Введение к работе
Актуальность темы. Развитие современного приборостроения неразрывно связано с повышением качества и надежности приборов различного назначения. Эти приборы представляют собой сложные конструкции с большим числом прецизионных соединений разнородных материалов. От того, насколько правильно выбраны технологии сборки и соединения элементов'Конструкции между собой, зависят качество, стабильность работы и сроки, эксплуатации приборов. Особенно это актуально для тех изделий, которые работают в жестких условиях промышленной эксплуатации, испытывая динамические.и.статические нагрузки при териоперенадах, влияние атмосферы сповы-шенным содержанием влаги или органических и неорганических примесей, наличие радиоактивного излучения-и т.д.
Диффузионная сварка обеспечивает получение'прецизионных соединений сборочных единиц из разнородных материалов в единый рабочий узел, отвечающий самым высоким требованиям в части рав-нопрочности, вакууяплотности, устойчивости к термоциклам и т.д. В большинстве случаев наличие высоких температур и сжимающих усилий приводит к ухудшению исходных свойств материалов, что, в конечном итоге, ухудшает и рабочие характеристики приборов. Потому обеспечение""*высокой механической прочности соединений с одновременным исключением мякропластической деформации свариваемых материалов и сохранением исходным электрофизических свс"ста является актуальной задачей. Перспективным направлением ее решения является применение при диффузионной сварке промежуточных прокладок на основе ультрадисперсных порошков (УДП) металлов и их смесей.
Особое значение в реализации такого технологического.процесса отводится технологии получения ультрадисперсных металлических систем, обладающих высокой активность при термодеформа-
" ционном воздействии на них за счет минимального размера частиц порошка и максимальной развитости'свободной'поверхности. Важным показателем- технологичности процесса сварки также являє хя вид и
способ нанесения промежуточной- прокладки на свариваемые поверхности: свободно несыпанный. УДЛ,. заранее спрессованный образец с последующим предварительным перед сваркой отжигом или без него, прокатанная пориста* лента и др.
Необходимость решения важных задач в различных отраслях промышленности,, снижения трудоемкости изготовления и повышения качества изделий различного назначения, делает весьма актуальными вопросы' разработки низкотемпературной- диффузионной сварки с использование» высокоактивных промежуточных прокладок.
Цеь_раб2ты: разработать научные основа применения смесей УДИ в качестве промежуточных прокладок* обеспечивающих снижение . температура процесса, при диффузионной сварке разнородных материалов с одновременным исследованием особенностей получения, высокоактивных металлических порошков и пористых лент из них.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить
следующие задачи: ._''
исследовать кинетику формирования соединений при низкотемпературной диффузионной сварке через двухкомпонентные прокладки с учетом, процессов, происходящих на границе промежуточная прокладка-основной материал и в прокладке в процессе ее спекания;
исследовать особенности термического разложения двойных смесей формиатов никеля, меди и кобальта различного состава и определить оптимальные параметры рел..шов получения смесей УДП с высокой развитостью поверхности;
изучить особенности прокатки смесей УДП в пористые ленты с сохранением высокой развитости поверхности порошковых смесей;
разработ? ть и внедрить в производство технологии получения
-з- "
.войных смесей УДП, пористых лент на их основе и диффузионной :варки через порошковые пористые ленты при изготовлении преци-іионннх изделий различного назначения.
Научная новизна. Вопросы комплексного исследования к полугения высокоактивных УДП металлов, пористых лент из них для обра-ювания сварных соединений через такие промежуточные прокладки іредставляют новее направление в технологии диффузионной сзарки їатериалов, что и определяет научную новизну работы.
Установлено, что перспективным способом интенсификации троцесса диффузионной сварки с обеспечением снижения температуры іроцесса является использование в качестве промеи^уточных прокла-юк даухкомпонентных смесей УДП металлов, получаемых термическим разложением механических смесей форм'иатов этих металлов. В условиях заданного снижения температуры нагрева деталей нехватка геплоты восполняется за счет поверхностной энергии, накопленной в порошковой прокладке за счет повышения дисперсности частиц и увеличения их удельной поверхности.
Показано, что максимальная механическая прочность сварных соединений разнородных материалов достигается с использованием механических смесей УДП металлов при соотношении компонентов смеси, соответствующем их максимальной взаимной диффузии.
Установлено, что дисперсность порошковых смесей, их удельная поверхность связаны главным образом с технологией производства порошков. В работе показано, что процесс получения УДП металлов и их смесей, обладающих высокой дисперсностью и развитой поверхностью^ необходимо проводить в динамическом режиме термического разложения формиатов металлов и их механических смесей в условиях:
- циклического изменения температуры разложения в интервале "температура пиролиза - две температуры пиролиза" (ТП1_+2ТП ),
—4—
причем скорость охлаждения превышает скорость нагрева, обеспечивая тем самым разрыхление и дробление металлической фазы за сче* возникновения дополнительных внутренних напряжений; - постоянного движения и перемешивания формиатов и образующей* ся металлической фазы при нагреве, пиролизе и охлаждении, исключающим образование конгломератов.
Показано» что промежуточные проклади из УДП в процессе сварки целесообразно применять в виде прокатанных лент, обладв-щих стрсго определенными значениями толщины, пористости и шероховатости поверхности. Оптимальные соотношения между этими параметрами обеспечивают интенсивное протекание процессов объем*-ной усадки и переноса массы в промежуточной прокладке, выхода дислокаций и вакансий в зону контакта, что, в конечном итоге, приводит к активации, схватыванию и объемному взаимодействие свариваемых поверхностей.
Установлено, что использование высокоактивных УДП при диффузионной сварке обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик, надежность и придание специальных свойств сварно» ыу ссединени» при одновременном снижений параметров режима диффузионной сварки- температуры, сварочного давления и'времени.
Практическая ценность и реализация результатов. На оснований выполненного комплекса теоретических и экспериментальных работ создан ряд новых технологических процессов, обеспечивающих получение продукции более высокого качества, надежности, стабильности, а именно:
технологический процесс получения неразъемных соединений раак нородных материалов низкотемпературной диффузионной сваркой с использої~нием промежуточных прокладок с целью снижения основных параметров - температуры, сварочного давления к времени;
технологический процесс получения гомогенных смесей УДП нике
-5-'
меди, кобальта различного состава термическим разложением $от~ ветствующих смесей формиатов;
- технологический процесс получения пористых порошковых лену е заданными значениями толщины, пористости, шероховатости поверхности при одновременном сохранении высокой активности прокапываемых УДП.
Разработаны оборудование и универсальные многопозициокн-нда устройства для диффузионной сварки конкретных деталей .и сборочных единиц приборов, а также устройства для термического разложения формиатов металлов и получения гомогенных смесей.
Полученные результаты легли в основу технологических процессов, внедренных в серийное производство прецизионных приборов на ряде предприятий авиационной промышленности. В отрасли действует ОСТ 180445-90 "Низкотемпературная диффузионная сварка, магнитных систем и сборочных единиц приборов с применением промежуточных прокладок. ТТІТ*,
Проведена опытно-промышленная апробация раз; гботанных методик и технологий на изделиях атомной, электротехнической, нефтяной и автомобильной отраслей-промышленности.
Внедрение результатов данных исследований позволило снизить трудоемкости изготовления конкретных изделий, упростить конструкции, повысить коэффициент использования материалов, стабильность и надежность работы, эксплуатационный характеристики узлов и деталей приборов.
В диссертации обобщены результаты работ, проводимых автором с 19^5г. по настоящее время и посвященных исследованию, разработке и внедрению процессов диффузионной сварки разнородных материалов через промежуточные прокладки на основе УДП металлов и их смесей, а также процессов получения высокоактивных энергонасыщенных порошков металлов и пористых лент из них.
Апробация -работа. По теме диссертации опубликовано 95 ра бот, в том числе I учебное пособие и 42 изобретения.Основные ре эультаты диссертационной работы докладывались и обсувдались на конференциях, коллоквиумах, симпозиумах и семинарах: П Европейский симпозиум по материалам и процессам, Финляндия, 1991; "Высокотехнологичные соединения", Англия, 1991; "Низко- и высокотемш ратурная пайка и диффузионная сварка", Германия, 1992; "Новые технологии России" в Hopes,1993; в Норвегии,1994; в ШР, 1994, Германии, 1994,1995.Отдельные положения диссертации докладнвалисі на многочисленных Всесоюзных, Всероссийских, отраслевых конференциях по порошковой металлургии и сварке.
На защиту выносятся разработанные основные научно-техни
ческие направления исследований и практической реализации про
цессов получения промежуточных прокладок, включающих производ
ство смесей УДП металлов различного состава и прокатку их в по
ристые ленты, и применение при диффузионной сварке разнородных
материалов; результаты исследований и испытаний сварных соеди
нений в эксплуатации; рекомендации по направлениям совершенст
вования технологии диффузионной сварки с использованием! смесей
порошков. - . ' " ,
Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, ппти глав, основных выводов и приложения. Материал изложен на 172 страницах, содержит 37 рисунков и б таблиц, список литературы из 177 наименований на I? страницах.