой обеспечивает высокое качество пайки,
отсутствие дефектов (в виде непропаев) и высо-
кую прочность паяных соединений. Так, приме-
нение исследуемого припоя в аморфном состо-
янии при пайке дисперсно-упрочненного медного
сплава марки Glidcop Al-25 обеспечило паяным
соединениям прочность на разрыв на уровне
80…90 % прочности основного металла [10].
Из изложенного выше можно заключить, что
быстрозакаленный припой Ti57Cu43 в виде ленты
в исходном состоянии является рентгеноаморф-
ным. Изотермический отжиг при 510 °С способ-
ствует переходу сплава из аморфного состояния
в кристаллическое, при котором идентифици-
рованы кристаллические структуры δ-CuTi и γ-
CuTi2.
1. Ковнеристый Ю. К. Объемно-аморфизирующиеся ме-
таллические сплавы. — М.: Наука, 1999. — 79 с.
2. Хорунов В. Ф., Максимова С. В. Аморфные припои —
перспективный материал для современных технологи-
ческих процессов пайки // Автомат. сварка. — 2005. —
№ 10. — С. 35–40.
3. Фатхуллин О. Х. Современное состояние металловеде-
ния быстрозакаленных жаропрочных сплавов // Техно-
логия легких сплавов. — 2005. — № 1–4. — С. 24–31.
4. Аморфные ленточные припои для высокотемпературной
пайки. Опыт разработки технологии производства и при-
менения / Б. А. Калин, В. Т. Федотов, О. Н. Севрюков и
др. // Свароч. пр-во. — 1996. — № 1. — С. 15–19.
5. Влияние структурного состояния припоя на физико-ме-
ханические свойства паяных соединений / Б. А. Калин,
А. Н. Плющев, В. Т. Федотов и др. // Там же. — 2001. —
№ 8. — С. 38–41.
6. Шпак А. П., Куницкий Ю. А., Лысов В. И. Кластерные и
наноструктурные материалы. — Киев: Академпериоди-
ка, 2002. — Т. 2. — 540 с.
7. Немошкаленко В. В., Романова А. В., Ильинский Ф. Г.
Аморфные металлические сплавы. — Киев: Наук. думка,
1987. — 245 с.
8. Романова А. В. Некоторые исторические факты и воспо-
минания к развитию представления об атомной структу-
ре жидкости и металлических стекoл // Металлофизика,
новейшие технологии. — 1995. — № 8. — С. 3–29.
9. Гольдер Ю. Г. Металлические стекла // Технология лег-
ких сплавов. — 1978. — № 6. — С. 74–93.
10. Высокотемпературная вакуумная пайка дисперсно-уп-
рочненного медного сплава Glidcop Al-25 / С. В. Макси-
мова, В.Ф. Хорунов, В. А. Шонин и др. // Автомат. свар-
ка. — 2002. — № 10. — С. 15–19.
It is established that rapidly-quenched braze alloy strip is in the amorphous condition with uniform distribution of alloying
elements across its width. Temperature ranges of alloy transition from an amorphous into the crystalline state are
established. X-ray investigation of phase composition of rapidly-quenched strip in the initial condition and after isothermal
annealing has been conducted; in the latter case the crystalline structures have been identified as δ-CuTi and γ-CuTi2.
Поступила в редакцию 13.01.2010
Рис. 9. Рентгенограмма, полученная после изотермического
отжига припоя
5/2010 31
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101701 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T02:04:04Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Зелинская, Г.М. 2016-06-06T18:11:52Z 2016-06-06T18:11:52Z 2010 Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов, Г.М. Зелинская // Автоматическая сварка. — 2010. — № 5 (685). — С. 27-31. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101701 621.791.3.04 Установлено, что быстрозакаленная лента припоя находится в аморфном состоянии и имеет равномерное распределение легирующих элементов по ширине. Определены температурные интервалы перехода сплава из аморфного состояния в кристаллическое. Проведено рентгеноструктурное исследование фазового состава быстрозакаленной ленты в исходном состоянии и после изотермического отжига; в последнем случае идентифицированы кристаллические структуры — δ-CuTi и γ-CuTi₂. It is established that rapidly-quenched braze alloy strip is in the amorphous condition with uniform distribution of alloying elements across its width. Temperature ranges of alloy transition from an amorphous into the crystalline state are established. X-ray investigation of phase composition of rapidly-quenched strip in the initial condition and after isothermal annealing has been conducted; in the latter case the crystalline structures have been identified as δ-CuTi and γ-CuTi₂. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti Structural state of quick- hardened brazing alloy Cu–Ti Article published earlier |
| spellingShingle | Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Зелинская, Г.М. Научно-технический раздел |
| title | Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti |
| title_alt | Structural state of quick- hardened brazing alloy Cu–Ti |
| title_full | Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti |
| title_fullStr | Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti |
| title_full_unstemmed | Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti |
| title_short | Структурное состояние быстрозакаленного припоя системы Cu–Ti |
| title_sort | структурное состояние быстрозакаленного припоя системы cu–ti |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101701 |
| work_keys_str_mv | AT maksimovasv strukturnoesostoâniebystrozakalennogopripoâsistemycuti AT horunovvf strukturnoesostoâniebystrozakalennogopripoâsistemycuti AT zelinskaâgm strukturnoesostoâniebystrozakalennogopripoâsistemycuti AT maksimovasv structuralstateofquickhardenedbrazingalloycuti AT horunovvf structuralstateofquickhardenedbrazingalloycuti AT zelinskaâgm structuralstateofquickhardenedbrazingalloycuti |