Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями
The regularities of the soldered scam formation in the contact interaction of cBN small polycrystals with multilayer coatings have been studied. It has been shown that the use of lowtemperature methods of coating exclude the stressed zones and cracks in polycrystals, thus retaining the initial stren...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2008
|
| Series: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138967 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями / Т.М. Дуда, О.Б. Логинова, В.Н. Ткач // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 300-304. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-138967 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1389672025-02-10T00:40:13Z Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями Дуда, Т.М. Логинова, О.Б. Ткач, В.Н. Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов The regularities of the soldered scam formation in the contact interaction of cBN small polycrystals with multilayer coatings have been studied. It has been shown that the use of lowtemperature methods of coating exclude the stressed zones and cracks in polycrystals, thus retaining the initial strength and physico-mechanical properties of the products. 2008 Article Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями / Т.М. Дуда, О.Б. Логинова, В.Н. Ткач // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 300-304. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138967 532.64:669.017 ru Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения application/pdf Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| spellingShingle |
Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Дуда, Т.М. Логинова, О.Б. Ткач, В.Н. Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description |
The regularities of the soldered scam formation in the contact interaction of cBN small polycrystals with multilayer coatings have been studied. It has been shown that the use of lowtemperature methods of coating exclude the stressed zones and cracks in polycrystals, thus retaining the initial strength and physico-mechanical properties of the products. |
| format |
Article |
| author |
Дуда, Т.М. Логинова, О.Б. Ткач, В.Н. |
| author_facet |
Дуда, Т.М. Логинова, О.Б. Ткач, В.Н. |
| author_sort |
Дуда, Т.М. |
| title |
Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями |
| title_short |
Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями |
| title_full |
Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями |
| title_fullStr |
Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями |
| title_full_unstemmed |
Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями |
| title_sort |
контактные явления при пайке металлизированных пстм серебряными припоями |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138967 |
| citation_txt |
Контактные явления при пайке металлизированных ПСТМ серебряными припоями / Т.М. Дуда, О.Б. Логинова, В.Н. Ткач // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 300-304. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| work_keys_str_mv |
AT dudatm kontaktnyeâvleniâpripaikemetallizirovannyhpstmserebrânymipripoâmi AT loginovaob kontaktnyeâvleniâpripaikemetallizirovannyhpstmserebrânymipripoâmi AT tkačvn kontaktnyeâvleniâpripaikemetallizirovannyhpstmserebrânymipripoâmi |
| first_indexed |
2025-12-02T05:39:49Z |
| last_indexed |
2025-12-02T05:39:49Z |
| _version_ |
1850373821227335680 |
| fulltext |
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
300
УДК 532.64:669.017
Т.М. Дуда, канд. техн. наук, О.Б. Логинова, д-р. хим. наук, В.Н. Ткач, канд. физ.-мат. наук
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ПАЙКЕ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ
ПСТМ СЕРЕБРЯНЫМИ ПРИПОЯМИ
The regularities of the soldered scam formation in the contact interaction of cBN small po-
lycrystals with multilayer coatings have been studied. It has been shown that the use of low-
temperature methods of coating exclude the stressed zones and cracks in polycrystals, thus retain-
ing the initial strength and physico-mechanical properties of the products.
Основным способом получения неразъемных соединений при изготовлении лезвийно-
го инструмента с применением мелкоразмерных поликристаллических сверхтвердых мате-
риалов (ПСТМ) является пайка [1–5]. Паяные соединения ПСТМ с металлами получают с
помощью предварительной металлизации поверхности твердой фазы специальными соста-
вами с последующей пайкой обычными припоями по металлизированной поверхности
(двухступенчатый процесс) или специально разработанными припоями, обильно смачиваю-
щими и металлы, и ПСТМ (одноступенчатый процесс).
Пайку при одноступенчатом процессе проводят в вакууме в присутствии сплавов на
основе меди, серебра и олова с добавками адгезионно-активных относительно вещества
твердой фазы компонентов (титана, хрома, молибдена). В результате применения этого ме-
тода удельная прочность контакта ПСТМ – металл превышает 150 MПа. При двухступенча-
том процессе одно- или многослойные покрытия наносят на ПСТМ вакуумным и химиче-
ским методом, магнитным распылением либо другим способом с последующей пайкой вы-
сокопластичными припоями при температуре плавления до 1000 С .
Наносимые покрытия должны быть функциональными, сохранять прочность исходно-
го материала, защищать его от действия агрессивных сред в процессе изготовления и экс-
плуатации инструмента или изделия, обеспечивать прочное закрепление в инструменте при
его работе. Для достижения высокой адгезии покрытия к ПСТМ используют металлы, кото-
рые различными методами наносят на предварительно нагретую поверхность твердой фазы,
что обусловливает образование химической связи на границе раздела ПСТМ – покрытие.
Цель настоящей работы – разработать многослойные низкотемпературные много-
функциональные покрытия для мелкоразмерных ПСТМ (диаметром 2–5 мм) на основе куби-
ческого нитрида бора и исследовать контактное взаимодействие металлизированных поли-
кристаллов кубического нитрида бора (BNсф) c серебряными припоями. Для нанесения по-
крытий использовали методы химического восстановления (палладий; никель–фосфор),
электрохимического осаждения (медь, серебро) и газотранспортных реакций (титан). Дина-
мику увеличения массы покрытий с течением времени определяли аналитически, а соответ-
ствующее изменение толщины покрытий измеряли оптическим микрометром.
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
301
Контактное взаимодействие металлизированных поликристаллов BNсф c серебряными
припоями марки ПСр-72 изучали на шлифах, полученных в результате выдержки в вакууме
(5·10–3 Па) в течение 15–20 мин при температуре 950 оС, методами растровой электронной
микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа с программно-цифровой обработкой
изображения на электронным микроскопе-анализаторе ZEISS VLTRA-SS (разрешение – 1
нм) модернизированного аналогового микроскопа ВS-340.
Формирование покрытий на ПСТМ. Поликристаллы BNсф металлизировали много-
слойными покрытиями составов титан–медь–серебро и никель–фосфор–медь–серебро. В
обоих покрытиях содержался также химически осажденный палладий в количестве 0,8–1,0 %
(мас.).
Титан наносили в среде аргона высокого класса очистки при температуре 720–750 °С
в течение 20–25 мин с последующим охлаждением в защитной среде. Сущность метода за-
ключается в каталитическом восстановлении титана при температуре выше температуры
разложения гидрида титана, связывании и выводе из рабочей зоны водорода и диффузии ти-
тана галогенным носителем к покрываемой поверхности. Полученное титановое покрытие
представляло собой серый плотно упакованный, равномерный, с высокой адгезией по всей
поверхности осадок (толщина покрытия – 4–5 мкм).
Никель восстанавливали на активированную палладием поверхность ПСТМ при вос-
становлении никеля гипофосфитом натрия по электрохимическому механизму. Рабочая тол-
щина покрытия составила 8–8,5 мкм.
Медное и серебряное покрытия наносили на слой титана или никеля также электро-
химическим методом. Оптимальная продолжительность выдержки для наращивания медного
покрытия толщиной 125–130 мкм составляла 120–125 мин, серебряного покрытия толщиной
9–11 мкм – 10–12 мин (табл. 1).
Таблица 1. Изменение привеса и толщины покрытий на ПСТМ с течением времени
(средние показатели)
Материал покрытия и
его характеристики
Продолжительность металлизации, мин,
при толщине покрытия, мкм
20 40 60 80 100 120 140
Никель
(никель–
фосфор)
Привес,
мг 27,2 38,4 52,7 69,3 81,1 93,6 106,4
Толщина,
мкм 4,2 5,9 8,13 10,7 12,5 14,5 16,4
Медь
Привес,
мг 29,1 84,3 128,6 176,0 224,0 269,0 319,3
Толщина,
мкм 20,0 42,0 64,0 87,0 106,0 128,0 149,0
Серебро
Привес,
мг 22,5 29,2 37,4 45,8 53,3 61,2 67,7
Толщина,
мкм 18,1 28,4 37,4 48,3 59,0 70,2 83,2
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
302
Контактное взаимодействие металлизированных поликристаллов BNсф c сереб-
ряными припоями. Результаты исследования контактного взаимодействия металлизирован-
ных поликристаллов BNсф c серебряными припоями марки ПСр-72 свидетельствуют, что при
взаимодействии элементов многослойных покрытий с припоем существенно искривляется
межфазная граница ПСТМ – припой (рис. 1а, 2а), что свидетельствовует об адгезионной
природе сформированного контакта.
а б
Рис. 1. Растровомикроскопическое изображнение с указанием точек, в которых про-
веден рентгеноспектральный анализ (а) и кривые распределения элементов в зоне паяного
контакта ПСТМ – покрытие Ti–Cu–Ag – припой (б).
а б
Рис. 2. Растровомикроскопическое изображнение с указанием точек, в которых про-
веден рентгеноспектральный анализ (а) и кривые распределения элементов в зоне паяного
контакта ПСТМ – покрытие Ni–P–Cu–Ag – припой (б).
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
303
В обоих случаях в результате микрорентгеноспектрального анализа выявлена значи-
тельная неоднородность распределения элементов по сечению паяного шва (рис. 1б, 2б, табл.
2, 3).
Таблица 2. Элементный состав зоны контактного взаимодействия металлизированных
(титан–медь–серебро) поликристаллов BNсф c серебряными припоями в точках 1–14
(см. рис. 1а)
Точка
Содержание элемента (вес. %)
Al Si S Ti Cu Ag B N Mg
1 0,21 0,34 3,80 0,12 69,40 26,14 – – –
2 0,24 0,27 3,31 0,01 67,02 29,16 – – –
3 0,55 1,32 3,48 – 79,58 13,34 – – –
4 0,09 0,84 2,75 – 38,74 57,58 – – –
5 0,16 0,46 2,06 – 31,76 65,56 – – –
6 0,27 0,38 3,17 0,16 26,92 66,11 – – –
7 0,37 0,51 3,96 0,09 25,15 69,92 – – –
8 0,38 0,45 5,73 0,87 29,50 63,07 – – –
9 0,67 0,70 7,83 3,54 36,23 51,04 – – –
10 0,96 0,70 12,77 8,63 47,22 29,71 – – –
11 4,12 1,92 6,61 41,21 18,70 27,45 – – –
12 11,58 0,27 – 6,81 2,11 0,85 27,61 50,15 0,62
13 3,33 – – 0,01 0,19 0,04 40,55 54,84 1,04
14 4,60 – – – 0,23 0,07 39,68 54,29 1,14
Таблица 3. Элементный состав зоны контактного взаимодействия металлизированных
(никель–фосфор–медь–серебро) поликристаллов BNсф c серебряными припоями в точ-
ках 1–14 (см. рис. 2а)
Точка
Содержание элемента (вес. %)
Аl S Ni Cu Ag Р N B Si Mg
1 – 10,74 4,60 69,12 1,54 – – – – –
2 – 10,13 6,23 67,21 1,50 – – – – –
3 – 10,01 9,58 63,42 1,37 – – – – –
4 – 9,91 19,90 53,97 1,38 – – – – –
5 – 11,47 22,16 49,61 1,65 – – – – –
6 – 9,86 23,39 44,43 1,55 0,38 – – – –
7 – 5,26 30,92 28,18 0,72 1,44 9,84 – – –
8 – 4,25 21,39 22,39 3,09 1,70 22,99 – 0,24 –
9 – 4,68 4,01 21,97 21,01 – – – – –
10 – 1,79 1,96 10,32 2,68 – 21,07 14,55 – –
11 2,70 – 6,75 4,53 – – 54,68 29,57 0,46 1,29
12 0,68 – 1,02 0,35 – – 58,44 39,25 – 0,26
13 – – 0,26 0,25 – – 59,89 39,27 – –
14 3,02 – 0,40 0,26 – – 57,57 38,74 – –
Как и в случае активной пайки [6], паяный шов, образованный элементами много-
слойного покрытия титан–медь–серебро при контактном взаимодействии с серебряным при-
поем, можно условно разделить по составу на три зоны: первая (точки 1–3) обогащена ме-
дью, вторая (точки 4–9) – серебром, третья, граничная с ПСТМ (точки 10–12) – титаном
(рис. 1а). Высокое химическое сродство титана с компонентами твердой фазы и незначи-
тельная растворимость его в расплаве медь–серебро способствуют сохранению нанесенного
слоя покрытия. Общая зона интенсивной реактивной диффузии – 6–8 мкм.
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
304
Структура паяного шва, который образуется при взаимодействии поликристаллов
BNсф, металлизированных никель–фосфор–медь–серебро, (см. рис. 2а) и распределении эле-
ментов в зоне контактного взаимодействия (см. рис. 2б, табл. 3), более однородная по сече-
нию. Наиболее интенсивно в зону контакта с покрытием на основе никеля мигрирует медь,
серебро более равномерно распределено по толщине паяного шва. Основное содержание
фосфора сосредоточено непосредственно на контактной границе с ПСТМ.
Металлизированные ПСТМ были использованы при изготовлении режущих элемен-
тов лезвийного инструмента и выглаживателей для отделочно-упрочняющей обработки за-
каленных и незакаленных сталей, чугунов, цветных металлов. На рис. 3а представлен общий
вид металлизированных поликристаллов BNсф и выглаживателей со впаянными серебряными
припоями и заточенными вставками из металлизированного ПСТМ (рис. 3б).
а б
Рис. 3. Общий вид металлизированных поликристаллов BNсф (размером 2,5 и 5 мм) и
выглаживателей со впаянными серебряными припоями и заточенными металлизированными
вставками из ПСТМ (а), а также увеличенный вид выглаживателя (б).
Практические испытания и промышленное использование изготовленных резцов и
выглаживателей показали, что ПСТМ надежно закреплены в державках, выдерживают боль-
шие усилия в процессе работы и многократную перезаточку по мере изнашивания, что по-
зволяет эффективно и долго использовать дорогостоящий сверхтвердый материал. Низко-
температурные способы нанесения покрытий исключают появление напряженных зон и
трещин в ПСТМ, сохраняя исходную прочность и физико-механические свойства изделий.
Литература
1. Сверхтвердые материалы / Под ред. И. Н. Францевича. – К.: Наук. думка, 1980. – 296
с.
2. Найдич Ю. В. Контактные явления в металлических расплавах. – К.: Наук. думка,
1972. – 196 с.
3. Найдич Ю. В., Колесниченко Г. А. Взаимодействие металлических расплавов с по-
верхностью алмаза и графита. – К.: Наук. думка, 1968. – 174 с.
4. Пайка и металлизация сверхтвердых инструментальных материалов / Ю. В. Найдич,
Г. А. Колесниченко, И. А. Лавриненко, Я. Ф. Моцак. – К.: Наук. думка, 1977. – 186 с.
5. Исследование структурных и капиллярных характеристик металлических нанопленок,
нанесенных на оксидные материалы для их пайки и сварки / Ю. В. Найдич, И. И.
Граб, Б. Д. Костюк и др. // Наноструктурное материаловедение. – 2006. – № 1. – С. 31–
40.
6. Колесниченко Г.А., Мартиросян А.М., Зюкин Н.С. Контактное взаимодействие поли-
кристаллов на основе нитрида бора в спаях с металлами // Адгезия расплавов и пайка
материалов. 1992. – Вып. 27.– С. 56–60.
7. Ткач С. В. Особливості використання растрової електронної мікроскопії при дослі-
дженні композитних надтвердих матеріалів та багатошарових плівкових покриттів //
Сверхтвердые материалы. – 2005. – № 2. – С. 45–51.
8. Хоперия Т. Н. Химическое никелирование неметаллических материалов. – М.: Ме-
таллургия, 1982. – 144 с.
Поступила 13.06.08
|