Способ пайки графита с алюминием — SU 854627 (original) (raw)
ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик854627(51) М. Кл.,В 23 К 1/20 Гавударственяык комитет Опубликовано 15.08.81, Бюллетень30Дата опубликования описания 25,08.8по делам изобретений и открытии(54) СПОСОБ ПАЙКИ ГРАФИТА С АЛЮМИНИЕМ 1Изобретение относится к пайке, в частности к способам пайки графита с алюминием, и может быть использовано для соединения графитовых анодов, катодов алюминиевых и магниевых электролизеров к токоподводящим алюминиевым шинам, а также в электрометаллургии, авиационной и электротехнической промышленности.Известен способ соединения графита с алюминием, включающий обезжирение и очистку соединяемых поверхностей, гальваническое покрытие соединяемых поверхностей слоем меди; гальваническое покрытие слоем никеля толщиной 0,005 мм; флюсование, покрытие слоем олова, нагрев соединяемых деталей до температуры расплавления олова (288 в 3 С), сдавливание соединяемых поверхностей с удельным давлением 55 кгс/см и охлаждение 1.Недостатками этого способа являются низкая температура распая (232 С) и не- достаточная жаропрочность паяного шва, Эти факторы не позволяют эксплуатировать спаянные детали при температурах, превы: шающих 100 - 150 С, например при использовании паяных анодов и катодов магниевых н алюминиевых электролизеров,Известен также способ пайки графита салюминием, при котором между соединяемыми поверхностями вводят промежуточную прослойку, производят флюсование, поджатие соединяемых поверхностей и нагрев.В качестве прослойки используют пакет, состоящий из малоуглеродистой стали, меди и эвтектического сплава алюминия. Этот способ обеспечивает высокую жаропрочность паяного соединения 21.Недостатком данного способа являетсясложность процесса пайки, требующего выдерживания. в паяемом шве заданного градиента температуры, обеспечивающего на.границе графит - прослойка 1150 - 1200 С, а на границе прослойка - алюминий . - 600 - 640 С. Сложность выдерживания при водит к снижению надежности паяных соединений и повышению процента брака,Цель изобретения - повышение надежности паяных соединений и упрощение процесса пайки.Поставленная цель достигается тем, что фО на графит плазменным напылением последовательно наносят слой ферросилиция и два слоя смеси ферросилиция с алюминием с весовым соотношением компонентов вслоях соответственно 1:(0,9 - 1,1) и 1:(3,5 -4,5), причем первый слой оплавляют.Слой ферросилиция на графите предварительно оплавлен.Сущность способа заключается в том,что использование в качестве промежуточной прослойки ферросилиция и его смеси салюминием обеспечивает прочное сцеплениее соединяемых поверхностей при нагреве до температуры плавления эвтектикиалюминий - кремний. Оплавление слоя ферросилиция способствует увеличению прочности связи прослойки с графитовой основой эа счет заполнения поверхностных дефектов графита (раковин, трещин, микропустот и т, п,). Применение промежуточныхслоев между графитом и алюминием вызвано необходимостью устранения непосредственного контакта алюминия с графитоми образования нестабильных карбидов алюминия, Оплавление первого на графите слоя,состоящего из ферросилиция, приводит кобразованию жидкоподвижной эвтектикиЖелезо - углерод, хорошо заполняющейпоры графита и обеспечивающей тем самым при затвердевании сцепление с графитовой основой.ВЫбор кремния в сплаве на основе железа вызван образованием звтектики кремний - алюминий с температурой плавле.ння (577 С) не превышаюгцей температуры плавления алюминия (600 С), Отсутствие каких-либо превращений при нагреванин и охлаждении эвтектики Я - Ивплотьдо температуры ликвидуса не вызывает дополнительных напряжений в зоне паяногошва,Два слои покрытия с различным содержанием ферросилиция и алюминия необходимы для подавления возникающих напряжений в паяном соединении, вызванныхразлйчными коэффициентами термического расширения (КТР) графита (5,5 -7,010 1/град) и алюминия (24,010 1/град),Содержание в,двух наружных слоях 0,9 -1,1 и 3,5 - 4,5 частей алюминия против 1части ферросилиция обеспечивает экспоненциальное изменение величины КТР от графита к алюминию, что создает напряженность в панном шве.Процесс пайки осуществляется следующим образом.На поверхность графитового изделия напыляют плазменным способом слой ферросилиция, например марки Сцтолщиной0,2 - 0,3 мм. Размеры частиц иапыляемогопорошка 0,60 - 150 мкм в зависимости оттипа плаэмотрона и технологии напыления,Полученное покрытие оплавляют на воздухе дугой, мощность которой обеспечиваетполное расплавление слон и не создает разбрызгивания (или сдува) материала покры.тня с графитовой подложки, На оа 3 авленйое покрытие плазменным напылением наносит слой смеси ферросилиция с алюмн нием, взятых в соотношении 1:(0,9 - 1,) после этого напыляют смесь порошков фср роснлнция и алюминия в соотношении 1; 3,5 4,4). Внешний слой покрытия на графите ме ханически зачищают и покрывают слоем флюса ФЗ 4 А, обеспечивающим разрушение микропленки окислов алюминия в процессе ,пайки. Спаиваемая поверхность алюминиевой детали также зачищается и офлюсовывается. Между подготовленными и пайке по.верхностями помещают прокладку фольги припоя типа силуминов (СИЛ; 34 А или др) После сдавливания с усилием 0,5 - 1,0 кгс/см через зону пайки пропускают электрический ток плотностью 2200 в 24 а/см После совместного разогрева спаиваемых деталей до 5 550 в 6 С, что обеспечивает р 1 сплавлениеприпоя, и 2 - 3 с выдержки, пайку прекращают. Охлаждение деталей может производиться как при сохранении рабочего давления сжатия, так и без него. Общая про .должительность пайки с учетом подготови.тельных операций 12 - 16 ми.Пример. Пайке подвергают образцы графита и алюминия, конфигурацию которых выполняют по ГОСТ-75. Марка графита ГМЗ, алюминия ПА 4 (ГОСТ 6058 - 73).2 При напылении используют ферросилицийСц(ГОСТ 1415 - 56), алюминиевый по.рошок ПА 4 (ГОСТ 6058 - 3), припой состава 88/о А и 12/о 81 (температура плавления 577 С) и флюс, содержащий 47% КС(;338 о/о .С 1; 10/о Сс 1 С, и 5 /о МаГ с темпера- турой плавления 560 С,На рабочий торец графитового образцанапыляют плазменным методом лой ферросилиция толщиной 0,20,3 мм. Нанесенный металлический слой оплавляют угольэ 4 ным электродом, напряжение тона 30 В, сила тока00 А, среда - воздух, На оплавленный слой напыляют последовательно два слоя смеси алюминия 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 появления блестящей поверхности. Рабочую поверхность алюминиевого образца также зачищают для снятия пленки окислов. Напы 4 э ленную поверхность и зачищенный торецалюминиевого образца покрывают слоем пастообразного флюса, толщина слоя флю.са 0,01 - 0,05 мм. Офлюсованные поверхйости соединяют, поместив между ними фольгу припоя толщиной 0,03 - 0,08 мм. Соб 5 О раиный образец сдавливают иа установкеконтактно-реактивной пайки, давление сжа тия -0,5 - 1,0 кгс/см. После этого по образцу пропускают ток плотностью 1700 - .1900 а/см. При появлении первых расплав-.ленных капель припоя из зазора между образцами ток отключают, пайку прекращаСпособ позволяет получить высокую жаропрочность паяных соединений и умень854627 Формула изобретения Составнтель ф. Конопелько Редактор М. Бандура Техред А. БоАкас Корректор В. Снннцкв Заказ 657407 Тираж 1143 Подпнс нос ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам нзобретенА н открытнА 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5 фнднал ППП Патента, г. Ужгород, ук Проектна, 4шает процент брака за счет упрощенияПроцесса пайки. 1. Способ пайки графита с алюминием, при котором между соединяемыми поверхностями вводят промежуточную прослойку, производят флюсование, поджатие .соединяемых поверхностей и нагрев, отличающий. ся тем, что, с целью повышения надежнос ти паяных соединений и упрощения процесса пайки, на графит плазменным напыле. вием последовательно наносят слоя ферросилиция и два слоя смеси ферросилиция салюминием с весовым соотношением компонентов в аллоях соответственно 1:(0,9 -1,1) и 1:(3,5 - 4,5).5 2. Способ по и; 1; отличающийся тем, чтослой ферросилиция на графите оплавляют.Источники информации,принятые во внимание при зкспертизе1. Патент США2920385, кл. 29 - 472.7;опублик. 12.0.60.2, Авторское свидетельство .СССРПо заявке2743047, кл. В 23 К 1104,29.03.79.